WO2018121905A1 - Sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber - Google Patents

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WO2018121905A1
WO2018121905A1 PCT/EP2017/078027 EP2017078027W WO2018121905A1 WO 2018121905 A1 WO2018121905 A1 WO 2018121905A1 EP 2017078027 W EP2017078027 W EP 2017078027W WO 2018121905 A1 WO2018121905 A1 WO 2018121905A1
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WO
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electrode
sensor element
measuring gas
electrode material
weight
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/078027
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German (de)
French (fr)
Inventor
Benedikt REINSCH
Sabine Roesch
Jens Schneider
Stefan Rodewald
Corinna Vonau
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor

Definitions

  • the measuring gas may be an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the particles may be soot or dust particles.
  • the invention will be described below without limitation
  • Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support.
  • the particle sensors evaluate the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.
  • Embodiments such as from DE 103 19 664 AI, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 A1 and WO
  • the metallic surfaces of the electrodes of the sensor elements are functionally exposed directly and unprotected the exhaust gas of the internal combustion engine at high operating temperatures. To ensure the highest possible quality of
  • the longevity of the electrode and in particular their erosion resistance under oxidizing and reducing conditions at high temperatures are essential prerequisites.
  • a rapid burnup of the outer electrode, in particular in the collecting phase or the regenerating phase is particularly critical. Due to the fine structure of the interdigital electrodes designed as a comb-like interdigital electrodes and a production-related limitation of the aspect ratio of height to width of the electrode fingers even small losses can lead to a removal of the surface of the electrodes, causing a malfunction or even a
  • electrochemical gas sensors comprising a metallic and a ceramic portion, wherein the metallic portion comprises a metal alloy.
  • the metallic portion can be formed by platinum or a platinum alloy. It is particularly advantageous if the platinum alloy contains rhodium and / or palladium with a total weight fraction of the platinum alloy of 5 to 10 wt .-% or iridium, ruthenium and / or cobalt with a
  • a sensor element is understood to be any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles and which, for example, can generate an electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current.
  • the sensor element can be set up in particular for use in a motor vehicle.
  • the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle.
  • the measurement gas space can be any, open or closed space in which the measurement gas is received and / or which is flowed through by the measurement gas.
  • the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.
  • the sensor element comprises at least one carrier, wherein on the carrier at least a first electrode means and at least one second
  • Electrode device are applied.
  • the first electrode device and the second electrode device each have at least one electrode finger.
  • a carrier is used in the context of the present invention
  • electrode devices are understood to mean electrical conductors which are suitable for current measurement and / or a current measurement
  • Voltage measurement are suitable and / or which at least one with the Electrode devices in contact element with a voltage and / or current can act. Under the term
  • electrode fingers are basically understood to be any shape of the electrode device whose dimension in one dimension clearly exceeds the dimension in at least one other dimension, for example at least a factor of 2, preferably at least a factor of 3, particularly preferably at least one factor 5.
  • the carrier may comprise at least one electrically insulating material, in particular at least one ceramic material.
  • the carrier has at least one carrier surface.
  • a carrier surface is basically understood to mean any layer which delimits the carrier from its surroundings, and to which the first and the second electrode device of the sensor element are applied.
  • the first electrode device and the second electrode device may each have at least two electrode fingers.
  • the at least two electrode fingers of the first electrode device and the at least two electrode fingers of the second electrode device can engage in one another.
  • the electrode fingers of the first electrode device and the electrode fingers of the second electrode device can mesh in a comb-like manner. Furthermore, the first electrode device with the second
  • Electrode device have a structure selected from the group consisting of a herringbone structure, a zigzag structure and a
  • Winding structure Winding structure.
  • a cross-sectional profile of the electrode finger may be rectangular or trapezoidal.
  • a cross-sectional profile of the electrode finger is understood to mean an outline of the electrode finger which can be perpendicular to a main extension direction of the electrode finger.
  • the cross-sectional profile may be a profile in a sectional plane, which may be arranged perpendicular to the direction of extension of the electrode finger and perpendicular to the surface of the carrier. It is proposed that at least one surface of the electrode fingers set up for application by the measurement gas has an electrode material, in particular in the form of an alloy, which contains at least 50% by weight, preferably at least 55% by weight, more preferably at least 60% by weight. more preferably at least 65% by weight, more preferably at least 70
  • % By weight, more preferably at least 75% by weight, and preferably at most 95% by weight, more preferably at most 90% by weight, further preferably at most 85% by weight, more preferably at most 80% by weight
  • Base metal includes.
  • the at least one electrode finger can thus have a volume which consists entirely of the described electrode material.
  • Electrode finger has the electrode material described. Further embodiments are possible, in particular to the effect that those electrode fingers on the sensor element which, due to their spatial arrangement on the carrier, are first charged with the measurement gas have a volume which is completely described in the description
  • Electrode material exists while those electrode fingers on the
  • Sensor element which are applied to the last due to their spatial arrangement on the carrier with the sample gas, only in their surface having the described electrode material, while the remaining volume of the latter electrode fingers may have a differently composed, metallically conductive material.
  • the term "base metal” basically denotes any metallic constituent of an alloy which comprises at least 50% by weight of the alloy, ie the base metal is present in the alloy in a proportion which corresponds to a sum of the proportions of the other constituents of the alloy or the sum exceeds the proportions of the remaining constituents of the alloy.
  • alloy in this context refers to a material which has at least two different chemical elements with a metallic character, wherein the at least two different chemical elements are present in the alloy such that the alloy also has a metallic character.
  • metallic character refers basically to metallic properties of the material, which manifest themselves in particular in the simultaneous presence of a high electrical conductivity, a high thermal conductivity, a good ductility and a high thermal resistance of the material.
  • the base metal is selected from the group consisting of palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh).
  • the base metal does not comprise the metallic element platinum (Pt). Electrodes which have at least one of these base metals, in particular iridium and rhodium, proved to be superior to electrodes whose base metal comprises platinum with regard to various burnup mechanisms.
  • the electrode material may preferably comprise an alloy which has at least one further constituent in addition to the base metal.
  • the electrode material comprises, in addition to the base metal, at least one further metal, which is selected from the chemical elements platinum
  • Electrode material over a proportion of 0.5 wt.% Preferably from 1 wt.%, More preferably from 2.5 wt.%, More preferably from 5 wt.%, More preferably from 7.5 wt.%, To 15 wt .%, Preferably to 12.5 wt.%, More preferably to 10 wt.%, Which have at least one further metal.
  • the electrode material may have at least one additional to the base metal and to the at least one further metal Include ceramic oxide aggregate.
  • ceramic oxide supplement here refers to any ceramic oxide which can be added to the alloy without the alloy thereby losing its metallic character. As a ceramic oxide materials are referred to, which have ceramic properties that compared to metallic
  • the corrosion resistance of the electrode material can be increased significantly, which is particularly due to a stabilization of the alloy
  • Metal phases can be attributed to grain boundaries.
