WO2021239405A1 - Sensor element for an exhaust gas sensor - Google Patents

Sensor element for an exhaust gas sensor Download PDF

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WO2021239405A1
WO2021239405A1 PCT/EP2021/061670 EP2021061670W WO2021239405A1 WO 2021239405 A1 WO2021239405 A1 WO 2021239405A1 EP 2021061670 W EP2021061670 W EP 2021061670W WO 2021239405 A1 WO2021239405 A1 WO 2021239405A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor element
inner layer
outer layer
contact surface
end region
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/061670
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Joerg Renz
Annette Hanselmann
Thorsten Sahm
Peter Raffelstetter
Thomas PASTUSZKA-LUDE
Julian Keller
Nadja KOELPIN
Oliver Dotterweich
Klaus-Peter Kugler
Andreas Rottmann
Christoph GLAWE
Tobias WOYKE
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Publication of WO2021239405A1 publication Critical patent/WO2021239405A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts

Definitions

  • an exhaust gas sensor with a sensor element which in its longitudinal direction has a first end region and a second end region opposite one another, the sensor element having a functional element in the first end region which is equipped with a is electrically conductively connected in the second end area on the outer surface of the sensor element arranged contact surface. It is also provided that the contact surface has a rounding on its side facing away from the first end region.
  • the function of the contact surface is to reliably ensure electrical contacting of the sensor element by contact elements of the exhaust gas sensor, such as metallic wires, pins or springs, which interact in the sensor with the contact surface of the sensor element.
  • the present invention is based initially on the inventors' knowledge that the mentioned function comprises two requirements, namely on the one hand the secure connection of the contact surface to the rest of the sensor element, including maintaining the integrity of the contact surface; on the other hand, the reliable production of a conductive connection between the contact surface and the contact element of the exhaust gas sensor.
  • the inner layer therefore points to and from the inside of the sensor element Contact element away; the outer layer thus points away from the interior of the sensor element and towards the contact element.
  • the outer layer is arranged on the inner layer.
  • the inner layer can thus be optimized with regard to the partial task of securely connecting the contact surface to the rest of the sensor element, including maintaining the integrity of the contact surface.
  • the outer layer can thus be optimized with regard to the partial task of reliably producing a conductive connection between the contact surface and the contact element of the exhaust gas sensor.
  • the optimization can consist, on the one hand, of the inner layer having a greater hardness than the outer layer. While the greater hardness of the inner layer has the effect that the contact surface is inherently solid and is firmly connected to the rest of the sensor element, the lower hardness of the outer layer has the effect that the contact surface is ductile towards the contact element, i.e. it deforms within certain limits can, so that the contact element can come to rest on the contact surface over a large cross section or can penetrate into the contact surface within certain limits.
  • the optimization can also consist in the fact that the inner layer has a ceramic component and a precious metal component and the outer layer has a precious metal component that is higher than the precious metal component of the inner layer.
  • a proportion is understood to mean a proportion by weight and / or a proportion by volume.
  • a proportion is, of course, understood to be a proportion that differs from zero in such a way that it brings about a technical effect, that is to say significantly changes at least one property of the relevant layer.
  • a proportion is at least 2% by volume and / or at least 2% by weight.
  • a proportion, in particular the noble metallic proportion of the outer layer can in principle also be 100% by volume and / or 100% by weight.
  • the outer layer can thus consist of noble metal, for example platinum.
  • the noble metal can be platinum, palladium, gold, rhodium, rhenium, iridium or a mixture, for example an alloy, of two or more of these substances.
  • the ceramic or the ceramic component can be, for example, yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ) or aluminum oxide.
  • layers are understood to mean parts of ceramic sensor elements such as can be produced, for example, by screen printing on green ceramic substrates and subsequent sintering.
  • layers can be connected in the mathematical sense or consist of several areas that are indeed produced together by screen printing with subsequent sintering and lie in the same layer plane, but are not connected in the mathematical sense.
  • end region of the sensor element with reference to a longitudinal direction is generally understood to mean only a contiguous sub-region of the sensor element that encompasses the relevant end of the sensor and does not make up more than 50% of the length of the sensor element. To this extent, an end area and an opposite end area only overlap in one area, for example. In a somewhat more restricted way, an end area of the sensor element can in particular also be understood as a contiguous sub-area of the sensor element which comprises the relevant end of the sensor and does not make up more than a third or even not more than a quarter of the length of the sensor element.
  • the term “functional element” is not to be interpreted narrowly in the present case.
  • it can be a noble metal electrode or cermet electrode communicating with the outer space of the sensor element and / or an electrical resistance heater, which in particular has an electrical resistance of a maximum of 30 ohms at 20 ° C., and / or the like. Going beyond that, the inventors have recognized that the functional advantages explained at the beginning can already result if the outer layer only partially covers the inner layer.
  • the contact surface is electrically conductively connected to a conductor track.
  • the conductor track can, for example, be designed to be continuous with the inner layer of the contact surface, for example be produced in a continuous printing step using the screen printing process with subsequent sintering.
  • contact areas are in particular limited to the conductor tracks adjoining them in that contact surfaces are wider than conductor tracks in the direction of the outer surface of the sensor element and perpendicular to the longitudinal direction of the sensor element.
  • the conductor tracks are elongated, while the adjacent contact areas are rectangular, possibly with rounded corners or with a rounded end in the longitudinal direction or two rounded ends in the longitudinal direction or oval.
  • the flat total extension of the inner layer is greater than the flat total extension of the outer layer. Since it has been found that it is possible from a manufacturing point of view for the contact elements to come to rest reliably on the reduced outer layers of the contact surfaces during the assembly of the exhaust gas sensor, there are no functional disadvantages.
  • the areal overall extent of a layer is understood to mean in particular the entire area covered or enclosed by the layer, i.e. in the case of a rectangular layer: length times width, regardless of whether or not the layer is designed as a full area, for example has a grid, see below.
  • the outer layer can be screened, for example as a pattern of areas in which the layer is materially formed (for example printed and sintered), and areas in which the layer is not materially formed (for example is cut out during printing), for example in the form of a honeycomb pattern, dotted, checkered, from intersecting elongated areas or the like.
  • the contact surfaces in particular the inner layers of the contact surfaces, are made relatively small, for example no longer than 3mm in the longitudinal direction of the sensor element and / or not wider than 2mm perpendicular to the longitudinal direction.
  • the contact surface is formed with the layers explained, but also a region of the conductor track that adjoins the contact surface is formed accordingly, that is to say has an inner layer and an outer layer arranged thereon, the The nature of the inner layer of the area of the conductor track coincides with the nature of the inner layer of the contact surface, and the nature of the outer layer of the area of the conductor track coincides with the nature of the outer layer of the contact surface.
  • This area of the conductor track can be an elongated area of the conductor track that adjoins the contact surface on the exhaust gas side, and optionally also an annular area of the conductor track that adjoins the elongated area of the conductor track on the exhaust gas side.
  • a plated through-hole can connect, which leads from the outer surface into the interior of the sensor element.
  • an outer layer in the area of the conductor track advantageously brings about a reduction in the electrical resistance of the conductor track.
  • the functional element connected to the contact surface is a resistance heater
  • the efficiency and operational safety of the Sensor element improved.
  • the functional element connected to the contact surface is an electrode of the sensor element
  • the measurement accuracy of the sensor element is improved.
  • Figures 1 to 6 show a known sensor element.
  • Figures 7a-7h and 8a to 81 show configurations of the outer layers of the contact surfaces according to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows an overall view of a sensor element 20 which can be arranged in a housing of a gas sensor (not shown) which is used to determine the oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine (not shown).
  • a gas sensor not shown
  • the invention is of course also suitable for sensor elements for other sensors, for example sensors for particle measurement.
  • the sensor element extends in the longitudinal direction from the front left to the rear right in FIG. 1, a first end region 201 of the sensor element 20 being shown on the right and a second end region 202 of the sensor element 20 on the left.
  • the first end region 201 of the sensor element 20 faces an exhaust gas and the second end region 202 of the sensor element 20 faces away from the exhaust gas.
  • the sensor element 20 extends in the transverse direction from the front right to the rear left and in the vertical direction from the bottom to the top.
  • the sensor element 20 is made up of printed ceramic foils, which in this example are designed as first, second and third solid electrolyte foils 21, 22, 23 and contain yttrium oxide-stabilized zirconium oxide (YSZ).
  • the solid electrolyte foils 21, 22, 23 have a length of 72 mm, a width of 5 mm and a height of 540 ⁇ m before a sintering process.
  • Foils of a sintered sensor element 20 have edge lengths reduced by 20%.
  • the first solid electrolyte film 21 is provided with a contact surface 43 and a further contact surface 44 on its large surface facing outwards from the perspective of the sensor element 20, at the bottom in FIG. 1, in the second end region 202 of the sensor element 20, here printed, see also FIG. 3.
  • the first solid electrolyte film 21 is on its large area facing inward from the perspective of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, in the first end region 201 of the sensor element 20 with a meander-shaped heating device 311 as a functional element 31, which is used to heat the first end region 201 of the sensor element 20 , Mistake.
  • a conductor track 321, 322 is connected to each of its ends, the transition from heating device 311 to conductor track 321, 322 being characterized by an increase in the structure width and / or height or a decrease in the electrical resistance per length .
  • the conductor tracks 321, 322 have a section designated as supply line 323, 325 on the exhaust gas side, which in the present case has a constant width.
  • the conductor tracks 321, 322 furthermore have, facing away from the exhaust gas, a section designated as a collar 324, 326, which in the present case is designed in the form of a ring, see also FIG. 4.
  • the first solid electrolyte film 21 is printed on its large area facing inward from the point of view of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, furthermore with insulation layers 330 and a sealing frame 331 and a film binder layer 333, here printed.
