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Die
Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Bestimmung von Gaskomponenten
in Gasgemischen, insbesondere zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration
in Abgasen von Verbrennungsmotoren, und ein Verfahren zu dessen
Herstellung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der
Technik
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Es
sind Sensorelemente zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in
Abgasen von Verbrennungsmotoren bekannt, die aus einem planaren
Festelektrolytkörper
gebildet sind und eine elektrochemische Pumpzelle sowie eine mit
dieser zusammenwirkende elektrochemische Nernst- oder Konzentrationszelle
aufweisen. Derartige Sauerstoffsensoren werden auch als Breitband-Lambdasonden
bezeichnet.
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Mit
Hilfe der Elektroden der Pumpzelle wird aus einem Messgasraum des
Sensors Sauerstoff in den Abgasstrom gepumpt oder vom Abgasstrom
in den Messgasraum. Dazu ist eine der Pumpelektroden im Messgasraum
und die andere auf einer dem Abgasstrom ausgesetzten Außenfläche des
Sensorelements aufgebracht. Die Elektroden der Konzentrationszelle
sind so angeordnet, dass eine sich ebenfalls im Messgasraum befindet,
die andere dagegen in einem üblicherweise
mit Luft gefüllten
Referenzgaskanal. Diese Anordnung ermöglicht den direkten Vergleich
des Sauerstoffpotentials der Messelektrode im Messgasraum mit dem
Referenz-Sauerstoffpotential
der Referenzelektrode in Form einer an der Konzentrationszelle anliegenden,
messbaren Spannung. Messtechnisch wird die an die Elektroden der Pumpzelle anzulegende
Pumpspannung so gewählt, dass
an der Konzentrationszelle ein vorbestimmter Spannungswert eingehalten
wird. Als ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Messsignal
des Sensorelements wird der zwischen den Elektroden der Pumpzelle
fließende
Pumpstrom herangezogen.
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Da
keramische Festelektrolytmaterialien erst bei höheren Temperaturen eine ausreichende
Ionenleitfähigkeit
aufweisen, umfasst das Sensorelement weiterhin ein Heizelement in
Form einer zwischen keramischen Isolationsschichten ausgebildeten
Widerstandsleiterbahn. Diese dient der Beheizung des Sensorelements
auf eine Betriebstemperatur von beispielsweise 750 bis 800 °C. Die hierzu
an den elektrischen Widerstandsheizer anlegbare Spannung ist durch
die Bordspannung des Kraftfahrzeugs begrenzt.
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So
benötigt
das Heizelement beispielsweise bei einem Kaltstart eine bestimmte
Zeit, bis das Sensorelement auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist
und der Sensor einen zuverlässigen
Messwert der Sauerstoffkonzentration im Abgas zu liefern vermag.
Die Aufheizzeit des Sensorelements wird durch Wärmeverluste an dessen Außenflächenflächen desselben verlängert, die
infolge einer Kühlung
des Sensorelements durch kaltes, vorbeiströmendes Abgas und durch Wärmeabstrahlung
entstehen.
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Aus
der
DE 10 2004 013 852 ist
ein Sensorelement zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaft
eines Messgases bekannt, das zwei Hohlräume aufweist, die sich zwischen
einem in das Sensorelement integrierten Heizelement und einer Außenfläche des
Sensorelements befinden. Durch den in den Hohlräumen existierenden Luftraum
wird die Wärmeabstrahlung
des Sensorelements verringert und die Aufheizzeit des Sensorelements
verkürzt.
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Weiterhin
ist aus der
DE 43 43
089 A1 ein Sensorelement zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes
in Gasgemischen bekannt, bei dem ein Teil einer das Widerstandsheizelement
umgebenden Isolierung aus in das Sensorelement integrierten Hohlräumen ausgeführt ist.
Auf diese Weise wird eine Beeinflussung der Messsignale des Sensorelements durch
die im Widerstandsheizelement fließenden Heizerströme vermieden.