  • the ceramic oxide aggregate may be selected from yttria, zirconia, lanthana or thoria.
  • yttria, zirconia, lanthana or thoria For these oxides, a particularly high corrosion resistance-increasing effect is to be expected.
  • other oxides are possible, selected from
  • Alumina, titanium oxides, magnesium oxide, aluminum titanate and / or barium titanate are examples of titanium oxides, magnesium oxide, aluminum titanate and / or barium titanate.
  • the electrode material may have a content of 0% by weight, preferably 1% by weight, more preferably 2% by weight, more preferably 3% by weight, more preferably 4% by weight, up to 10% by weight. %, preferably up to 8% by weight, more preferably up to 6% by weight, more preferably up to 5% by weight, of the ceramic oxide aggregate. Regardless of the chosen composition, the respective ones complement each other
  • the sensor element can be configured in particular as a soot particle sensor.
  • the sensor element can thus have a mode of operation with temperatures in the regenerative phase of 850 ° C., preferably 950 ° C., more preferably 1050 ° C., and 1300 ° C., especially up to 1250 ° C, allow.
  • the sensor element can be accommodated in at least one protective tube.
  • a method for producing a sensor element for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed.
  • at least one first electrode device and at least one second electrode device will be applied to a carrier, the first electrode device and the second electrode device each having at least one electrode finger.
  • the electrode material can be applied by means of a thick film method known from the prior art, in particular by screen printing.
  • a thick film method known from the prior art, in particular by screen printing.
  • an adaptation of a grain size and / or of the ceramic oxide aggregate may be advantageous in order to reduce the sintering behavior of the electrode material described above to that of the prior art.
  • DE 102008042770 Al set known platinum / platinum cermet pastes.
  • the deposition process of a thin-film process in particular a sputtering, a
  • Vapor deposition or a galvanic process can be selected. However, an application of other deposition methods is also possible in principle.
  • the method can be used, in particular, for producing a sensor element according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned
  • the proposed sensor element and the proposed method for its production have numerous advantages over known sensor elements and associated production methods.
  • the electrode material which, at least on the surface set up to be acted upon by the measuring gas can be used
  • Electrode finger of the sensor element is applied, reduce material removal due to chemical or physical processes such as evaporation or formation of volatile metal compounds, for example in the form of carbonyls or oxides, and at the same time a poisoning and
  • the associated manufacturing process can be a simple
  • FIG. 1 shows an embodiment of a sensor element 110 according to the invention for detecting particles of a measurement gas 112 in a measurement gas space in a plan view.
  • the sensor element 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle.
  • the measurement gas 112 may be an exhaust gas of the motor vehicle.
  • Electrodes 110 may in particular include one or more, not shown in the figures, further functional elements, such as electrodes,
  • the sensor element 110 may for example be accommodated in a protective tube, also not shown.
  • the sensor element 110 comprises at least one carrier 114, wherein at least one first electrode device 116 and at least one second electrode device 118 are applied to the carrier.
  • the carrier 114 may comprise at least one ceramic material.
  • the carrier 114 may comprise at least one electrically insulating material.
  • the carrier 114 may have a carrier surface.
  • the first electrode device 116 and the second electrode device 118 each have at least one electrode finger 120.
  • the first electrode device 116 and the second electrode device 118 each have at least one electrode finger 120.
  • Electrode device 116 and the second electrode device 118 may each have two or, as shown in Figure 1, each more than two
  • Electrode fingers 120 of the second electrode means 118 engage each other.
  • the first electrode device 116 as well as the second electrode device 118 may also have a different structure.
  • the first electrode device 116 may be connected to the second electrode device 118
  • structure which may be selected from the group consisting of a comb structure, a herringbone structure, a zigzag structure and a winding structure.
  • FIG. 2 shows the embodiment of an electrode finger 120 of the FIG. 2
  • the electrode finger 120 in a cross-sectional view, wherein the electrode finger 120 is applied to the carrier 114.
  • the electrode finger 120 has a volume 122 and a surface 124 set up to be acted upon by the measurement gas 112.
  • the volume 122 of the electrode finger 120 or at least the surface 124 of the electrode finger comprises an electrode material 126, in particular in the form of an alloy, which comprises at least 50% by weight and preferably at most 95% by weight of a base metal, the base material is selected from the group consisting of palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh).
  • the base material is selected from the group consisting of palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh).
  • the electrode material 126 may contain, in addition to the base metal, a content of 0.5 wt.% To 15 wt.% Of at least one other metal selected from platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re ), Palladium (Pd), cobalt (Co), iridium (Ir), gold (Au) and silver (Ag), with the selected additional metal being different from the selected base metal.
  • the electrode material 126 may include, in addition to the at least one base metal and the at least one further metal, a portion of
  • a ceramic oxide aggregate wherein the ceramic oxide aggregate is preferably composed of an oxide of yttrium (Y),
  • the electrode material 126 may preferably have one of the following compositions in weight percent, each supplementing to 100 percent by weight.
  • 8 exemplary compositions are given; however, according to the present invention, a variety of other compositions are possible:
  • Electrode finger 120 completely made of the electrode material 126.
  • at least the surface 124 of the electrode finger 120 which is adapted to be acted upon by the measurement gas 112, may comprise the electrode material 126.
  • Embodiments are possible; in particular, an embodiment in which the volume 122 of those electrode fingers 120, which are initially loaded on the carrier 114 with the measurement gas 112 due to their first spatial arrangement 128, consist entirely of the electrode material 126, while only the surfaces 124 those electrode fingers 120, which due to their second spatial arrangement 130 on the carrier 114 are last applied to the sample gas 112, the electrode material 126, while the remaining volume of the electrode fingers 120 in the second spatial arrangement 130 may have a differently composed, metallically conductive material.

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Abstract

The invention relates to a sensor element (110) for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber. The sensor element (110) comprises at least one support (114), wherein at least one first electrode device (116) and at least one second electrode device (118) are mounted on the support (114). The first electrode device (116) and the second electrode device (118) each comprise at least one electrode finger (120). At least one surface (124) of the electrode finger (120), designed for the measuring gas (112) to act upon, comprises an electrode material (126) which comprises at least 50 wt.% of a base metal, selected from the group containing ruthenium, rhodium, and iridium.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem  Sensor element for detecting particles of a measuring gas in one
Messgasraum Measuring gas chamber
Stand der Technik State of the art
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.From the prior art, a plurality of sensor elements for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space is known. For example, the measuring gas may be an exhaust gas of an internal combustion engine.
Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer In particular, the particles may be soot or dust particles. The invention will be described below without limitation
Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben. Embodiments and applications, in particular with reference to sensor elements for the detection of soot particles described.
Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht werden. Die sich dort unter Einwirkung einer Spannung oder auch spannungslos anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Sensorelements elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinander greifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. In einer regenerierenden Phase werden die Elektroden Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support. The particles which accumulate there under the action of a voltage or else in a stress-free manner, in particular the soot particles, form electrically conductive bridges between the electrodes designed, for example, as comb-like interdigitated electrodes in a collecting phase of the sensor element and thus close them briefly. In a regenerating phase, the electrodes become
üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. In der Regel werten die Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden. Usually burned free with the help of an integrated heating element. In general, the particle sensors evaluate the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.
Nach diesem Prinzip arbeitende Sensorelemente werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Sensor elements operating on this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of ways
Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 103 19 664 AI, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 AI und WO Embodiments, such as from DE 103 19 664 AI, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 A1 and WO
2003/006976 A2 bekannt. Die als Rußsensoren ausgestalteten Sensorelemente werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der 2003/006976 A2 known. The designed as soot sensors sensor elements are commonly used to monitor diesel particulate filters. In the exhaust system of an internal combustion engine, the particle sensors are the
beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt. described type usually absorbed in a protective tube, which allows, for example, the flow of the particle sensor with the exhaust gas at the same time.
Die metallischen Oberflächen der Elektroden der Sensorelemente sind funktionsbedingt direkt und ungeschützt dem Abgas der Brennkraftmaschine bei hohen Arbeitstemperaturen ausgesetzt. Um eine möglichst hohe Qualität desThe metallic surfaces of the electrodes of the sensor elements are functionally exposed directly and unprotected the exhaust gas of the internal combustion engine at high operating temperatures. To ensure the highest possible quality of
Sensorelements zu erzielen, sind die Langlebigkeit der Elektrode und insbesondere ihre Abbrandfestigkeit unter oxidierenden und reduzierenden Bedingungen bei hohen Temperaturen wesentliche Voraussetzungen. Bei Lebensdauerbetrachtungen derartiger Sensorelemente ist ein schneller Abbrand der Außenelektrode, insbesondere in der sammelnden Phase oder der regenerierenden Phase, besonders kritisch. Aufgrund der Feinstruktur der als kammartig ineinander greifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und einer fertigungsbedingten Beschränkung des Aspektverhältnisses von Höhe zu Breite der Elektrodenfinger können bereits geringe Verluste zu einem Abtrag der Oberfläche der Elektroden führen, was einen Fehlbetrieb oder sogar einenTo achieve sensor element, the longevity of the electrode and in particular their erosion resistance under oxidizing and reducing conditions at high temperatures are essential prerequisites. In life-time considerations of such sensor elements, a rapid burnup of the outer electrode, in particular in the collecting phase or the regenerating phase, is particularly critical. Due to the fine structure of the interdigital electrodes designed as a comb-like interdigital electrodes and a production-related limitation of the aspect ratio of height to width of the electrode fingers even small losses can lead to a removal of the surface of the electrodes, causing a malfunction or even a
Ausfall des Sensorelements bewirken kann. Failure of the sensor element can cause.
DE 102008042770 AI offenbart eine elektrisch leitfähige Schicht für DE 102008042770 Al discloses an electrically conductive layer for
elektrochemische Gassensoren, die einen metallischen und einen keramischen Anteil umfasst, wobei der metallische Anteil eine Metalllegierung aufweist. electrochemical gas sensors comprising a metallic and a ceramic portion, wherein the metallic portion comprises a metal alloy.
Insbesondere um einen Materialabtrag aufgrund chemischer oder physikalischer Prozesse wie Verdampfung oder Bildung flüchtiger Metallverbindungen, zum Beispiel in Form von Carbonylen oder Oxiden, zu vermindern und um gleichzeitig eine Vergiftungs- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber reaktiven Abgas-, Ölasche oder Abgaskatalysatorbestandteilen und darüber hinaus eine  In particular, to reduce material removal due to chemical or physical processes such as evaporation or formation of volatile metal compounds, for example in the form of carbonyls or oxides, and at the same time poisoning and corrosion resistance to reactive exhaust, oil ash or catalytic converter components and beyond
Signalstabilität einer derart ausgeführten Elektrode zu verbessern, kann der metallische Anteil durch Platin oder eine Platinlegierung gebildet werden. Dabei ist insbesondere von Vorteil, wenn die Platinlegierung Rhodium und/oder Palladium mit einem Gesamtgewichtsanteil an der Platinlegierung von 5 bis 10 Gew.-% enthalt oder Iridium, Ruthenium und/oder Cobalt mit einem  To improve the signal stability of such a running electrode, the metallic portion can be formed by platinum or a platinum alloy. It is particularly advantageous if the platinum alloy contains rhodium and / or palladium with a total weight fraction of the platinum alloy of 5 to 10 wt .-% or iridium, ruthenium and / or cobalt with a
Gesamtgewichtsanteil an der Platinlegierung von bis zu 5 Gew.-%. Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Verbesserungspotential. Total weight fraction of the platinum alloy of up to 5 wt .-%. Despite the advantages of the known from the prior art sensor elements for detecting particles that still contain potential for improvement.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum In the context of the present invention, therefore, a sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space
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 ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. proposed. In the context of the present invention, a sensor element is understood to be any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles and which, for example, can generate an electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current.
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. The sensor element can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle. Other gases and gas mixtures are possible in principle. In principle, the measurement gas space can be any, open or closed space in which the measurement gas is received and / or which is flowed through by the measurement gas. For example, the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.
Das Sensorelement umfasst mindestens einen Träger, wobei auf den Träger mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung und mindestens eine zweite The sensor element comprises at least one carrier, wherein on the carrier at least a first electrode means and at least one second
Elektrodeneinrichtung aufgebracht sind. Die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung weisen jeweils mindestens einen Elektrodenfinger auf. Unter einem Träger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Electrode device are applied. The first electrode device and the second electrode device each have at least one electrode finger. A carrier is used in the context of the present invention
grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden, welches geeignet ist, die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung zu tragen, und/oder, auf welches die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung aufgebracht werden kann. basically any substrate understood, which is suitable to carry the first electrode means and the second electrode means, and / or, to which the first electrode means and the second electrode means can be applied.
Unter Elektrodeneinrichtungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektrische Leiter verstanden, die für eine Strommessung und/oder eine In the context of the present invention, electrode devices are understood to mean electrical conductors which are suitable for current measurement and / or a current measurement
Spannungsmessung geeignet sind und/oder welche mindestens ein mit den Elektrodeneinrichtungen in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen können. Unter dem Begriff Voltage measurement are suitable and / or which at least one with the Electrode devices in contact element with a voltage and / or current can act. Under the term
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 mindestens um einen Faktor 3, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 5. Der Träger kann mindestens ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere mindestens ein keramisches Material, umfassen. Der Träger weist mindestens eine Trägeroberfläche auf. Unter einer Trägeroberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schicht verstanden, welche den Träger von seiner Umgebung abgrenzt, und auf welche die erste und die zweite Elektrodeneinrichtung des Sensorelements aufgebracht sind. In the context of the present invention, electrode fingers are basically understood to be any shape of the electrode device whose dimension in one dimension clearly exceeds the dimension in at least one other dimension, for example at least a factor of 2, preferably at least a factor of 3, particularly preferably at least one factor 5. The carrier may comprise at least one electrically insulating material, in particular at least one ceramic material. The carrier has at least one carrier surface. In the context of the present invention, a carrier surface is basically understood to mean any layer which delimits the carrier from its surroundings, and to which the first and the second electrode device of the sensor element are applied.