  • the first solid electrolyte film 21 has two passages 501, 502 in the second end region 202, which run in the vertical direction through the first solid electrolyte film 21 and each electrically conductively connect a contact surface 43, 44 to a collar 324, 326 of a conductor track 321, 322, see FIG 6th
  • the second solid electrolyte film 22 is provided on both sides with a film binder layer 333, and the second solid electrolyte film 22 has a reference gas channel 35, which extends longitudinally from a reference gas opening 351 facing away from the exhaust gas into the first end region 201 of the sensor element 20 and runs centrally in the transverse direction.
  • the reference gas channel 35 is, for example, porous filled or unfilled.
  • the third solid electrolyte film 23 is on its large area facing inward from the perspective of the sensor element 20, at the bottom in FIG Oxygen concentration provided.
  • a conductor track 328 is connected to its end, the transition from the cermet electrode to the conductor track 328 being characterized by a decrease in the structure width.
  • the conductor track 328 has a section referred to as supply line 327 on the exhaust gas side, which in the present case has a constant width.
  • the conductor track 328 also has a section referred to as a collar 329 facing away from the exhaust gas, which is in the present case annular, see also FIG.
  • the third solid electrolyte film 23 is provided with a contact surface 45 and a further contact surface 46 on its large surface facing outwards from the perspective of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, in the second end region 202 of the sensor element 20, here printed, see also FIG. 2.
  • the further contact surface 46 is followed by a conductor track 320 with a constant width, for example, which extends as far as a further cermet electrode 313 arranged in the first end region 201 of the sensor element 20.
  • the conductor track 320 is covered with, for example, a dense cover layer 361, the further cermet electrode 313 is provided with porous layers 362, so that communication between the outside space and the further cermet electrode 313 is ensured.
  • the third solid electrolyte film 23 has a leadthrough 503 in the second end region, which runs in the vertical direction through the third solid electrolyte film 23 and which connects the contact surface 45 to the collar 329 in an electrically conductive manner, see FIG. 6.
  • the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a plan view of the third solid electrolyte film 23.
  • the contact surface 45 is arranged on the left with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas.
  • the contact surface 45 is connected to a conductor path on the outer surface of the sensor element, namely via an elongated area 453 with an annular area 452.
  • the contact area 45 has an elongated basic shape that consists of a rectangle of equal length and width due to maximum rounding of the Corners emerges, that is to say by a rounding with a radius of curvature R which corresponds to half the width of the contact surface 45.
  • the length of the contact surface 45 in this example is 3 mm or less, and the width of the contact surface is 2 mm or less.
  • the ring-shaped area of the conductor track interacts in an electrically conductive manner with a bushing 503 through the third solid electrolyte layer 23.
  • the further contact surface 46 is arranged to the right of the contact surface 45.
  • the arrangement and size of the further contact surface 46 corresponds in this sense, i.e. with the interchanging of left and right, to the contact surface 45 with the proviso that in this example there is a distance of at least 0.6 mm between the contact surface 45 and the further contact surface 46 to an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
  • the further contact surface 46 is in contact with the conductor track 328, which leads to the further cermet electrode 313.
  • a center axis of the conductor track 328 in the longitudinal direction is shifted transversely inward relative to a center axis of the further contact surface 46 in the longitudinal direction by 0.1 mm to 0.4 mm, in the example by 0.2 mm, relative to an unsintered sensor element 20 (sintered: - 20%).
  • the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a view from below under the first solid electrolyte film 21 pointing downward in FIG.
  • the contact surface 43 is arranged on the left.
  • the contact surface 43 is connected to a conductor track on the outer surface of the sensor element, to be precise via an elongated region 433 with an annular region 432.
  • the contact surface 43 has an elongated basic shape that results from a rectangle of equal length and width through maximum rounding of the corners, that is, through a rounding with a radius of curvature R which corresponds to half the width of the contact surface 43. In this way, semicircular end regions of the contact surface 43 are thus created on the side of the contact surface 43 facing away from the exhaust gas.
  • the length of the contact surface in this example is 3 mm or less
  • the width of the contact surface is 2 mm or less.
  • the annular region 432 is arranged on the side of the contact surface 43 facing the exhaust gas.
  • the annular region 432 is, for example, with an inner diameter of 0.5 mm or less and an outer diameter of 1 mm or more, based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
  • the annular region 432 of the conductor track interacts in an electrically conductive manner with a bushing 501 through the first solid electrolyte layer 21.
  • the further contact surface 44 is arranged to the right of the contact surface 43.
  • the arrangement and size of the further contact surface 44 correspond to the arrangement and the size of the contact surface 43 with the proviso that between the contact surface 43 and the further contact surface 44 a
  • the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a plan view of the first solid electrolyte film 21, in FIG. 1 from above.
  • the conductor track 322 is arranged on the right.
  • the conductor track 322 is composed of two partial areas, namely a supply line 325 and a collar 326.
  • the supply line 325 forms the exhaust-gas-side part of the conductor track 322 and extends from the heating device 311 on the exhaust-gas side to the collar 326 facing away from the supply line 325.
  • the supply line 325 has a width B of 1.2 mm and runs with a spacing in the transverse direction on the exhaust-gas side of 0.25 mm to the central longitudinal axis of the sensor element 20, in each case based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
  • the supply line 325 is angled to the right, that is to say to the outside, at an angle of 18 °.
  • the collar 326 is ring-shaped and in the present case describes an arc of 180 °, the outer diameter of which is identical to the width B of the supply line 325 and the latter Inner diameter is 0.4mm.
  • a width of the collar is therefore 0.3 mm, in each case based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
  • a width ratio of the collar width b to the supply line width B is 0.33.
  • the contact surfaces 43, 44, 45, 46 each have an inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' and an outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′, 46 ′′ arranged on this, wherein the outer layer 43 ", 44", 45 “, 46” only partially covers the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46'.
  • layers 43 ‘, 44‘, 45 ‘, 46‘; 43 “, 44", 45 “, 46‘ it can be, for example, layers that can be produced in the screen printing process with subsequent sintering.
  • the contact surfaces are only provided with the reference number 43 for better clarity.
  • the reference numeral 43 represents the reference numerals 43, 44, 45, 46.
  • the flat total extension of the inner layer 43, 44 ‘, 45, 46 is greater than the flat total extension of the outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′, 46 ′′.
  • the outer layer 43 ", 44", 45 “, 46” according to FIG. 7a is only in the form of a strip 60 in a rectangular, connection-side end area of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' arranged.
  • the outer layer 43 ", 44", 45 “, 46” is only in a horseshoe-shaped connection-side end area of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' arranged.
  • the outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′, 46 ′′ is arranged only in a central region in the longitudinal direction of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ′, 44 ′, 45 ′, 46 ′ , namely according to FIG. 7e over the entire width of the contact surface 43, 44, 45, 46 and according to FIG. 7f only over part of the width of the contact surface 43, 44, 45, 46, on the right in FIG. 7f.
  • FIGS. 7g and 7h provide a contact surface 43, 44, 45 that is rounded on the connection side.
  • a first sub-area TI of the outer layer 43 ", 44", 45 " is arranged in a longitudinally central area of the contact surface 43, 44, 45 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', a second sub-area T2 of the outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′ adjoins the first partial area TI of the outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′ on the exhaust side and is in a transverse central area of the contact surface 43, 44, 45 on the inner layer 43 ′, 44 ', 45' arranged.
  • the inner layer 43 ', 44', 45 'of the contact surfaces 43, 44, 45 in the embodiments according to FIGS. 7g and 7h settles continuously and with the same properties (material, thickness, etc.) to an inner layer of an adjacent area of a conductor track away, namely an elongated area of the conductor track 433, 443, 453 which adjoins the contact surface 43, 44, 45 on the exhaust gas side and an additional annular area 432, 442, 452 of the conductor track, which adjoins the elongated area 433, 443, 453 of the conductor track on the exhaust gas side adjoins.
  • the outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′ of the contact surfaces 43, 44, 45 in the embodiments according to FIGS. 7g and 7h settles continuously and with the same properties (material, thickness, etc.) to an outer layer of an adjacent area of a conductor track away, namely an elongated area of the conductor track 433, 443, 453, which adjoins the contact surface 43, 44, 45 on the exhaust gas side and, in addition, an annular area of the conductor track 432, 442, 452, which adjoins the elongated area of the conductor track 433, 443, on the exhaust gas side. 453 adjoins.
  • the outer layers 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′ shown in FIGS. 7a to 7h can, for example, be designed as a continuous layer (full surface) or provided with a grid, for example with one of the grids shown in FIGS. 8a to 81.
  • an outer layer 43 ", 44", 45 “, 46” can also be provided, the overall extent of which completely covers the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' outer layer 43 ′′, 44 ′′, 45 ′′, 46 ′′ has a grid, for example one of the grids shown in FIGS. 8a to 81 and to the extent that the inner layer is only partially covered.
  • Honeycomb patterns for example, are possible as grids ( Figure 8a and Figure 8b),

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Abstract

The invention relates to a ceramic sensor element for an exhaust gas sensor, extending from an exhaust gas-side end region (201) to a connection-side end region (202) in the longitudinal direction. The exhaust gas-side end region (201) is equipped with a functional element (31) which is connected to a contact surface (43, 44, 45, 46) via a conductor track (320, 221, 222, 328), said contact surface being arranged on the outer surface of the sensor element (20) in the connection-side end region (202). The contact surface (43, 44, 45, 46) has an inner layer (43', 44', 45', 46') and an outer layer (43'', 44'', 45'', 46'') arranged thereon. The inner layer (43', 44', 45', 46') has a higher degree of hardness and/or a smaller content of precious metal than the outer layer (43'', 44'', 45'', 46'') and is only partly covered by the outer layer (43'', 44'', 45'', 46'').