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Problematisch
ist an der Einarbeitung von Hohlräumen in keramische Sensorelemente,
dass es bei Aufheiz- und Abkühlungsprozessen
zu thermischen Spannungen im keramischen Material kommen kann und
somit zur Rissbildung in den keramischen Folien. Treten diese Risse
beispielsweise in den als Isolation dienenden, das Heizelement umgebenden
keramischen Folien auf, so kommt es zu einer starken Einkopplung
der Heizerströme
in die Messsignale des Sensorelements, sodass dieses unbrauchbar
wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement bereitzustellen,
das eine kurze Aufheizzeit bei guter Dauerbetriebsbeständigkeit zeigt.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Sensorelement
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche lösen in vorteilhafter
Weise die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
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Es
wurde beobachtet, dass bei Sensorelementen, in die ein Hohlraum
integriert ist, eine Rissbildung vorzugsweise an den Außenrändern des Sensorelements
im Bereich der Hohlräume
auftrat. So ist es von besonderem Vorteil, wenn bei der Ausführung des
Sensorelementes geeignete Maßnahmen
ergriffen werden, die zu einer Spannungsreduzierung in diesem Bereich
des Sensorelementes führen.
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So
weist das Sensorelement einen Hohlraum auf, der in mindestens einem
den seitlichen Begrenzungsflächen
des Hohlraums nahen Bereich einen von 0 verschiedenen, geringeren
Durchmesser aufweist als in seinem mittleren Bereich. Auf diese Weise
wird erreicht, dass mindestens eine der keramischen Schichten, die
den Hohlraum begrenzen, im rissgefährdeten äußeren Bereich des Sensorelements
eine größere Schichtdicke
aufweist als in ihrem außenflächenfernen
Bereich, sodass auftretende thermische Spannungen im außenflächennahen Bereich
der keramischen Schicht zu einer geringeren Zugbelastungen als in
deren außenflächenfernen Bereich
führen
und somit zu einer geringeren Neigung zur Rissbildung.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den
unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Sensorelements bzw. Verfahrens möglich.
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So
ist es von Vorteil, wenn zumindest eine der Längskanten des in das Sensorelement
integrierten Hohlraums abgerundet ist oder eine Fase aufweist, da
sich eine solche konstruktive Ausführung relativ einfach bewerkstelligen
lässt.
Weiter ist von Vorteil, wenn sich der Hohlraum innerhalb des Sensorelements
zwischen der oder den elektrochemischen Messzellen und dem Heizelement
befindet, da sich auf diese Weise neben einer guten thermischen Isolation
des Sensorelements zusätzlich
eine geringe Beeinflussung der Messsignale des Sensorelements durch
im Heizelement auftretende Ströme
erreichen lässt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine den Hohlraum
begrenzende keramische Schicht des Sensorelements eine Durchbrechung
auf. Auf diese Weise werden in der keramischen Schicht auftretende
thermische Spannungen weiter verringert. Die Durchbrechung ist vorzugsweise
schlitzförmig
ausgeführt.