Die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung können jeweils mindestens zwei Elektrodenfinger aufweisen. Die mindestens zwei Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und die mindestens zwei Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung können ineinander greifen.The first electrode device and the second electrode device may each have at least two electrode fingers. The at least two electrode fingers of the first electrode device and the at least two electrode fingers of the second electrode device can engage in one another.
Insbesondere können die Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und die Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung kammartig ineinander greifen. Weiterhin kann die erste Elektrodeneinrichtung mit der zweiten In particular, the electrode fingers of the first electrode device and the electrode fingers of the second electrode device can mesh in a comb-like manner. Furthermore, the first electrode device with the second
Elektrodeneinrichtung eine Struktur aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Fischgrätenstruktur, einer Zickzackstruktur und einerElectrode device have a structure selected from the group consisting of a herringbone structure, a zigzag structure and a
Wickelstruktur. Winding structure.
Ein Querschnittsprofil des Elektrodenfingers kann rechteckig oder trapezförmig sein. Unter einem Querschnittsprofil des Elektrodenfingers wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Umriss des Elektrodenfingers verstanden, welcher senkrecht zu einer hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Elektrodenfingers stehen kann. Beispielsweise kann es sich bei dem Querschnittsprofil um ein Profil in einer Schnittebene handeln, welche senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Elektrodenfingers und senkrecht zur Oberfläche des Trägers angeordnet sein kann. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eine zu einer Beaufschlagung durch das Messgas eingerichtete Oberfläche der Elektrodenfinger ein Elektrodenmaterial, insbesondere in Form einer Legierung, aufweist, welches mindestens 50 Gew.%, bevorzugt mindestens 55 Gew.%, weiter bevorzugt mindestens 60 Gew.%, weiter bevorzugt mindestens 65 Gew.%, weiter bevorzugt mindestens 70 A cross-sectional profile of the electrode finger may be rectangular or trapezoidal. In the context of the present invention, a cross-sectional profile of the electrode finger is understood to mean an outline of the electrode finger which can be perpendicular to a main extension direction of the electrode finger. For example, the cross-sectional profile may be a profile in a sectional plane, which may be arranged perpendicular to the direction of extension of the electrode finger and perpendicular to the surface of the carrier. It is proposed that at least one surface of the electrode fingers set up for application by the measurement gas has an electrode material, in particular in the form of an alloy, which contains at least 50% by weight, preferably at least 55% by weight, more preferably at least 60% by weight. more preferably at least 65% by weight, more preferably at least 70
Gew.%, weiter bevorzugt mindestens 75 Gew.%, und vorzugsweise höchstens 95 Gew.%, weiter vorzugsweise höchstens 90 Gew.%, weiter vorzugsweise höchstens 85 Gew.%, weiter vorzugsweise höchstens 80 Gew.%, eines  % By weight, more preferably at least 75% by weight, and preferably at most 95% by weight, more preferably at most 90% by weight, further preferably at most 85% by weight, more preferably at most 80% by weight
Basismetalls umfasst. Base metal includes.
Hierbei kann der mindestens eine Elektrodenfinger somit ein Volumen aufweisen, welches vollständig aus dem beschriebenen Elektrodenmaterial besteht. In this case, the at least one electrode finger can thus have a volume which consists entirely of the described electrode material.
Alternativ kann es je nach Ausgestaltung des Sensorelements und Anordnung des Sensorelements in dem Messgasstrom ausreichend sein, wenn wenigstens die zu der Beaufschlagung durch das Messgas eingerichtete Oberfläche desAlternatively, depending on the configuration of the sensor element and the arrangement of the sensor element in the measurement gas flow, it may be sufficient if at least the surface of the sensor element set up for application by the measurement gas
Elektrodenfingers das beschriebene Elektrodenmaterial aufweist. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, insbesondere dahingehend dass diejenigen Elektrodenfinger auf dem Sensorelement, welche aufgrund ihrer räumlichen Anordnung auf dem Träger zunächst mit dem Messgas beaufschlagt werden, über ein Volumen verfügen, das vollständig aus dem beschriebenen Electrode finger has the electrode material described. Further embodiments are possible, in particular to the effect that those electrode fingers on the sensor element which, due to their spatial arrangement on the carrier, are first charged with the measurement gas have a volume which is completely described in the description
Elektrodenmaterial besteht, während diejenigen Elektrodenfinger auf dem  Electrode material exists while those electrode fingers on the
Sensorelement, welche aufgrund ihrer räumlichen Anordnung auf dem Träger zuletzt mit dem Messgas beaufschlagt werden, nur in ihrer Oberfläche das beschriebene Elektrodenmaterial aufweisen, während das übrige Volumen der letzteren Elektrodenfinger über ein anders zusammengesetztes, metallisch leitfähiges Material verfügen kann. Sensor element, which are applied to the last due to their spatial arrangement on the carrier with the sample gas, only in their surface having the described electrode material, while the remaining volume of the latter electrode fingers may have a differently composed, metallically conductive material.
Der Begriff des Basismetalls bezeichnet hierbei grundsätzlich einen beliebigen metallischen Bestandteil einer Legierung, welcher mindestens 50 Gew.% der Legierung umfasst, d.h. das Basismetall liegt in der Legierung in einem Anteil vor, welcher einer Summe der Anteile der übrigen Bestandteile der Legierung entspricht oder die Summe der Anteile der übrigen Bestandteile der Legierung übertrifft. Der Begriff der Legierung bezeichnet in diesem Zusammenhang einen Werkstoff, welcher mindestens zwei verschiedene chemische Elemente mit metallischem Charakter aufweist, wobei die mindestens zwei verschiedenen chemischen Elemente derart in der Legierung vorliegen, dass die Legierung ebenfalls über einen metallischem Charakter verfügt. Der Begriff des In this case, the term "base metal" basically denotes any metallic constituent of an alloy which comprises at least 50% by weight of the alloy, ie the base metal is present in the alloy in a proportion which corresponds to a sum of the proportions of the other constituents of the alloy or the sum exceeds the proportions of the remaining constituents of the alloy. The term alloy in this context refers to a material which has at least two different chemical elements with a metallic character, wherein the at least two different chemical elements are present in the alloy such that the alloy also has a metallic character. The concept of
metallischen Charakters bezieht sich grundsätzlich auf metallische Eigenschaften des Werkstoffs, welche sich insbesondere in einem gleichzeitigen Vorhandensein einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, einer hohen thermischen Leitfähigkeit, einer guten Duktilität und einer hohen thermischen Beständigkeit des Werkstoffs äußern. metallic character refers basically to metallic properties of the material, which manifest themselves in particular in the simultaneous presence of a high electrical conductivity, a high thermal conductivity, a good ductility and a high thermal resistance of the material.