Description

Beschreibung description
Sensorelement für einen Abgassensor Sensor element for an exhaust gas sensor
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik, DE 102013 211 791 Al, ist bereits ein Abgassensor mit einem Sensorelement bekannt, das in seiner Längsrichtung einander gegenüberliegend einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist, wobei das Sensorelement in dem ersten Endbereich ein Funktionselement aufweist, das mit einer im zweiten Endbereich auf der Außenfläche des Sensorelements angeordneten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist. Dabei ist überdies vorgesehen, dass die Kontaktfläche auf seiner vom ersten Endbereich abgewandten Seite eine Abrundung aufweist. From the prior art, DE 102013 211 791 A1, an exhaust gas sensor with a sensor element is already known, which in its longitudinal direction has a first end region and a second end region opposite one another, the sensor element having a functional element in the first end region which is equipped with a is electrically conductively connected in the second end area on the outer surface of the sensor element arranged contact surface. It is also provided that the contact surface has a rounding on its side facing away from the first end region.
Die Kontaktfläche hat die Funktion, eine elektrische Kontaktierung des Sensorelements durch Kontaktelemente des Abgassensors, wie z.B. metallische Drähte, Stifte oder Federn, die in dem Sensor mit der Kontaktfläche des Sensorelements Zusammenwirken, sicher zu gewährleisten. The function of the contact surface is to reliably ensure electrical contacting of the sensor element by contact elements of the exhaust gas sensor, such as metallic wires, pins or springs, which interact in the sensor with the contact surface of the sensor element.
Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung Advantage of the invention / disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis der Erfinder, dass die genannte Funktion zwei Anforderungen umfasst, nämlich zum einen die sichere Verbindung der Kontaktfläche mit dem übrigen Sensorelement einschließlich der Wahrung der Integrität der Kontaktfläche; zum anderen die sichere Herstellbarkeit einer leitenden Verbindung zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktelement des Abgassensors. The present invention is based initially on the inventors' knowledge that the mentioned function comprises two requirements, namely on the one hand the secure connection of the contact surface to the rest of the sensor element, including maintaining the integrity of the contact surface; on the other hand, the reliable production of a conductive connection between the contact surface and the contact element of the exhaust gas sensor.
Dies hat die Erfinder zunächst dazu geleitet, die Kontaktfläche nicht aus einem homogenen Material vorzusehen, sondern mit einer inneren Schicht und einer auf dieser angeordneten äußeren Schicht. This initially led the inventors to provide the contact surface not from a homogeneous material, but with an inner layer and an outer layer arranged on it.
Die innere Schicht weist also zum Sensorelementinneren hin und von dem Kontaktelement weg; die äußere Schicht weist also von dem Sensorelementinneren weg und zu dem Kontaktelement hin. Im gleichen Sinn, in dem die Kontaktfläche auf der Außenfläche des Sensorelements angeordnet ist, ist die äußere Schicht auf der inneren Schicht angeordnet. The inner layer therefore points to and from the inside of the sensor element Contact element away; the outer layer thus points away from the interior of the sensor element and towards the contact element. In the same sense in which the contact surface is arranged on the outer surface of the sensor element, the outer layer is arranged on the inner layer.
Die innere Schicht kann somit mit Hinblick auf die Teilaufgabe der sicheren Verbindung der Kontaktfläche mit dem übrigen Sensorelement einschließlich der Wahrung der Integrität der Kontaktfläche optimiert sein. The inner layer can thus be optimized with regard to the partial task of securely connecting the contact surface to the rest of the sensor element, including maintaining the integrity of the contact surface.
Die äußere Schicht kann somit mit Hinblick auf die Teilaufgabe der sicheren Herstellbarkeit einer leitenden Verbindung zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktelement des Abgassensors optimiert sein. The outer layer can thus be optimized with regard to the partial task of reliably producing a conductive connection between the contact surface and the contact element of the exhaust gas sensor.
Die Erfinder haben sodann erkannt, dass die Optimierung einerseits darin bestehen kann, dass die innere Schicht eine größere Härte aufweist als die äußere Schicht. Während nämlich die größere Härte der inneren Schicht bewirkt, dass die Kontaktfläche in sich fest ist und fest mit dem übrigen Sensorelement verbunden ist, bewirkt die geringere Härte der äußeren Schicht, dass sich die Kontaktfläche zum Kontaktelement hin duktil verhält, sich also in gewissen Grenzen verformen kann, sodass das Kontaktelement über einen großen Querschnitt an der Kontaktfläche zur Anlage gelangen kann bzw. in gewissen Grenzen in die Kontaktfläche eindringen kann. The inventors then recognized that the optimization can consist, on the one hand, of the inner layer having a greater hardness than the outer layer. While the greater hardness of the inner layer has the effect that the contact surface is inherently solid and is firmly connected to the rest of the sensor element, the lower hardness of the outer layer has the effect that the contact surface is ductile towards the contact element, i.e. it deforms within certain limits can, so that the contact element can come to rest on the contact surface over a large cross section or can penetrate into the contact surface within certain limits.
Die Erfinder haben sodann erkannt, dass die Optimierung anderseits oder zusätzlich darin bestehen kann, dass die innere Schicht einen keramischen Anteil und einen edelmetallischen Anteil aufweist und die äußere Schicht einen edelmetallischen Anteil aufweist, der höher ist als der edelmetallische Anteil der inneren Schicht. The inventors then recognized that the optimization can also consist in the fact that the inner layer has a ceramic component and a precious metal component and the outer layer has a precious metal component that is higher than the precious metal component of the inner layer.
Da der edelmetallische Anteil die Härte der im Übrigen einen keramischen Anteil aufweisenden Schicht vermindert, resultiert gleichfalls die oben erläuterte Wirkung. Since the noble metallic component reduces the hardness of the layer, which otherwise has a ceramic component, the above-explained effect also results.
Unter einem Anteil wird vorliegend ein Gewichtsanteil und/oder ein Volumenanteil verstanden. In the present case, a proportion is understood to mean a proportion by weight and / or a proportion by volume.
Unter einem Anteil wird vorliegend selbstverständlich ein Anteil verstanden, der von Null derart verschieden ist, dass er einen technischen Effekt bewirkt, d.h. zumindest eine Eigenschaft der betreffenden Schicht wesentlich ändert. Zum Beispiel beträgt ein Anteil mindestens 2 Vol.-% und/oder mindestens 2 Gew.-%. Ein Anteil, insbesondere der edelmetallische Anteil der äußeren Schicht, kann grundsätzlich auch 100 Vol.-% und/oder 100 Gew.-% betragen. Die äußere Schicht kann somit aus Edelmetall bestehen, beispielsweise aus Platin. In the present case, a proportion is, of course, understood to be a proportion that differs from zero in such a way that it brings about a technical effect, that is to say significantly changes at least one property of the relevant layer. For example, a proportion is at least 2% by volume and / or at least 2% by weight. A proportion, in particular the noble metallic proportion of the outer layer, can in principle also be 100% by volume and / or 100% by weight. The outer layer can thus consist of noble metal, for example platinum.
Bei dem Edelmetall kann es sich um Platin, Palladium, Gold, Rhodium, Rhenium, Iridium oder um ein Gemisch, zum Beispiel eine Legierung, aus zwei oder mehr dieser Stoffe handeln. The noble metal can be platinum, palladium, gold, rhodium, rhenium, iridium or a mixture, for example an alloy, of two or more of these substances.
Bei der Keramik bzw. bei dem keramischen Anteil kann es sich beispielsweise um mit Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) oder um Aluminiumoxid handeln. The ceramic or the ceramic component can be, for example, yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ) or aluminum oxide.
Im Rahmen der Erfindung werden unter Schichten Teile von keramischen Sensorelementen verstanden, wie sie beispielsweise durch Siebdruck auf grünen keramischen Substraten und nachfolgende Sinterung herstellbar sind. Insofern können Schichten im mathematischen Sinn zusammenhängend sein oder aus mehreren Bereichen bestehen, die zwar zusammen im Siebdruck mit nachfolgender Sinterung hergestellt sind und in einer gleichen Schichtebene liegen, aber nicht im mathematischen Sinn zusammenhängend sind. In the context of the invention, layers are understood to mean parts of ceramic sensor elements such as can be produced, for example, by screen printing on green ceramic substrates and subsequent sintering. In this respect, layers can be connected in the mathematical sense or consist of several areas that are indeed produced together by screen printing with subsequent sintering and lie in the same layer plane, but are not connected in the mathematical sense.
Unter dem Begriff „Endbereich des Sensorelements“ wird mit Bezug auf eine Längsrichtung im Rahmen dieser Anmeldung grundsätzlich lediglich ein zusammenhängender Teilbereich des Sensorelements verstanden, der das betreffende Ende des Sensors umfasst und nicht mehr als 50% der Länge des Sensorelements ausmacht. Insofern überschneiden sich ein Endbereich und ein gegenüberliegender Endbereich beispielsweise lediglich in einer Fläche. Etwas eingeschränkter kann ein Endbereich des Sensorelements insbesondere auch als ein zusammenhängender Teilbereich des Sensorelements verstanden werden, der das betreffende Ende des Sensors umfasst und nicht mehr als ein Drittel oder sogar nicht mehr als ein Viertel der Länge des Sensorelements ausmacht. In the context of this application, the term “end region of the sensor element” with reference to a longitudinal direction is generally understood to mean only a contiguous sub-region of the sensor element that encompasses the relevant end of the sensor and does not make up more than 50% of the length of the sensor element. To this extent, an end area and an opposite end area only overlap in one area, for example. In a somewhat more restricted way, an end area of the sensor element can in particular also be understood as a contiguous sub-area of the sensor element which comprises the relevant end of the sensor and does not make up more than a third or even not more than a quarter of the length of the sensor element.