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Weiterhin
ist von Vorteil, wenn eine den Hohlraum auf seiner dem Heizelement
abgewandten Seite begrenzende erste keramische Schicht aus einem
Material gefertigt ist, das eine höhere Wärmedehnung zeigt als das Material,
aus dem eine den Hohlraum auf seiner dem Heizelement zugewandten Seite
begrenzende zweite keramische Schicht besteht. Da in der heizerfernen
ersten keramischen Schicht beim Aufheizen eine niedrigere Temperatur herrscht
als in der heizernahen zweiten keramischen Schicht, kompensiert
die höhere
Wärmedehnung
der heizerfernen ersten keramischen Schicht trotz geringerer Temperatur
die auftretende Ausdehnung der zweiten, heizernahen Schicht.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
besteht darin, dass die den Hohlraum auf seiner dem Heizelement
abgewandten Seite begrenzende erste keramische Schicht aus einem
Material gefertigt ist, das ein höheres Elastizitätsmodul
aufweist als das Material, aus dem die den Hohlraum auf seiner dem
Heizelement zugewandten Seite begrenzende zweite keramische Schicht
besteht. Auf diese Weise kann die erste keramische Schicht auftretende
thermische Spannungen bedingt durch ihr größeres Elastizitätsmodul
abfangen. Gleiches wird erreicht, wenn die erste keramische Schicht
aus einem Material gefertigt ist, das eine höhere Zugfestigkeit aufweist
als das Material, aus dem die zweite keramische Schicht besteht.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine sich zwischen erster und zweiter den Hohlraum
begrenzenden Schicht befindende dritte keramische Schicht aus einem
Material gefertigt, das eine höhere
Zugfestigkeit aufweist als das Material, aus dem die erste oder
die zweite den Hohlraum begrenzende keramische Schicht besteht.
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Zeichnung
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Fünf Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß Stand der Technik,
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2 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2a bis 2d zeigt
Varianten des in 2 dargestellten Sensorelements,
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3 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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5 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und
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6 einen
Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
einen prinzipiellen Aufbau eines Sensorelements, wie es beispielsweise
aus der
DE 43 43 089
A1 bekannt ist. Mit
10 ist ein planares Sensorelement
eines elektrochemischen Gassensors bezeichnet, das beispielsweise
eine Mehrzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten
11a,
11b,
11c,
11d,
11e,
11f,
11g und
11h aufweist. Die
Festelektrolytschichten
11a,
11b,
11c,
11e,
11f und
11h werden
dabei als keramische Folien ausgeführt und bilden einen planaren
keramischen Körper. Sie
bestehen aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial,
wie beispielsweise mit Y
2O
3 stabilisiertem
oder teilstabilisiertem ZrO
2.
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Die
Festelektrolytschichten 11d und 11g werden dagegen
mittels Siebdruck eines pastösen keramischen
Materials beispielsweise auf den Festelektrolytschichten 11a, 11c und 11f erzeugt.
Als keramische Komponente des pastösen Materials wird dabei bevorzugt
dasselbe Festelektrolytmaterial verwendet, aus dem auch die Festelektrolytschichten 11a, 11b, 11c, 11e, 11f und 11h bestehen.
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Die
integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird
durch Zusammenlaminieren der mit den Festelektrolytschichten 11d, 11g und
mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien 11a, 11b, 11c, 11e, 11f und
anschließendem
Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt.
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Auf
der dem Gasgemisch unmittelbar zugewandten Großfläche des Sensorelements 10 ist
auf der Festelektrolytschicht 11a eine äußere Messelektrode 23 angeordnet,
die mit einer nicht dargestellten porösen Schutzschicht bedeckt sein
kann. Eine dazugehörige
Referenzelektrode 22 ist in einem Referenzgaskanal 13 ausgebildet
der beispielsweise als mit einer Referenzgasatmosphäre in Kontakt
stehender Hohlraum ausgeführt
ist. Alternativ kann der Referenzgaskanal 15 auch mit einem
porösen
keramischen Material ausgefüllt
sein. Die Messelektrode 23 und die Referenzelektrode 22 bilden
zusammen eine Nernst- bzw. Konzentrationszelle. Als ein der Sauerstoffkonzentration
des Messgases proportionales Messsignal wird die sich an den Elektroden 22, 23 einstellende
Potentialdifferenz herangezogen.
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Um
zu gewährleisten,
dass an den Elektroden 22, 23 des Sensorelements
eine Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts der Gasgemischkomponenten
erfolgt, bestehen die Elektroden 22, 23 vorzugsweise
aus einem katalytisch aktiven Material, wie beispielsweise Platin,
wobei das Elektrodenmaterial für
alle Elektroden in an sich bekannter Weise als Cermet eingesetzt
wird, um mit den keramischen Folien zu versintern.