Insbesondere um einen Materialabtrag aufgrund chemischer oder physikalischer Prozesse wie Verdampfung oder Bildung flüchtiger Metallverbindungen, zum Beispiel in Form von Carbonylen oder Oxiden, zu vermindern und um gleichzeitig eine Vergiftungs- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber reaktiven Abgas-, Ölasche oder Abgaskatalysatorbestandteilen und darüber hinaus eine In particular, to reduce material removal due to chemical or physical processes such as evaporation or formation of volatile metal compounds, for example in the form of carbonyls or oxides, and at the same time poisoning and corrosion resistance to reactive exhaust, oil ash or catalytic converter components and beyond
Signalstabilität einer derart ausgeführten Elektrode zu verbessern, ist das Basismetall ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Palladium (Pd), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) und Rhodium (Rh). Insbesondere umfasst das Basismetall somit nicht das metallische Element Platin (Pt). Elektroden, welche mindestens eines dieser Basismetalle, insbesondere Iridium und Rhodium, aufweisen, erwiesen sich bezüglich verschiedener Abbrandmechanismen überlegen gegenüber Elektroden, deren Basismetall Platin umfasst. To improve signal stability of such an electrode, the base metal is selected from the group consisting of palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh). In particular, therefore, the base metal does not comprise the metallic element platinum (Pt). Electrodes which have at least one of these base metals, in particular iridium and rhodium, proved to be superior to electrodes whose base metal comprises platinum with regard to various burnup mechanisms.
Wie oben bereits beschrieben, kann das Elektrodenmaterial vorzugsweise eine Legierung umfassen, welche zusätzlich zu dem Basismetall mindestens einen weiteren Bestandteil aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Elektrodenmaterial zusätzlich zu dem Basismetall mindestens ein weiteres Metall, welches ausgewählt ist aus den chemischen Elementen PlatinAs already described above, the electrode material may preferably comprise an alloy which has at least one further constituent in addition to the base metal. In a particularly preferred embodiment, the electrode material comprises, in addition to the base metal, at least one further metal, which is selected from the chemical elements platinum
(Pt), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Rhenium (Re), Palladium (Pd), Cobalt (Co), Iridium (Ir), Gold (Au) oder Silber (Ag), wobei sich das jeweils gewählte weitere Metall von dem Basismetall unterscheidet. Vorzugsweise kann das (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re), palladium (Pd), cobalt (Co), iridium (Ir), gold (Au) or silver (Ag), with each selected further Metal is different from the base metal. Preferably, the
Elektrodenmaterial über einen Anteil von 0,5 Gew.% , bevorzugt von 1 Gew.%, weiter bevorzugt von 2,5 Gew.%, weiter bevorzugt von 5 Gew.%, weiter bevorzugt von 7,5 Gew.%, bis 15 Gew.%, vorzugsweise bis 12,5 Gew.%, weiter vorzugsweise bis 10 Gew.%, an dem mindestens einen weiteren Metall verfügen. Electrode material over a proportion of 0.5 wt.%, Preferably from 1 wt.%, More preferably from 2.5 wt.%, More preferably from 5 wt.%, More preferably from 7.5 wt.%, To 15 wt .%, Preferably to 12.5 wt.%, More preferably to 10 wt.%, Which have at least one further metal.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Elektrodenmaterial zusätzlich zu dem Basismetall und zu dem mindestens einen weiteren Metall mindestens einen Keramik-Oxid-Zuschlag umfassen. Der Begriff des Keramik-Oxid-Zuschlags bezeichnet hierbei ein beliebiges keramisches Oxid, welches der Legierung zugegeben werden kann, ohne die Legierung dadurch ihren metallischen Charakter verliert. Als keramisches Oxid werden Werkstoffe bezeichnet, welche über keramische Eigenschaften verfügen, die im Verglich zu metallischenIn a further embodiment, the electrode material may have at least one additional to the base metal and to the at least one further metal Include ceramic oxide aggregate. The term ceramic oxide supplement here refers to any ceramic oxide which can be added to the alloy without the alloy thereby losing its metallic character. As a ceramic oxide materials are referred to, which have ceramic properties that compared to metallic
Eigenschaften grundsätzlich eine höhere Härte, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit, jedoch eine höhere Spröde aufweisen. Durch Zugabe eines keramischen Oxids als Zuschlag in die Properties basically have a higher hardness, corrosion resistance, wear resistance and heat resistance, but have a higher brittleness. By adding a ceramic oxide as a supplement in the
Legierung kann vorzugsweise die Korrosionsfestigkeit des Elektrodenmaterials signifikant erhöht werden, was sich insbesondere auf eine Stabilisierung vonPreferably, the corrosion resistance of the electrode material can be increased significantly, which is particularly due to a stabilization of the alloy
Metallphasen an Korngrenzen zurückführen lässt. Metal phases can be attributed to grain boundaries.
Insbesondere um zusätzlich zu dem ausgewählten Basismetall den In particular, in addition to the selected base metal the
Materialabtrag aufgrund der oben beschriebenen chemischen oder Material removal due to the above-described chemical or
physikalischen Prozesse zu vermindern und um gleichzeitig eine Vergiftungsund Korrosionsbeständigkeit und darüber hinaus die Signalstabilität zu verbessern, kann der Keramik-Oxid-Zuschlag ausgewählt sein aus einem Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid oder einem Thoriumoxid. Für diese Oxide ist eine besonders hohe korrosionsfestigkeitssteigernde Wirkung zu erwarten. Darüber hinaus sind weitere Oxide möglich, ausgewählt aus In order to reduce physical processes and at the same time to improve poisoning and corrosion resistance and, in addition, improve signal stability, the ceramic oxide aggregate may be selected from yttria, zirconia, lanthana or thoria. For these oxides, a particularly high corrosion resistance-increasing effect is to be expected. In addition, other oxides are possible, selected from
Aluminiumoxid, Titanoxiden, Magnesiumoxid, Aluminiumtitanat und/oder Bariumtitanat.  Alumina, titanium oxides, magnesium oxide, aluminum titanate and / or barium titanate.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Elektrodenmaterial einen Anteil von 0 Gew.%, bevorzugt von 1 Gew.%, weiter bevorzugt von 2 Gew.%, weiter bevorzugt von 3 Gew.%, weiter bevorzugt von 4 Gew.%, bis 10 Gew.%, vorzugsweise bis 8 Gew.%, weiter vorzugsweise bis 6 Gew.%, weiter vorzugsweise bis 5 Gew.%, an dem Keramik-Oxid-Zuschlag aufweisen. Unabhängig von der gewählten Zusammensetzung ergänzen sich die jeweiligenIn a preferred embodiment, the electrode material may have a content of 0% by weight, preferably 1% by weight, more preferably 2% by weight, more preferably 3% by weight, more preferably 4% by weight, up to 10% by weight. %, preferably up to 8% by weight, more preferably up to 6% by weight, more preferably up to 5% by weight, of the ceramic oxide aggregate. Regardless of the chosen composition, the respective ones complement each other
Angaben auf höchstens 100 Gew.%, vorzugsweise auf genau 100 Gew.%. Information on at most 100% by weight, preferably to exactly 100% by weight.