Der Begriff „Funktionselement“ ist vorliegend grundsätzlich nicht eng auszulegen. Beispielsweise kann es sich um eine mit dem Außenraum des Sensorelements kommunizierende Edelmetallelektrode oder Cermetelektrode handeln und/oder um einen elektrischen Widerstandsheizer, der insbesondere einen elektrischen Widerstand von maximal 30 Ohm bei 20°C aufweist, und/oder um dergleichen. Nochmals darüber hinausgehend haben die Erfinder erkannt, dass die eingangs erläuterten funktionalen Vorteile bereits resultieren können, wenn die äußere Schicht die innere Schicht nur teilweise bedeckt. The term “functional element” is not to be interpreted narrowly in the present case. For example, it can be a noble metal electrode or cermet electrode communicating with the outer space of the sensor element and / or an electrical resistance heater, which in particular has an electrical resistance of a maximum of 30 ohms at 20 ° C., and / or the like. Going beyond that, the inventors have recognized that the functional advantages explained at the beginning can already result if the outer layer only partially covers the inner layer.
Im Vergleich zu einer vollflächigen Bedeckung der inneren Schicht durch die äußere Schicht resultiert in diesem Fall der zusätzliche Vorteil, dass Edelmetall eingespart werden kann, womit eine Kosten- und Gewichtsersparnis verbunden ist. In comparison to a full-area coverage of the inner layer by the outer layer, this has the additional advantage that precious metal can be saved, which is associated with cost and weight savings.
Erfindungsgemäß ist die Kontaktfläche mit einer Leiterbahn elektrisch leitend verbunden. Die Leiterbahn kann beispielsweise mit der inneren Schicht der Kontaktfläche durchgängig ausgebildet sein, beispielsweise in einem zusammenhängenden Druckschritt im Siebdruckverfahren mit nachfolgender Sinterung hergestellt sein. According to the invention, the contact surface is electrically conductively connected to a conductor track. The conductor track can, for example, be designed to be continuous with the inner layer of the contact surface, for example be produced in a continuous printing step using the screen printing process with subsequent sintering.
Kontaktflächen werden im Rahmen der Erfindung insbesondere dadurch zu den an sie angrenzenden Leiterbahnen hin begrenzt, dass Kontaktflächen in Richtung der Außenfläche des Sensorelements und senkrecht zur Längsrichtung des Sensorelements breiter sind als Leiterbahnen. Beispielsweise sind die Leiterbahnen länglich erstreckt, während die angrenzenden Kontaktflächen rechteckig, ggf. mit abgerundeten Ecken oder mit einem abgerundeten Ende in Längsrichtung oder zwei abgerundeten Enden in Längsrichtung oder oval ausgebildet sind. In the context of the invention, contact areas are in particular limited to the conductor tracks adjoining them in that contact surfaces are wider than conductor tracks in the direction of the outer surface of the sensor element and perpendicular to the longitudinal direction of the sensor element. For example, the conductor tracks are elongated, while the adjacent contact areas are rectangular, possibly with rounded corners or with a rounded end in the longitudinal direction or two rounded ends in the longitudinal direction or oval.
In Weiterbildungen der Erfindung ist die flächige Gesamterstreckung der inneren Schicht größer als die flächige Gesamterstreckung der äußeren Schicht. Da es sich herausgestellt hat, das es fertigungstechnisch möglich ist, dass die Kontaktelemente bei der Montage des Abgassensors zuverlässig auf den verkleinerten äußeren Schichten der Kontaktflächen zu liegen kommen, ergeben sich keine funktionalen Nachteile. In further developments of the invention, the flat total extension of the inner layer is greater than the flat total extension of the outer layer. Since it has been found that it is possible from a manufacturing point of view for the contact elements to come to rest reliably on the reduced outer layers of the contact surfaces during the assembly of the exhaust gas sensor, there are no functional disadvantages.
Unter der flächigen Gesamterstreckung einer Schicht wird dabei insbesondere die gesamte von der Schicht bedeckte oder umschlossene Fläche verstanden, also bei einer rechteckigen Schicht: Länge mal Breite, unabhängig davon ab die Schicht als Vollfläche ausgebildet ist oder nicht , beispielsweise eine Rasterung aufweist, siehe unten. The areal overall extent of a layer is understood to mean in particular the entire area covered or enclosed by the layer, i.e. in the case of a rectangular layer: length times width, regardless of whether or not the layer is designed as a full area, for example has a grid, see below.
Die äußere Schicht kann gemäß einer Weiterbildung gerastert sein, beispielsweise als ein Muster aus Bereichen, in denen die Schicht materiell ausgebildet ist (zum Beispiel gedruckt und gesintert), und Bereichen, in denen die Schicht nicht materiell ausgebildet ist (zum Beispiel beim Drucken ausgespart ist), beispielsweise in Form von einem Wabenmuster, gepunktet, kariert, aus sich überkreuzenden länglichen Bereichen oder dergleichen. Es hat sich herausgestellt, dass es bei einer derartigen Rasterung bei der Montage des Abgassensors und bei dem Aufschieben von Kontaktelemente auf die Kontaktflächen zu einem Verschmieren des duktilen Materials der äußeren Schicht auch in ursprünglich nicht mit Material der zweiten Schicht versehene Bereiche kommt, sodass das Kontaktelement nachfolgend gleichwohl relativ großflächig und somit sicher kontaktierend auf - bzw. teilweise auch in - der äußeren Schicht zu liegen kommt. According to a further development, the outer layer can be screened, for example as a pattern of areas in which the layer is materially formed (for example printed and sintered), and areas in which the layer is not materially formed (for example is cut out during printing), for example in the form of a honeycomb pattern, dotted, checkered, from intersecting elongated areas or the like. It has been found that with such a grid during the assembly of the exhaust gas sensor and when the contact elements are pushed onto the contact surfaces, the ductile material of the outer layer is smeared even in areas that were not originally provided with material of the second layer, so that the contact element subsequently nevertheless comes to lie on - or partly also in - the outer layer over a relatively large area and thus securely in contact.
Zur weiteren Materialersparnis sind die Kontaktflächen, also insbesondere bereits die inneren Schichten der Kontaktflächen, relativ klein ausgebildet, beispielsweise in Längsrichtung des Sensorelements nicht länger als 3mm und/oder senkrecht zur Längsrichtung nicht breiter als 2mm. To further save material, the contact surfaces, in particular the inner layers of the contact surfaces, are made relatively small, for example no longer than 3mm in the longitudinal direction of the sensor element and / or not wider than 2mm perpendicular to the longitudinal direction.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass nicht nur die Kontaktfläche mit den erläuterten Schichten ausgebildet ist, sondern auch ein Bereich der Leiterbahn, der an die Kontaktfläche angrenzt, entsprechend ausgebildet ist, also eine innere Schicht und eine auf dieser angeordnete äußere Schicht aufweist, wobei die Beschaffenheit der inneren Schicht des Bereichs der Leiterbahn mit der Beschaffenheit der inneren Schicht der Kontaktfläche übereinstimmt und wobei die Beschaffenheit der äußeren Schicht des Bereichs der Leiterbahn mit der Beschaffenheit der äußeren Schicht der Kontaktfläche übereinstimmt. It can advantageously be provided that not only the contact surface is formed with the layers explained, but also a region of the conductor track that adjoins the contact surface is formed accordingly, that is to say has an inner layer and an outer layer arranged thereon, the The nature of the inner layer of the area of the conductor track coincides with the nature of the inner layer of the contact surface, and the nature of the outer layer of the area of the conductor track coincides with the nature of the outer layer of the contact surface.
Bei diesem Bereich der Leiterbahn kann es um einen länglichen Bereich der Leiterbahn handeln, der abgasseitig an die Kontaktfläche angrenzt, und optional zusätzlich um einen ringförmigen Bereich der Leiterbahn, der abgasseitig an den länglichen Bereich der Leiterbahn angrenzt. An den ringförmigen Bereich kann sich auf der anderen Seite eine Durchkontaktierung anschließen, die von der Außenfläche in das Innere des Sensorelements führt. This area of the conductor track can be an elongated area of the conductor track that adjoins the contact surface on the exhaust gas side, and optionally also an annular area of the conductor track that adjoins the elongated area of the conductor track on the exhaust gas side. On the other side of the ring-shaped area, a plated through-hole can connect, which leads from the outer surface into the interior of the sensor element.
Die Vorsehung einer äußeren Schicht in dem Bereich der Leiterbahn, deren Beschaffenheit mit der äußeren Schicht der Kontaktfläche übereinstimmt, bewirkt vorteilhafterweise eine Herabsetzung des elektrischen Widerstands der Leiterbahn. In dem Fall, in dem das mit der Kontaktfläche verbundene Funktionselement ein Widerstandsheizer ist, wird die Effizienz und die Betriebssicherheit des Sensorelements verbessert. In dem Fall, in dem das mit der Kontaktfläche verbundene Funktionselement eine Elektrode des Sensorelements ist, wird die Messgenauigkeit des Sensorelements verbessert. The provision of an outer layer in the area of the conductor track, the nature of which corresponds to the outer layer of the contact surface, advantageously brings about a reduction in the electrical resistance of the conductor track. In the case in which the functional element connected to the contact surface is a resistance heater, the efficiency and operational safety of the Sensor element improved. In the case in which the functional element connected to the contact surface is an electrode of the sensor element, the measurement accuracy of the sensor element is improved.
Zeichnung drawing
Die Figuren 1 bis 6 zeigen ein an sich bekanntes Sensorelement. Figures 1 to 6 show a known sensor element.
Die Figuren 7a - 7h und 8a bis 81 zeigen Ausgestaltungen der äußeren Schichten der Kontaktflächen gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Figures 7a-7h and 8a to 81 show configurations of the outer layers of the contact surfaces according to embodiments of the invention.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the exemplary embodiments
Figur 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Gesamtansicht eines Sensorelements 20, das in einem Gehäuse eines Gasmessfühlers (nicht gezeichnet) angeordnet werden kann, der zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas eines Verbrennungsmotors (nicht gezeichnet) dient. Mit entsprechenden Funktionselementen versehen, ist die Erfindung selbstverständlich auch auf Sensorelemente für andere Sensoren, beispielsweise Sensoren zur Partikelmessung, geeignet. As an embodiment of the invention, FIG. 1 shows an overall view of a sensor element 20 which can be arranged in a housing of a gas sensor (not shown) which is used to determine the oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine (not shown). Provided with appropriate functional elements, the invention is of course also suitable for sensor elements for other sensors, for example sensors for particle measurement.