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Des
weiteren ist ein Widerstandsheizer 40 in die Festelektrolytschichten 11e und 11f integriert
und in eine elektrische Isolation 41, beispielsweise aus Al2O3, eingebettet.
Mittels des Widerstandsheizers 40 wird das Sensorelement 10 auf
eine entsprechende Betriebstemperatur von beispielsweise 750°C erhitzt.
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Um
zum einen die Wärmeverluste
des Sensorelements gegenüber
dem umgebenden Gasgemisch zu vermindern als auch Einkopplungen der
im Widerstandsheizer 40 auftretenden Ströme in die Messsignale
des Sensorelements zu verhindern, sind zwischen den Festelektrolytschichten 11c und 11e bzw. 11f und 11h Hohlräume 25, 27 vorgesehen, die
flächig
ausgedehnt ausgeführt
sind und vorzugsweise den heizenden Bereich des Widerstandsheizer 40 komplett überdecken.
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Beim
Aufheizen des Sensorelements 10 kommt es zu thermischen
Spannungen im Schichtverbund des Sensorelements. Dabei treten beispielsweise
in der Festelektrolytschicht 11e Druckspannungen auf, während es
hingegen in der Festelektrolytschicht 11c zu Zugspannungen
kommt. Dies ist in 1 durch Pfeile entsprechend
angedeutet. In ungünstigen
Fällen
kann es bedingt durch die thermischen Spannungen zu Rissen in den
einzelnen Festelektrolytschichten kommen. Ein derartiger Riss 45 tritt
insbesondere in den außenflächennahen
Bereichen der Festelektrolytschichten auf. Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen,
mindestens einen der Hohlräume
des Sensorelements so auszuführen, dass
der Hohlraum in mindestens einem den seitlichen Begrenzungsflächen des
Hohlraums nahen Bereich einen von 0 verschiedenen, geringeren Durchmesser
aufweist als in seinem mittleren Bereich. Ein Ausführungsbeispiel
hierzu ist in 2 dargestellt. Dabei bezeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in 1.
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Dabei
ist erkennbar, dass der Hohlraum 25 in seinen den Außenflächen nahen
Bereichen 25a, 25b eine sich zu den Seitenbegrenzungen
des Hohlraums hin kontinuierlich verkleinernde Höhe aufweist. Der Hohlraum 25 weist
somit in seinem den Mittelachsen des Sensorelements nahen Bereich
einen größeren Durchmesser
auf als in seinen den Seitenbegrenzungen des Hohlraums 25 nahen
Bereichen 25a, 25b. Alternativ oder zusätzlich ist
es möglich,
wie in 2 dargestellt, nicht nur den Hohlraum 25 in
abgeschrägter
Form auszuführen
sondern auch den Hohlraum 27. Durch entsprechende Pfeile
in der Festelektrolytschicht 11c ist angedeutet, dass bei
der Beheizung des Sensorelements sich einstellende thermische Spannungen
in den Randbereichen der Festelektrolytschicht 11c bedingt
durch deren größere Schichtdicke
deutlich geringer ausfallen als im Fall des Sensorelements in 1.
Auf diese Weise wird wirkungsvoll der Bildung von Rissen in außenflächennahen
Bereichen der Festelektrolytschicht 11c bzw. 11h vorgebeugt.
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Anstelle
in abgeschrägten
Form können
die Hohlräume 25, 27 in
ihren den seitlichen Begrenzungsflächen nahen Bereichen auch in
einer abgerundeten Form, wie in den 2a und 2b dargestellt, ausgeführt werden.
Alternativ ist es auch möglich,
die Kanten der Hohlräume 25, 27 mit
einer Fase zu versehen, wie in den 2c und 2d dargestellt.