Das Sensorelement kann insbesondere als Rußpartikelsensor ausgestaltet sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das Sensorelement somit eine Betriebsweise mit Temperaturen in der regenerativen Phase von 850 °C, bevorzugt von 950 °C, weiter bevorzugt von 1050 °C, bis 1300 °C, insbesondere bis 1250°C, ermöglichen. Weiterhin kann das Sensorelement in mindestens einem Schutzrohr aufgenommen sein. The sensor element can be configured in particular as a soot particle sensor. In a particularly preferred embodiment, the sensor element can thus have a mode of operation with temperatures in the regenerative phase of 850 ° C., preferably 950 ° C., more preferably 1050 ° C., and 1300 ° C., especially up to 1250 ° C, allow. Furthermore, the sensor element can be accommodated in at least one protective tube.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Hierzu werden mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung auf einen Träger aufgebracht werden, wobei die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung über jeweils mindestens einen Elektrodenfinger verfügen. In a further aspect of the present invention, a method for producing a sensor element for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed. For this purpose, at least one first electrode device and at least one second electrode device will be applied to a carrier, the first electrode device and the second electrode device each having at least one electrode finger.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren weist der mindestens eine Elektrodenfinger zumindest an einer zu einer Beaufschlagung durch das Messgas eingerichteten Oberfläche ein Elektrodenmaterial auf, das mittels eines Abscheideverfahrens auf den Träger des Sensorelements und/oder auf einen auf dem Träger bereits vorhandenen Elektrodenfinger aufgebracht wird. According to the present method, the at least one electrode finger on at least one set up for acting through the sample gas surface on an electrode material which is applied by means of a deposition method on the support of the sensor element and / or on an already existing on the support electrode fingers.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das Elektrodenmaterial mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Dickschichtverfahrens, insbesondere mittels Siebdruck aufgebracht werden. Wegen eines inerten Sinterverhaltens der oben aufgeführten Basismetalle, insbesondere von Iridium, und ihren Legierungen kann hierbei eine Anpassung einer Korngröße und/oder des Keramik-Oxid-Zuschlags vorteilhaft sein, um das Sinterverhalten des oben beschriebenen Elektrodenmaterials auf das von nach dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der DE 102008042770 AI, bekannten Platin/Platin-Cermet- Pasten einzustellen. In a particularly preferred embodiment, the electrode material can be applied by means of a thick film method known from the prior art, in particular by screen printing. Because of an inert sintering behavior of the abovementioned base metals, in particular of iridium, and their alloys, an adaptation of a grain size and / or of the ceramic oxide aggregate may be advantageous in order to reduce the sintering behavior of the electrode material described above to that of the prior art. For example, from DE 102008042770 Al, set known platinum / platinum cermet pastes.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Abscheideverfahren aus einem Dünnschichtverfahren, insbesondere einem Sputterverfahren, einem In an alternative embodiment, the deposition process of a thin-film process, in particular a sputtering, a
Aufdampfverfahren oder einem galvanischen Verfahren, gewählt werden. Eine Anwendung von anderen Abscheideverfahren ist grundsätzlich jedoch ebenfalls möglich. Vapor deposition or a galvanic process can be selected. However, an application of other deposition methods is also possible in principle.
Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten The method can be used, in particular, for producing a sensor element according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned
Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Embodiments or according to one of the below-described in more detail Embodiments are used. Accordingly, for definitions and optional embodiments, the description of the
Sensorelements verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Sensor element are referenced. However, other embodiments are possible in principle.
Das vorgeschlagene Sensorelement und das vorgeschlagene Verfahren zu seiner Herstellung weisen gegenüber bekannten Sensorelementen und zugehörigen Herstellungsverfahren zahlreiche Vorteile auf. The proposed sensor element and the proposed method for its production have numerous advantages over known sensor elements and associated production methods.
Insbesondere kann das Elektrodenmaterial, welche zumindest auf der zur Beaufschlagung durch das Messgas eingerichteten Oberfläche der In particular, the electrode material which, at least on the surface set up to be acted upon by the measuring gas can be used
Elektrodenfinger des Sensorelements aufgebracht ist, einen Materialabtrag aufgrund chemischer oder physikalischer Prozesse wie Verdampfung oder Bildung flüchtiger Metallverbindungen, zum Beispiel in Form von Carbonylen oder Oxiden, vermindern und um gleichzeitig eine Vergiftungs- und Electrode finger of the sensor element is applied, reduce material removal due to chemical or physical processes such as evaporation or formation of volatile metal compounds, for example in the form of carbonyls or oxides, and at the same time a poisoning and
Korrosionsbeständigkeit gegenüber reaktiven Abgas-, Ölasche oder Corrosion resistance to reactive exhaust, oil ash or
Abgaskatalysatorbestandteilen und darüber hinaus eine Signalstabilität einer derart ausgeführten Elektrode verbessern. Improve catalytic converter components and beyond a signal stability of such a lead electrode.
Zusätzlich kann das zugehörige Herstellungsverfahren eine einfache In addition, the associated manufacturing process can be a simple
Abscheidung des Elektrodenmaterials auf den Träger des Sensorelements und/oder auf einen auf dem Träger bereits vorhandenen Elektrodenfinger ermöglichen. Allow deposition of the electrode material on the support of the sensor element and / or on an electrode fingers already present on the support.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
eine Ausführungsform eines Sensorelements der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht; und Figur 2 die Ausführungsform eines Elektrodenfingers des an embodiment of a sensor element of the present invention in a plan view; and Figure 2 shows the embodiment of an electrode finger of
Sensorelements aus Figur 1 in einer Querschnittsansicht.  Sensor element of Figure 1 in a cross-sectional view.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases 112 in einem Messgasraum in einer Draufsicht. Das Sensorelement 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas 112 um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Das SensorelementFIG. 1 shows an embodiment of a sensor element 110 according to the invention for detecting particles of a measurement gas 112 in a measurement gas space in a plan view. The sensor element 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measurement gas 112 may be an exhaust gas of the motor vehicle. The sensor element
110 kann insbesondere ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte, weitere Funktionselemente umfassen, wie beispielsweise Elektroden, 110 may in particular include one or more, not shown in the figures, further functional elements, such as electrodes,
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. Electrode leads and contacts, multiple layers, heating elements, electrochemical cells or other elements, such as shown in the above-mentioned prior art. Furthermore, the sensor element 110 may for example be accommodated in a protective tube, also not shown.