Das Sensorelement erstreckt sich in der Figur 1 in Längsrichtung von vorne links nach hinten rechts, wobei ein erster Endbereich 201 des Sensorelements 20 rechts und ein zweiter Endbereich 202 des Sensorelements 20 links abgebildet ist. Im bestimmungsgemäßen Verbau und Betrieb ist der erste Endbereich 201 des Sensorelements 20 einem Abgas zugewandt und der zweite Endbereich 202 des Sensorelements 20 dem Abgas abgewandt. The sensor element extends in the longitudinal direction from the front left to the rear right in FIG. 1, a first end region 201 of the sensor element 20 being shown on the right and a second end region 202 of the sensor element 20 on the left. In the intended installation and operation, the first end region 201 of the sensor element 20 faces an exhaust gas and the second end region 202 of the sensor element 20 faces away from the exhaust gas.
Ferner erstreckt sich in der Figur 1 das Sensorelement 20 in Querrichtung von vorne recht nach hinten links und in Hochrichtung von unten nach oben. Furthermore, in FIG. 1 the sensor element 20 extends in the transverse direction from the front right to the rear left and in the vertical direction from the bottom to the top.
Das Sensorelement 20 ist aus bedruckten keramischen Folien aufgebaut, die in diesem Beispiel als eine erste, zweite und eine dritte Festelektrolytfolie 21, 22, 23 ausgebildet sind und Yttriumoxid stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) enthalten. Die Festelektrolytfolien 21, 22, 23 weisen im Beispiel vor einem Sintervorgang eine Länge von 72mm, eine Breite von 5mm und eine Höhe von 540pm auf. Folien eines gesinterten Sensorelements 20 weisen um 20% verminderte Kantenlängen auf. WO 2021/239405 - J - PCT/EP2021/061670 The sensor element 20 is made up of printed ceramic foils, which in this example are designed as first, second and third solid electrolyte foils 21, 22, 23 and contain yttrium oxide-stabilized zirconium oxide (YSZ). In the example, the solid electrolyte foils 21, 22, 23 have a length of 72 mm, a width of 5 mm and a height of 540 μm before a sintering process. Foils of a sintered sensor element 20 have edge lengths reduced by 20%. WO 2021/239405-J-PCT / EP2021 / 061670
Die erste Festelektrolytfolie 21 ist auf ihrer aus Sicht des Sensorelements 20 nach außen weisenden Großfläche, in Figur 1 unten, im zweiten Endbereich 202 des Sensorelements 20 mit einer Kontaktfläche 43 und einer weiteren Kontaktfläche 44 versehen, hier bedruckt, siehe auch Figur 3. The first solid electrolyte film 21 is provided with a contact surface 43 and a further contact surface 44 on its large surface facing outwards from the perspective of the sensor element 20, at the bottom in FIG. 1, in the second end region 202 of the sensor element 20, here printed, see also FIG. 3.
Die erste Festelektrolytfolie 21 ist auf ihrer aus Sicht des Sensorelements 20 nach innen weisenden Großfläche, in Figur 1 oben, im ersten Endbereich 201 des Sensorelements 20 mit einer mäanderförmigen Heizvorrichtung 311 als ein Funktionselement 31, das der Beheizung des ersten Endbereichs 201 des Sensorelements 20 dient, versehen. In Fortsetzung der mäanderförmigen Heizvorrichtung 311 ist an deren Enden jeweils eine Leiterbahn 321, 322 angeschlossen, wobei der Übergang von Heizvorrichtung 311 zu Leiterbahn 321, 322 durch eine Zunahme der Strukturbreite und/oder -höhe bzw. eine Abnahme des elektrischen Widerstandes pro Länge gekennzeichnet ist. The first solid electrolyte film 21 is on its large area facing inward from the perspective of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, in the first end region 201 of the sensor element 20 with a meander-shaped heating device 311 as a functional element 31, which is used to heat the first end region 201 of the sensor element 20 , Mistake. In continuation of the meandering heating device 311, a conductor track 321, 322 is connected to each of its ends, the transition from heating device 311 to conductor track 321, 322 being characterized by an increase in the structure width and / or height or a decrease in the electrical resistance per length .
Die Leiterbahnen 321, 322 weisen abgasseitig einen als Zuleitung 323, 325 bezeichneten Abschnitt auf, der vorliegend eine konstante Breite hat. Die Leiterbahnen 321, 322 weisen ferner abgasabgewandt einen als Kragen 324, 326 bezeichneten Abschnitt, der vorliegend ringförmig ausgebildet ist, auf, siehe auch Figur 4. The conductor tracks 321, 322 have a section designated as supply line 323, 325 on the exhaust gas side, which in the present case has a constant width. The conductor tracks 321, 322 furthermore have, facing away from the exhaust gas, a section designated as a collar 324, 326, which in the present case is designed in the form of a ring, see also FIG. 4.
Die erste Festelektrolytfolie 21 ist auf ihrer aus Sicht des Sensorelements 20 nach innen weisenden Großfläche, in Figur 1 oben, ferner mit Isolationsschichten 330 und einem Dichtrahmen 331, sowie einer Folienbinderschicht 333 versehen, hier bedruckt. The first solid electrolyte film 21 is printed on its large area facing inward from the point of view of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, furthermore with insulation layers 330 and a sealing frame 331 and a film binder layer 333, here printed.
Die erste Festelektrolytfolie 21 weist im zweiten Endbereich 202 zwei Durchführungen 501, 502 auf, die in senkrechter Richtung durch die erste Festelektrolytfolie 21 verlaufen und jeweils eine Kontaktfläche 43, 44 mit einem Kragen 324, 326 einer Leiterbahn 321, 322 elektrisch leitendend verbinden, siehe Figur 6. The first solid electrolyte film 21 has two passages 501, 502 in the second end region 202, which run in the vertical direction through the first solid electrolyte film 21 and each electrically conductively connect a contact surface 43, 44 to a collar 324, 326 of a conductor track 321, 322, see FIG 6th
Die zweite Festelektrolytfolie 22 ist beidseitig mit jeweils einer Folienbinderschicht 333 versehen, ferner weist die zweite Festelektrolytfolie 22 einen Referenzgaskanal 35 auf, der sich längs von einer abgasabgewandt angeordneten Referenzgasöffnung 351 bis in den ersten Endbereich 201 des Sensorelements 20 erstreckt und dabei in Querrichtung mittig verläuft. Der Referenzgaskanal 35 ist beispielsweise porös gefüllt oder ungefüllt ausgebildet. The second solid electrolyte film 22 is provided on both sides with a film binder layer 333, and the second solid electrolyte film 22 has a reference gas channel 35, which extends longitudinally from a reference gas opening 351 facing away from the exhaust gas into the first end region 201 of the sensor element 20 and runs centrally in the transverse direction. The reference gas channel 35 is, for example, porous filled or unfilled.
Die dritte Festelektrolytfolie 23 ist auf ihrer aus Sicht des Sensorelements 20 nach innen weisenden Großfläche, in Figur 1 unten, dem Referenzgaskanal 35 gegenüberliegend, mit einer Cermetelektrode 312 als Funktionselement 31 zur Messung einer Sauerstoffkonzentration versehen. In Fortsetzung der Cermetelektrode 312 ist an deren Ende eine Leiterbahn 328 angeschlossen, wobei der Übergang von der Cermetelektrode zu der Leiterbahn 328 durch eine Abnahme der Strukturbreite gekennzeichnet ist. The third solid electrolyte film 23 is on its large area facing inward from the perspective of the sensor element 20, at the bottom in FIG Oxygen concentration provided. In continuation of the cermet electrode 312, a conductor track 328 is connected to its end, the transition from the cermet electrode to the conductor track 328 being characterized by a decrease in the structure width.
Die Leiterbahn 328 weist abgasseitig einen als Zuleitung 327 bezeichneten Abschnitt auf, der vorliegend eine konstante Breite hat. Die Leiterbahn 328 weist ferner abgasabgewandt einen als Kragen 329 bezeichneten Abschnitt, der vorliegend ringförmig ausgebildet ist, auf, siehe auch Figur 5. Auf dieser Seite der dritten Festelektrolytschicht 23 ist, zumindest wo ansonsten unbedruckt, eine Folienbinderschicht 333 vorgesehen. The conductor track 328 has a section referred to as supply line 327 on the exhaust gas side, which in the present case has a constant width. The conductor track 328 also has a section referred to as a collar 329 facing away from the exhaust gas, which is in the present case annular, see also FIG.
Die dritte Festelektrolytfolie 23 ist auf ihrer aus Sicht des Sensorelements 20 nach außen weisenden Großfläche, in Figur 1 oben, im zweiten Endbereich 202 des Sensorelements 20 mit einer Kontaktfläche 45 und einer weiteren Kontaktfläche 46 versehen, hier bedruckt, siehe auch Figur 2. The third solid electrolyte film 23 is provided with a contact surface 45 and a further contact surface 46 on its large surface facing outwards from the perspective of the sensor element 20, at the top in FIG. 1, in the second end region 202 of the sensor element 20, here printed, see also FIG. 2.
An die weitere Kontaktfläche 46 schließt sich eine Leiterbahn 320 mit beispielsweise konstanter Breite an, die sich bis zu einer im ersten Endbereich 201 des Sensorelements 20 angeordneten weiteren Cermetelektrode 313 erstreckt. Die Leiterbahn 320 ist mit einer zum Beispiel dichten Abdeckschicht 361 bedeckt, die weitere Cermetelektrode 313 ist mit porösen Schichten 362 versehen, sodass eine Kommunikation zwischen Außenraum und weiterer Cermetelektrode 313 gewährleistet ist. The further contact surface 46 is followed by a conductor track 320 with a constant width, for example, which extends as far as a further cermet electrode 313 arranged in the first end region 201 of the sensor element 20. The conductor track 320 is covered with, for example, a dense cover layer 361, the further cermet electrode 313 is provided with porous layers 362, so that communication between the outside space and the further cermet electrode 313 is ensured.
Die dritte Festelektrolytfolie 23 weist im zweiten Endbereich eine Durchführung 503 auf, die die in senkrechter Richtung durch die dritte Festelektrolytfolie 23 verläuft und die die Kontaktfläche 45 mit dem Kragen 329 elektrisch leitendend verbindet, siehe Figur 6. The third solid electrolyte film 23 has a leadthrough 503 in the second end region, which runs in the vertical direction through the third solid electrolyte film 23 and which connects the contact surface 45 to the collar 329 in an electrically conductive manner, see FIG. 6.
In der Figur 2 ist der zweite, abgasabgewandte Endbereich 202 des Sensorelements 20 in Aufsicht auf die dritte Festelektrolytfolie 23 gezeigt. Dort ist mit Blick zum ersten, abgaszugewandten Endbereich 201 des Sensorelements 20 die Kontaktfläche 45 links angeordnet. In FIG. 2, the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a plan view of the third solid electrolyte film 23. There, the contact surface 45 is arranged on the left with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas.
Die Kontaktfläche 45 ist auf der Außenfläche des Sensorelements mit einer Leiterbahn verbunden, und zwar über einen länglichen Bereich 453 mit einem ringförmigen Bereich 452. Die Kontaktfläche 45 hat in diesem Beispiel eine längliche Grundform, die aus einem Rechteck gleicher Länge und Breite durch maximale Abrundung der Ecken hervorgeht, also durch eine Abrundung mit einem Krümmungsradius R, der der halben Breite der Kontaktfläche 45 entspricht. Bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%) beträgt die Länge der Kontaktfläche 45 in diesem Beispiel 3mm oder weniger, die Breite der Kontaktfläche 2 mm oder weniger. The contact surface 45 is connected to a conductor path on the outer surface of the sensor element, namely via an elongated area 453 with an annular area 452. In this example, the contact area 45 has an elongated basic shape that consists of a rectangle of equal length and width due to maximum rounding of the Corners emerges, that is to say by a rounding with a radius of curvature R which corresponds to half the width of the contact surface 45. In relation to an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%), the length of the contact surface 45 in this example is 3 mm or less, and the width of the contact surface is 2 mm or less.
Der ringförmige Bereich der Leiterbahn wirkt mit einer Durchführung 503 durch die dritte Festelektrolytschicht 23 elektrisch leitend zusammen. The ring-shaped area of the conductor track interacts in an electrically conductive manner with a bushing 503 through the third solid electrolyte layer 23.
In Figur 2 ist überdies mit Blick zum ersten, abgaszugewandten Endbereich 201 des Sensorelements 20 die weitere Kontaktfläche 46 rechts neben der Kontaktfläche 45 angeordnet. Anordnung und Größe der weiteren Kontaktfläche 46 entspricht in diesem Sinn, also unter Vertauschung von links und rechts, der Kontaktfläche 45 mit der Maßgabe, dass in diesem Beispiel zwischen der Kontaktfläche 45 und der weiteren Kontaktfläche 46 ein Abstand von mindestens 0,6mm besteht, bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%). In FIG. 2, furthermore, with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas, the further contact surface 46 is arranged to the right of the contact surface 45. The arrangement and size of the further contact surface 46 corresponds in this sense, i.e. with the interchanging of left and right, to the contact surface 45 with the proviso that in this example there is a distance of at least 0.6 mm between the contact surface 45 and the further contact surface 46 to an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
Die weitere Kontaktfläche 46 ist mit der Leiterbahn 328 kontaktiert, die zu der weiteren Cermetelektrode 313 führt. Eine Mittenachse der Leiterbahn 328 in Längsrichtung ist dabei bezogen auf eine Mittenachse der weiteren Kontaktfläche 46 in Längsrichtung um 0,1mm bis 0,4mm, im Beispiel um 0,2mm, quer nach innen verschoben, bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%). The further contact surface 46 is in contact with the conductor track 328, which leads to the further cermet electrode 313. A center axis of the conductor track 328 in the longitudinal direction is shifted transversely inward relative to a center axis of the further contact surface 46 in the longitudinal direction by 0.1 mm to 0.4 mm, in the example by 0.2 mm, relative to an unsintered sensor element 20 (sintered: - 20%).
In die Figur 3 ist der zweite, abgasabgewandte Endbereich 202 des Sensorelements 20 in Untersicht unter die in Figur 1 nach unten weisende erste Festelektrolytfolie 21 gezeigt. Dort ist mit Blick zum ersten, abgaszugewandte Endbereich 201 des Sensorelements 20 die Kontaktfläche 43 links angeordnet. In FIG. 3, the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a view from below under the first solid electrolyte film 21 pointing downward in FIG. There, with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas, the contact surface 43 is arranged on the left.
Die Kontaktfläche 43 ist auf der Außenfläche des Sensorelements mit einer Leiterbahn verbunden, und zwar über einen länglichen Bereich 433 mit einem ringförmigen Bereich 432. The contact surface 43 is connected to a conductor track on the outer surface of the sensor element, to be precise via an elongated region 433 with an annular region 432.
Die Kontaktfläche 43 hat eine längliche Grundform, die aus einem Rechteck gleicher Länge und Breite durch maximale Abrundung der Ecken hervorgeht, also durch eine Abrundung mit einem Krümmungsradius R, der der halben Breite der Kontaktfläche 43 entspricht. Auf diese Weise entstehen somit halbkreisförmige Endbereiche der Kontaktfläche 43 auf der dem Abgas abgewandten Seite der Kontaktfläche 43. Bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%) beträgt die Länge der Kontaktfläche in diesem Beispiel 3mm oder weniger, die Breite der Kontaktfläche 2 mm oder weniger. The contact surface 43 has an elongated basic shape that results from a rectangle of equal length and width through maximum rounding of the corners, that is, through a rounding with a radius of curvature R which corresponds to half the width of the contact surface 43. In this way, semicircular end regions of the contact surface 43 are thus created on the side of the contact surface 43 facing away from the exhaust gas. In relation to an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%), the length of the contact surface in this example is 3 mm or less, and the width of the contact surface is 2 mm or less.
Der ringförmige Bereich 432 ist auf der dem Abgas zugewandten Seite der Kontaktfläche 43 angeordnet. Der ringförmige Bereich 432 ist beispielsweise mit einem Innendurchmesser von 0,5mm oder weniger und einem Außendurchmesser von 1mm oder mehr, bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%). The annular region 432 is arranged on the side of the contact surface 43 facing the exhaust gas. The annular region 432 is, for example, with an inner diameter of 0.5 mm or less and an outer diameter of 1 mm or more, based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%).
Der ringförmige Bereich 432 der Leiterbahn wirkt mit einer Durchführung 501 durch die erste Festelektrolytschicht 21 elektrisch leitend zusammen. The annular region 432 of the conductor track interacts in an electrically conductive manner with a bushing 501 through the first solid electrolyte layer 21.
In Figur 3 ist überdies mit Blick zum ersten, abgaszugewandten Endbereich 201 des Sensorelements 20 die weitere Kontaktfläche 44 rechts neben der Kontaktfläche 43 angeordnet. Anordnung und Größe der weiteren Kontaktfläche 44 entsprechen in diesem Sinn, also unter Vertauschung von links und rechts und von positivem Drehsinn mit negativen Drehsinn, der Anordnung und der Größe der Kontaktfläche 43 mit der Maßgabe, dass zwischen der Kontaktfläche 43 und der weiteren Kontaktfläche 44 ein Abstand von mindestens 0,6mm besteht, bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: - 20%). In FIG. 3, furthermore, with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas, the further contact surface 44 is arranged to the right of the contact surface 43. In this sense, the arrangement and size of the further contact surface 44 correspond to the arrangement and the size of the contact surface 43 with the proviso that between the contact surface 43 and the further contact surface 44 a There is a distance of at least 0.6mm, based on an unsintered sensor element 20 (sintered: - 20%).
In der Figur 4 ist der zweite, abgasabgewandte Endbereich 202 des Sensorelements 20 in Aufsicht auf die erste Festelektrolytfolie 21, in Figur 1 von oben, gezeigt. Dort ist mit Blick zum ersten, abgaszugewandten Endbereich 201 des Sensorelements 20 die Leiterbahn 322 rechts angeordnet. Die Leiterbahn 322 setzt sich zusammen aus zwei Teilbereichen, nämlich einer Zuleitung 325 und einem Kragen 326. In FIG. 4, the second end region 202 of the sensor element 20 facing away from the exhaust gas is shown in a plan view of the first solid electrolyte film 21, in FIG. 1 from above. There, with a view of the first end region 201 of the sensor element 20 facing the exhaust gas, the conductor track 322 is arranged on the right. The conductor track 322 is composed of two partial areas, namely a supply line 325 and a collar 326.
Die Zuleitung 325 bildet den abgasseitigen Teil der Leiterbahn 322 und erstreckt sich von der Heizvorrichtung 311 abgasseitig bis zu dem abgasabgewandt der Zuleitung 325 angeordneten Kragen 326. Vorliegend weist die Zuleitung 325 eine Breite B von 1,2mm auf und verläuft abgasseitig mit einer Beabstandung in Querrichtung von 0,25mm zur mittleren Längsachse des Sensorelements 20, jeweils bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%). In einem abgasabgewandten Endbereich ist die Zuleitung 325 nach rechts, also nach außen, unter einem Winkel von 18° abgewinkelt. The supply line 325 forms the exhaust-gas-side part of the conductor track 322 and extends from the heating device 311 on the exhaust-gas side to the collar 326 facing away from the supply line 325. In the present case, the supply line 325 has a width B of 1.2 mm and runs with a spacing in the transverse direction on the exhaust-gas side of 0.25 mm to the central longitudinal axis of the sensor element 20, in each case based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%). In an end area facing away from the exhaust gas, the supply line 325 is angled to the right, that is to say to the outside, at an angle of 18 °.