Das Sensorelement 110 umfasst mindestens einen Träger 114, wobei auf den Träger mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung 116 und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung 118 aufgebracht sind. Insbesondere kann der Träger 114 mindestens ein keramisches Material umfassen. Weiterhin kann der Träger 114 mindestens ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Der Träger 114 kann eine Trägeroberfläche aufweisen. The sensor element 110 comprises at least one carrier 114, wherein at least one first electrode device 116 and at least one second electrode device 118 are applied to the carrier. In particular, the carrier 114 may comprise at least one ceramic material. Furthermore, the carrier 114 may comprise at least one electrically insulating material. The carrier 114 may have a carrier surface.
Die erste Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 118 weisen jeweils mindestens einen Elektrodenfinger 120 auf. Die erste The first electrode device 116 and the second electrode device 118 each have at least one electrode finger 120. The first
Elektrodeneinrichtung 116 und die zweite Elektrodeneinrichtung 118 können jeweils zwei oder, wie in Figur 1 dargestellt, jeweils mehr als zwei Electrode device 116 and the second electrode device 118 may each have two or, as shown in Figure 1, each more than two
Elektrodenfinger 120 aufweisen. Wie Figur 1 weiterhin zeigt, können die Have electrode finger 120. As Figure 1 further shows, the
Elektrodenfinger 120 der ersten Elektrodeneinrichtung 116 und die  Electrode fingers 120 of the first electrode means 116 and the
Elektrodenfinger 120 der zweiten Elektrodeneinrichtung 118 ineinander greifen. Die erste Elektrodeneinrichtung 116 als auch die zweiten Elektrodeneinrichtung 118 können jedoch auch eine andere Struktur aufweisen. Insbesondere kann die erste Elektrodeneinrichtung 116 mit der zweiten Elektrodeneinrichtung 118 eineElectrode fingers 120 of the second electrode means 118 engage each other. However, the first electrode device 116 as well as the second electrode device 118 may also have a different structure. In particular, the first electrode device 116 may be connected to the second electrode device 118
Struktur aufweisen, die ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus einer Kammstruktur, einer Fischgrätenstruktur, einer Zickzackstruktur und einer Wickelstruktur. Having structure which may be selected from the group consisting of a comb structure, a herringbone structure, a zigzag structure and a winding structure.
Figur 2 zeigt die Ausführungsform eines Elektrodenfingers 120 des FIG. 2 shows the embodiment of an electrode finger 120 of the FIG
Sensorelements 110 in einer Querschnittsansicht, wobei der Elektrodenfinger 120 auf den Träger 114 aufgebracht ist. Der Elektrodenfinger 120 verfügt hierbei über ein Volumen 122 und eine zu einer Beaufschlagung durch das Messgas 112 eingerichtete Oberfläche 124. Sensor element 110 in a cross-sectional view, wherein the electrode finger 120 is applied to the carrier 114. In this case, the electrode finger 120 has a volume 122 and a surface 124 set up to be acted upon by the measurement gas 112.
Es wird vorgeschlagen, dass das Volumen 122 des Elektrodenfinger 120 oder zumindest die Oberfläche 124 des Elektrodenfingers ein Elektrodenmaterial 126, insbesondere in Form einer Legierung, aufweist, welches mindestens 50 Gew.% und vorzugsweise höchstens 95 Gew.% eines Basismetalls umfasst, wobei das Basismaterial ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Palladium (Pd), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) und Rhodium (Rh). It is proposed that the volume 122 of the electrode finger 120 or at least the surface 124 of the electrode finger comprises an electrode material 126, in particular in the form of an alloy, which comprises at least 50% by weight and preferably at most 95% by weight of a base metal, the base material is selected from the group consisting of palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh).
Darüber hinaus kann das Elektrodenmaterial 126 zusätzlich zu dem Basismetall einen Anteil von 0,5 Gew.% bis 15 Gew.% an mindestens einem weiteren Metall, ausgewählt aus Platin (Pt), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Rhenium (Re), Palladium (Pd), Cobalt (Co), Iridium (Ir), Gold (Au) und Silber (Ag), aufweisen, wobei sich das ausgewählte weitere Metall von dem ausgewählten Basismetall unterscheidet. In addition, the electrode material 126 may contain, in addition to the base metal, a content of 0.5 wt.% To 15 wt.% Of at least one other metal selected from platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re ), Palladium (Pd), cobalt (Co), iridium (Ir), gold (Au) and silver (Ag), with the selected additional metal being different from the selected base metal.
Darüber hinaus kann das Elektrodenmaterial 126 zusätzlich zu dem mindestens einen Basismetall und dem mindestens einen weiteren Metall einen Anteil vonIn addition, the electrode material 126 may include, in addition to the at least one base metal and the at least one further metal, a portion of
0 Gew.% bis 10 Gew.% an einem Keramik-Oxid-Zuschlag aufweisen, wobei der Keramik-Oxid-Zuschlag vorzugsweise aus einem Oxid des Yttrium (Y), 0% by weight to 10% by weight of a ceramic oxide aggregate, wherein the ceramic oxide aggregate is preferably composed of an oxide of yttrium (Y),
Zirkoniums (Zr), Lanthans (La) oder Thoriums (Th) ausgewählt sein kann. Zusammengefasst kann das Elektrodenmaterial 126 vorzugsweise einer der folgenden Zusammensetzungen in Gew.% aufweisen, welche sich jeweils zu 100 Gew.% ergänzen. Im folgenden werden 8 exemplarische Zusammensetzungen angegeben; gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Vielzahl von weiteren Zusammensetzungen möglich: Zirconium (Zr), lanthanum (La) or thorium (Th) may be selected. In summary, the electrode material 126 may preferably have one of the following compositions in weight percent, each supplementing to 100 percent by weight. In the following, 8 exemplary compositions are given; however, according to the present invention, a variety of other compositions are possible:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Volumen 122 des In a preferred embodiment, the volume 122 of the
Elektrodenfingers 120 vollständig aus dem Elektrodenmaterial 126 bestehen. In einer alternativen Ausführungsform kann wenigstens die Oberfläche 124 des Elektrodenfingers 120, welche zu der Beaufschlagung durch das Messgas 112 eingerichtet ist, das Elektrodenmaterial 126 aufweisen. Weitere Electrode finger 120 completely made of the electrode material 126. In an alternative embodiment, at least the surface 124 of the electrode finger 120, which is adapted to be acted upon by the measurement gas 112, may comprise the electrode material 126. Further
Ausführungsformen sind möglich; insbesondere eine Ausführungsform, in welcher das Volumen 122 derjenigen Elektrodenfinger 120, welche aufgrund ihrer ersten räumlichen Anordnung 128 auf dem Träger 114 zunächst mit dem Messgas 112 beaufschlagt werden, vollständig aus dem Elektrodenmaterial 126 bestehen, während nur die Oberflächen 124 diejenigen Elektrodenfinger 120, welche aufgrund ihrer zweiten räumlichen Anordnung 130 auf dem Träger 114 zuletzt mit dem Messgas 112 beaufschlagt werden, das Elektrodenmaterial 126 aufweisen, während das übrige Volumen der Elektrodenfinger 120 in der zweiten räumlichen Anordnung 130 über ein anders zusammengesetztes, metallisch leitfähiges Material verfügen kann. Embodiments are possible; in particular, an embodiment in which the volume 122 of those electrode fingers 120, which are initially loaded on the carrier 114 with the measurement gas 112 due to their first spatial arrangement 128, consist entirely of the electrode material 126, while only the surfaces 124 those electrode fingers 120, which due to their second spatial arrangement 130 on the carrier 114 are last applied to the sample gas 112, the electrode material 126, while the remaining volume of the electrode fingers 120 in the second spatial arrangement 130 may have a differently composed, metallically conductive material.