Der Kragen 326 ist ringförmig ausgebildet und beschreibt vorliegend einen Bogen von 180°, dessen Außendurchmesser mit der Breite B der Zuleitung 325 identisch ist und dessen Innendurchmesser 0,4mm beträgt. Eine Breite des Kragens beträgt somit 0,3mm, jeweils bezogen auf ein ungesintertes Sensorelement 20 (gesintert: -20%). Ein Breitenverhältnis aus Kragenbreite b zu Zuleitungsbreite B beträgt 0,33. The collar 326 is ring-shaped and in the present case describes an arc of 180 °, the outer diameter of which is identical to the width B of the supply line 325 and the latter Inner diameter is 0.4mm. A width of the collar is therefore 0.3 mm, in each case based on an unsintered sensor element 20 (sintered: -20%). A width ratio of the collar width b to the supply line width B is 0.33.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontaktflächen 43, 44, 45, 46 jeweils eine innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ und eine auf dieser angeordnete äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ aufweisen, wobei die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ nur teilweise bedeckt. Bei den Schichten 43‘, 44‘, 45‘, 46‘; 43“, 44“, 45“, 46‘ kann es sich beispielsweise um Schichten handeln, wie sie im Siebdruckverfahren mit anschließender Sinterung herstellbar sind. According to the invention it is provided that the contact surfaces 43, 44, 45, 46 each have an inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' and an outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″ arranged on this, wherein the outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" only partially covers the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46'. For layers 43 ‘, 44‘, 45 ‘, 46‘; 43 ", 44", 45 ", 46‘ it can be, for example, layers that can be produced in the screen printing process with subsequent sintering.
In den Figuren 7a bis 7h und in den Figuren 8a bis 81 sind verschiedene Ausgestaltungen gezeigt, bei denen die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ einer Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 jeweils vollflächig über die Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 erstreckt ist, während die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 nur teilweise bedeckt. In Figures 7a to 7h and in Figures 8a to 81 different configurations are shown in which the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' of a contact surface 43, 44, 45, 46 each over the entire surface over the contact surface 43, 44, 45, 46, while the outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" of the contact surface 43, 44, 45, 46 the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' of the contact surface 43, 44, 45, 46 only partially covered.
In den Figuren 7a bis 7h sind die Kontaktflächen zur besseren Übersichtlichkeit lediglich mit dem Bezugszeichen 43 versehen. Insofern repräsentiert das Bezugszeichen 43 die Bezugszeichen 43, 44, 45, 46. Das gleiche gilt sinngemäß für die inneren Schichten 43‘, 44‘, 45‘, 46‘, die in diesen Figuren lediglich mit dem Bezugszeichen 43‘ gekennzeichnet sind, die äußeren Schichten 43“, 44“, 45“, 46“, die in diesen Figuren lediglich mit dem Bezugszeichen 43“ gekennzeichnet sind; und so weiter. In FIGS. 7a to 7h, the contact surfaces are only provided with the reference number 43 for better clarity. In this respect, the reference numeral 43 represents the reference numerals 43, 44, 45, 46. The same applies, mutatis mutandis, to the inner layers 43 ', 44', 45 ', 46', which are only identified by the reference numeral 43 'in these figures, the outer layers Layers 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″, which are only identified in these figures with the reference symbol 43 ″; and so forth.
In den Figuren 7a bis 7h ist die flächige Gesamterstreckung der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ größer als die flächige Gesamterstreckung der äußeren Schicht 43“, 44“, 45“, 46“. In FIGS. 7a to 7h, the flat total extension of the inner layer 43, 44 ‘, 45, 46 is greater than the flat total extension of the outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″.
Dabei ist die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ gemäß Figur 7a nur in Form eines Streifens 60 in einem rechteckigen, anschlussseitigen Endbereich der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ angeordnet. Gemäß den in den Figuren 7c und 7d gezeigten Ausführungsformen ist die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ nur in einem hufeisenförmigen anschlussseitigen Endbereich des Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ angeordnet. Die Ausführungsform gemäß Figur 7b sieht die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ in Form von mehreren Streifen 60 vor, die in Längsrichtung äquidistant beabstandet 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ angeordnet sind. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ lediglich in einem in Längsrichtung mittleren Bereich der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ angeordnet, und zwar gemäß Figur 7e über die ganze Breite der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46 und gemäß Figur 7f nur über einen Teil der Breite der Kontaktfläche 43, 44, 45, 46, in der Figur 7f rechts. The outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" according to FIG. 7a is only in the form of a strip 60 in a rectangular, connection-side end area of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' arranged. According to the embodiments shown in FIGS. 7c and 7d, the outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" is only in a horseshoe-shaped connection-side end area of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' arranged. The embodiment according to FIG. 7b provides the outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" in the form of several strips 60 which are equidistantly spaced 43 ', 44', 45 ', 46' on the inner layer 43 'in the longitudinal direction. , 44 ', 45', 46 'are arranged. According to further embodiments, the outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″ is arranged only in a central region in the longitudinal direction of the contact surface 43, 44, 45, 46 on the inner layer 43 ′, 44 ′, 45 ′, 46 ′ , namely according to FIG. 7e over the entire width of the contact surface 43, 44, 45, 46 and according to FIG. 7f only over part of the width of the contact surface 43, 44, 45, 46, on the right in FIG. 7f.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 7g und 7h sehen eine anschlussseitig abgerundete Kontaktfläche 43, 44, 45 vor. Ein erster Teilbereich TI der äußeren Schicht 43“, 44“, 45“ ist in einem in Längsrichtung mittleren Bereich der Kontaktfläche 43, 44, 45 auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘ angeordnet, ein zweiter Teilbereich T2 der äußeren Schicht 43“, 44“, 45“ grenzt abgasseitig an den ersten Teilbereich TI der äußeren Schicht 43“, 44“, 45“ an und ist in einem in Querrichtung mittleren Bereich der Kontaktfläche 43, 44, 45 auf der inneren Schicht 43‘, 44‘, 45‘ angeordnet. The embodiments according to FIGS. 7g and 7h provide a contact surface 43, 44, 45 that is rounded on the connection side. A first sub-area TI of the outer layer 43 ", 44", 45 "is arranged in a longitudinally central area of the contact surface 43, 44, 45 on the inner layer 43 ', 44', 45 ', a second sub-area T2 of the outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″ adjoins the first partial area TI of the outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″ on the exhaust side and is in a transverse central area of the contact surface 43, 44, 45 on the inner layer 43 ′, 44 ', 45' arranged.
Die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘ der Kontaktflächen 43, 44, 45 in den Ausführungsformen gemäß den Figuren 7g und 7h setzt sich kontinuierlich und mit gleicher Beschaffenheit (Material, Dicke etc.) zu einer inneren Schicht eines angrenzenden Bereichs einer Leiterbahn fort, nämlich ein länglicher Bereich der Leiterbahn 433, 443, 453 der abgasseitig an die Kontaktfläche 43, 44, 45 angrenzt und zusätzlich ein ringförmiger Bereich 432, 442, 452 der Leiterbahn, der abgasseitig an den länglichen Bereich 433, 443, 453 der Leiterbahn angrenzt. The inner layer 43 ', 44', 45 'of the contact surfaces 43, 44, 45 in the embodiments according to FIGS. 7g and 7h settles continuously and with the same properties (material, thickness, etc.) to an inner layer of an adjacent area of a conductor track away, namely an elongated area of the conductor track 433, 443, 453 which adjoins the contact surface 43, 44, 45 on the exhaust gas side and an additional annular area 432, 442, 452 of the conductor track, which adjoins the elongated area 433, 443, 453 of the conductor track on the exhaust gas side adjoins.
Die äußere Schicht 43“, 44“, 45“ der Kontaktflächen 43, 44, 45 in den Ausführungsformen gemäß den Figuren 7g und 7h setzt sich kontinuierlich und mit gleicher Beschaffenheit (Material, Dicke etc.) zu einer äußeren Schicht eines angrenzenden Bereichs einer Leiterbahn fort, nämlich ein länglicher Bereich der Leiterbahn 433, 443, 453, der abgasseitig an die Kontaktfläche 43, 44, 45 angrenzt und zusätzlich ein ringförmiger Bereich der Leiterbahn 432, 442, 452, der abgasseitig an den länglichen Bereich der Leiterbahn 433, 443, 453 angrenzt. The outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″ of the contact surfaces 43, 44, 45 in the embodiments according to FIGS. 7g and 7h settles continuously and with the same properties (material, thickness, etc.) to an outer layer of an adjacent area of a conductor track away, namely an elongated area of the conductor track 433, 443, 453, which adjoins the contact surface 43, 44, 45 on the exhaust gas side and, in addition, an annular area of the conductor track 432, 442, 452, which adjoins the elongated area of the conductor track 433, 443, on the exhaust gas side. 453 adjoins.
Die in den Figuren 7a bis 7h gezeigten äußeren Schichten 43“, 44“, 45“ können beispielsweise als durchgängige Schicht (Vollfläche) ausgebildet sein oder mit einer Rasterung versehen sein, beispielsweise mit einer der in den Figuren 8a bis 81 gezeigten Rasterungen. The outer layers 43 ″, 44 ″, 45 ″ shown in FIGS. 7a to 7h can, for example, be designed as a continuous layer (full surface) or provided with a grid, for example with one of the grids shown in FIGS. 8a to 81.
Anderseits kann auch eine äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ vorgesehen sein, deren Gesamterstreckung die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ vollständig bedeckt, wobei diese äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ eine Rasterung aufweist, beispielsweise eine der in den Figuren 8a bis 81 gezeigten Rasterungen und insofern die innere Schicht nur teilweise bedeckt. Die in den Figuren 8a bis 81 gezeigten äußeren Schichten 43“, 44“, 45“, 46“ sind gerastert, weisen also abwechselnd Bereiche auf, die mit Material versehen, beispielsweise bedruckt, sind (in den Figuren 8a bis 81 dunkel dargestellt) und Bereiche die nicht mit Material versehen, also beispielsweise unbedruckt, sind (in den Figuren 8a bis 81 hell dargestellt). Möglich sind als Rasterungen beispielsweise Wabenmuster (Figur 8a und Figur 8b),On the other hand, an outer layer 43 ", 44", 45 ", 46" can also be provided, the overall extent of which completely covers the inner layer 43 ', 44', 45 ', 46' outer layer 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″ has a grid, for example one of the grids shown in FIGS. 8a to 81 and to the extent that the inner layer is only partially covered. The outer layers 43 ″, 44 ″, 45 ″, 46 ″ shown in FIGS Areas that are not provided with material, that is to say, for example, are unprinted (shown in light colors in FIGS. 8a to 81). Honeycomb patterns, for example, are possible as grids (Figure 8a and Figure 8b),
Punktmuster (Figur 8c, Figur 8d, Figur 8g, Figur 8k), Streifenmuster (Figur 8e, siehe auch Figur 7b) und andere regelmäßige Muster (Figuren 8g - 8k). Es sind auch unregelmäßige bzw. ungleichmäßige Rasterungen grundsätzlich möglich, z.B. wie in Figur 81. In all diesen Beispielen besteht die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ aus einem Cermet mit einem Platinanteil von 83 Gew.-% bis 87 Gew.-%, und einen Anteil an Zr02 und Y203 von zusammen 13 Gew.-% bis 17 Gew.-%. Die äußere Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ besteht hingegen zu 100 Gew.-% aus Platin. Die innere Schicht 43‘, 44‘, 45‘, 46‘ hat im Vergleich zu der äußeren Schicht 43“, 44“, 45“, 46“ daher eine größere Härte. Dot patterns (Figure 8c, Figure 8d, Figure 8g, Figure 8k), striped patterns (Figure 8e, see also Figure 7b) and other regular patterns (Figures 8g-8k). Irregular or uneven grids are also fundamentally possible, for example as in FIG % By weight, and a proportion of ZrO 2 and Y 2 O 3 together of 13% by weight to 17% by weight. The outer layer 43 ", 44", 45 ", 46", on the other hand, consists of 100% by weight of platinum. The inner layer 43 ‘, 44‘, 45 ‘, 46‘ has a greater hardness compared to the outer layer 43 ", 44", 45 ", 46".

Claims

Ansprüche Expectations
1. Keramisches Sensorelement für einen Abgassensor, das in Längsrichtung von einem abgasseitigen Endbereich (201) zu einem anschlussseitigen Endbereich (202) erstreckt ist, wobei in dem abgasseitigen Endbereich (201) ein Funktionselement (31) vorgesehen ist, das über eine Leiterbahn (320, 321, 322, 328) mit einer Kontaktfläche (43, 44, 45, 46) verbunden ist, die in dem anschlussseitigen Endbereich (202) auf der Außenfläche des Sensorelements (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (43, 44, 45, 46) eine innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) und eine auf dieser angeordnete äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) aufweist, wobei die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) eine größere Härte aufweist als die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) und wobei die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) nur teilweise bedeckt. 1. Ceramic sensor element for an exhaust gas sensor, which extends in the longitudinal direction from an exhaust-side end region (201) to a connection-side end region (202), a functional element (31) being provided in the exhaust-gas end region (201) which is connected via a conductor track (320 , 321, 322, 328) is connected to a contact surface (43, 44, 45, 46) which is arranged in the connection-side end region (202) on the outer surface of the sensor element (20), characterized in that the contact surface (43, 44, 45, 46) has an inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') and an outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") arranged on this, the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') has a greater hardness than the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") and the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") only partially covers the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46').
2. Keramisches Sensorelement für einen Abgassensor, das in Längsrichtung von einem abgasseitigen Endbereich (201) zu einem anschlussseitigen Endbereich (202) erstreckt ist, wobei in dem abgasseitigen Endbereich (201) ein Funktionselement (31) vorgesehen ist, das über eine Leiterbahn (320, 321, 322, 328) mit einer Kontaktfläche (43, 44, 45, 46) verbunden ist, die in dem anschlussseitigen Endbereich (202) auf der Außenfläche des Sensorelements (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (43, 44, 45, 46) eine innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) und eine auf dieser angeordnete äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) aufweist, wobei die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) einen keramischen Anteil und einen edelmetallischen Anteil aufweist und die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) einen edelmetallischen Anteil aufweist, der höher ist als der edelmetallische Anteil der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) und wobei die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) nur teilweise bedeckt. 2. Ceramic sensor element for an exhaust gas sensor, which extends in the longitudinal direction from an exhaust-side end region (201) to a connection-side end region (202), a functional element (31) being provided in the exhaust-gas end region (201), which is provided via a conductor track (320 , 321, 322, 328) is connected to a contact surface (43, 44, 45, 46) which is arranged in the connection-side end region (202) on the outer surface of the sensor element (20), characterized in that the contact surface (43, 44, 45, 46) has an inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') and an outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") arranged on this, the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') has a ceramic portion and a precious metal portion and the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") has a precious metal portion that is higher than the precious metal portion of the inner Layer (43 ', 44', 45 ', 46') and where the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") is the inner layer ht (43 ‘, 44‘, 45 ‘, 46‘) only partially covered.
3. Keramisches Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Gesamterstreckung der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) größer ist als die flächige Gesamterstreckung der äußeren Schicht (43“, 44“, 45“, 46“). 3. Ceramic sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that the flat total extension of the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') is greater than the flat total extension of the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46").
4. Keramisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) ein oder beidseitig in Längsrichtung des Sensorelements (20) über die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) übersteht. 4. Ceramic sensor element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') on one or both sides in the longitudinal direction of the sensor element (20) over the outer layer (43 ", 44 ", 45", 46 ") survives.
5. Keramisches Sensorelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) abgasseitig über die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) übersteht. 5. Ceramic sensor element according to claim 4, characterized in that the inner layer (43, 44 ‘, 45‘, 46 ‘) on the exhaust gas side protrudes beyond the outer layer (43", 44 ", 45", 46 ").
6. Keramisches Sensorelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) lediglich ein Streifen (60) ist, der einen anschlussseitigen Endbereich der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) bedeckt und in Längsrichtung weniger als die Hälfte der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) erstreckt ist. 6. Ceramic sensor element according to claim 5, characterized in that the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") is only a strip (60) which has a connection-side end region of the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') and extends in the longitudinal direction less than half of the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46').
7. Keramisches Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) anschlussseitig über die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) übersteht. 7. Ceramic sensor element according to claim 4 or 5, characterized in that the inner layer (43, 44 ‘, 45‘, 46 ‘) protrudes on the connection side over the outer layer (43", 44 ", 45", 46 ").
8. Keramisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 - 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) aus mehreren Streifen (60) besteht, die in Längsrichtung des Sensorelements (20) hintereinander und/oder nebeneinander auf der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) angeordnet sind. 8. Ceramic sensor element according to one of claims 1-5 or 7, characterized in that the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") consists of several strips (60) which extend in the longitudinal direction of the sensor element (20) are arranged one behind the other and / or next to one another on the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46').
9. Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (43‘, 44‘, 45‘, 46‘) ein oder beidseitig seitlich, also in Erstreckungsrichtung der Außenfläche des Sensorelements (20), senkrecht zur Längsrichtung des Sensorelements (20), über die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“), übersteht. 9. Ceramic sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the inner layer (43 ', 44', 45 ', 46') one or both sides laterally, that is, in the direction of extension of the outer surface of the sensor element (20), perpendicular to the longitudinal direction of the Sensor element (20) protrudes beyond the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46").
10. Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (43“, 44“, 45“, 46“) nicht als Vollfläche ausgebildet ist, sondern als gerasterte Fläche, beispielsweise in Form eines Wabenmusters, gepunktet, kariert, aus sich überkreuzenden länglichen Bereichen oder dergleichen oder unregelmäßig. 10. Ceramic sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the outer layer (43 ", 44", 45 ", 46") is not designed as a solid surface, but as a rastered surface, for example in the form of a honeycomb pattern, dotted, checked , from intersecting elongated areas or the like or irregular.
11. Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Leiterbahn, der an die Kontaktfläche (43, 44, 45) angrenzt, insbesondere ein länglicher Bereich der Leiterbahn (433, 443, 453), der abgasseitig an die Kontaktfläche (43, 44, 45) angrenzt, und optional zusätzlich ein ringförmiger Bereich der Leiterbahn (432, 442, 452), der abgasseitig an den länglichen Bereich der Leiterbahn (433, 443, 453) angrenzt, eine innere Schicht und eine auf dieser angeordnete äußere Schicht aufweist, wobei die Beschaffenheit der inneren Schicht des Bereichs der Leiterbahn mit der Beschaffenheit der inneren Schicht (43‘, 44‘, 45‘) der Kontaktfläche (43, 44, 45) übereinstimmt und wobei die Beschaffenheit der äußeren Schicht des Bereichs der Leiterbahn mit der Beschaffenheit der äußeren Schicht (43“, 44“, 45“) der Kontaktfläche (43, 44, 45) übereinstimmt. 11. Ceramic sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that a region of the conductor track which is attached to the contact surface (43, 44, 45) adjoins, in particular an elongated area of the conductor track (433, 443, 453) which adjoins the contact surface (43, 44, 45) on the exhaust gas side, and optionally also an annular area of the conductor track (432, 442, 452) which is adjacent to the exhaust gas side elongated area of the conductor track (433, 443, 453) has an inner layer and an outer layer arranged on this, wherein the nature of the inner layer of the area of the conductor track with the nature of the inner layer (43 ', 44', 45 ' ) of the contact surface (43, 44, 45) and the nature of the outer layer of the area of the conductor track corresponds to the nature of the outer layer (43 ", 44", 45 ") of the contact surface (43, 44, 45).
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