Claims

Ansprüche claims
1. Sensorelement (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases (112) in A sensor element (110) for detecting particles of a measurement gas (112) in
einem Messgasraum, wobei das Sensorelement (110) mindestens einen  a measuring gas space, wherein the sensor element (110) at least one
Träger (114) umfasst, wobei auf den Träger (114) mindestens eine erste  Carrier (114), wherein on the support (114) at least a first
Elektrodeneinrichtung (116) und mindestens eine zweite  Electrode device (116) and at least one second
Elektrodeneinrichtung (118) aufgebracht sind, wobei die erste  Electrode means (118) are applied, wherein the first
Elektrodeneinrichtung (116) und die zweite Elektrodeneinrichtung (118) über jeweils mindestens einen Elektrodenfinger (120) verfügen, wobei zumindest eine zu einer Beaufschlagung durch das Messgas (112) eingerichtete  Electrode means (116) and the second electrode means (118) each have at least one electrode finger (120), wherein at least one arranged to be acted upon by the measurement gas (112)
Oberfläche (124) der Elektrodenfinger (120) ein Elektrodenmaterial (126) aufweist, welches mindestens 50 Gew.% eines Basismetalls, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Palladium, Iridium, Ruthenium und Rhodium, umfasst.  Surface (124) of the electrode fingers (120) comprises an electrode material (126) comprising at least 50% by weight of a base metal selected from the group consisting of palladium, iridium, ruthenium and rhodium.
2. Sensorelement (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das 2. Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the
Elektrodenmaterial (126) höchstens 95 Gew.% des Basismetalls umfasst.  Electrode material (126) comprises at most 95% by weight of the base metal.
3. Sensorelement (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial (126) zusätzlich zu dem Basismetall mindestens ein weiteres Metall, ausgewählt aus Platin, Rhodium, Ruthenium, Rhenium, Palladium, Cobalt, Iridium, Gold oder Silber, umfasst. A sensor element (110) according to any one of the preceding claims, wherein the electrode material (126) comprises, in addition to the base metal, at least one further metal selected from platinum, rhodium, ruthenium, rhenium, palladium, cobalt, iridium, gold or silver.
4. Sensorelement (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das 4. Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the
Elektrodenmaterial (126) einen Anteil von 0,5 Gew.% bis 15 Gew.% an dem mindestens einen weiteren Metall aufweist.  Electrode material (126) has a proportion of 0.5 wt.% To 15 wt.% Of the at least one other metal.
5. Sensorelement (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial (126) zusätzlich mindestens einen Keramik-Oxid-Zuschlag umfasst. 5. Sensor element (110) according to one of the preceding claims, wherein the electrode material (126) additionally comprises at least one ceramic oxide aggregate.
6. Sensorelement (110) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Keramik- Oxid-Zuschlag ausgewählt ist aus einem Oxid des Yttriums, Zirkoniums, Lanthans oder Thoriums. 6. sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the ceramic oxide aggregate is selected from an oxide of yttrium, zirconium, lanthanum or thorium.
7. Sensorelement (110) nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial (126) einen Anteil von 0 Gew.% bis 10 Gew.% an dem Keramik-Oxid-Zuschlag aufweist. 7. Sensor element (110) according to one of the two preceding claims, wherein the electrode material (126) has a proportion of 0 wt.% To 10 wt.% Of the ceramic oxide aggregate.
8. Sensorelement (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Elektrodenfinger (120) ein Volumen (122) aufweist, welches vollständig aus dem Elektrodenmaterial (126) besteht. 8. Sensor element (110) according to one of the preceding claims, wherein the at least one electrode finger (120) has a volume (122) which consists entirely of the electrode material (126).
9. Sensorelement (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (110) die erste Elektrodeneinrichtung (116) und die zweite Elektrodeneinrichtung (118) jeweils als kammartig ineinander greifende 9. sensor element (110) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor element (110), the first electrode means (116) and the second electrode means (118) in each case as a comb-like interlocking
Elektrodenfinger (120) ausgestaltet sind.  Electrode fingers (120) are configured.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements (110) zur Erfassung von 10. A method for producing a sensor element (110) for detecting
Partikeln eines Messgases (112) in einem Messgasraum, wobei mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung (116) und mindestens eine zweite  Particles of a measuring gas (112) in a measuring gas space, wherein at least a first electrode means (116) and at least a second
Elektrodeneinrichtung (118) auf einen Träger (114) aufgebracht werden, wobei die erste Elektrodeneinrichtung (116) und die zweite  Electrode device (118) are applied to a support (114), wherein the first electrode means (116) and the second
Elektrodeneinrichtung (118) über jeweils mindestens einen Elektrodenfinger (120) verfügen, wobei der mindestens eine Elektrodenfinger (120) zumindest an einer zu einer Beaufschlagung durch das Messgas (112) eingerichteten Oberfläche (124) ein Elektrodenmaterial (126) aufweist, welches mindestens 50 Gew.% eines Basismetalls, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend  Electrode means (118) each have at least one electrode finger (120), wherein the at least one electrode finger (120) at least on a surface (124) adapted to be acted upon by the sample gas (112) comprises an electrode material (126) containing at least 50 wt .% of a base metal selected from the group containing
Palladium, Iridium, Ruthenium und Rhodium, umfasst, das mittels eines  Palladium, iridium, ruthenium and rhodium, comprising, by means of a
Abscheideverfahrens aufgebracht wird.  Deposition method is applied.
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