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Entsprechende
Hohlräume 25, 27,
die in ihren den Außenflächen des
Sensorelements nahen Bereichen 25a, 25b eine sich
zu den Seitenbegrenzungen des Hohlraums hin kontinuierlich verkleinernde
Höhe aufweisen,
können
erzeugt werden, indem während
des Herstellungsprozesses des Sensorelements die die Hohlräume 25, 27 umfassenden
Festelektrolytschichten 11d, 11g durch mehrere
hintereinander erfolgende Druckschritte erzeugt werden, wobei auf
den die zu erzeugenden Hohlräume
begrenzenden Schichten 11e, 11f mehrere sich in
ihrer Flächenausdehnung
unterscheidende Schichten aus einem sich bei einer Hitzebehandlung
zersetzenden Material wie beispielsweise Glaskohle aufgebracht werden.
Dabei wird die Flächenausdehnung
der aus dem sich zersetzenden Material ausgeführten Schichten von Druckschritt
zu Druckschritt beispielsweise reduziert. Die Flächenausdehnung der gedruckten
Schichten aus einem sich bei Hitzebehandlung zersetzen Material
werden grundsätzlich
kleiner gewählt
als die Flächenausdehnung
der zu erzeugenden Festelektrolytschichten 11d, 11g;
die Restfläche
wird beispielsweise aus einem geeigneten Festelektrolytmaterial
gebildet.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, unterschiedliche sich bei Hitzebehandlung zersetzende Materialien
aufzubringen, wobei die sich zersetzenden Materialien jeweils in
einer im wesentlichen quaderförmigen
Struktur aufgedruckt werden. Dabei wird in den Randbereichen der
zu erzeugenden Hohlräume 25, 27 ein
Material aufgebracht, das eine geringe Dichte pro Flächeneinheit
aufweist als das in den mittigen Bereichen der zu erzeugenden Hohlräume 25, 27 aufgebrachte
Material. Bei der nachfolgenden Hitzebehandlung zersetzt sich das
aufgebrachte Material und hinterlässt die Hohlräume 25, 27,
wobei aufgrund der geringeren Dichte des in den Randbereichen der
Hohlräume 25, 27 aufgebrachten
Materials diese eine sich zu den Seitenbegrenzungen des Hohlraums
hin kontinuierlich verkleinernde Höhe aufweisen.
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Eine
weitere Verringerung der durch Aufheizprozesse möglicherweise auftretenden Zugspannungen
in der den Hohlraum 25 auf seiner dem Widerstandsheizer 40 abgewandten
Seite begrenzenden Festelektrolytschicht 11c kann erreicht
werden, wenn diese vorzugsweise in Längsrichtung des Sensorelements
bereichsweise eine insbesondere schlitzförmige Durchbrechung 30 aufweist.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel
ist in 3 dargestellt, wobei weiterhin gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauteilkomponenten bezeichnen. Durch Ausbildung einer schlitzförmigen Durchbrechung 30 werden
Druckspannungen in der sich zwischen Widerstandsheizer 40 und Hohlraum 25 befindenden
Festelektrolytschicht 11e verkleinert und auf diese Weise
Zugspannungen in der den Hohlraum 25 auf seiner dem Widerstandsheizer 40 abgewandten
Seite begrenzenden Festelektrolytschicht 11c vermieden.
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Diese
Wirkung kann auch erreicht werden, wenn anstelle einer Durchbrechung 30 lediglich
eine vorzugsweise in Längsrichtung
des Sensorelements verlaufende Aussparung in Form einer Nut in der Festelektrolytschicht 11c ausgebildet
wird. Die Durchbrechung 30 bzw. eine entsprechende Nut
ist dabei vorzugsweise mittig in der Festelektrolytschicht 11c vorgesehen.
Alternativ ist es möglich,
mehrere Durchbrechungen oder Aussparungen innerhalb derselben Festelektrolytschicht
vorzusehen. Zusätzlich kann
auch die den zweiten Hohlraum 27 auf seiner dem Widerstandsheizer 40 abgewandten
Seite begrenzende Festelektrolytschicht 11h mit einer entsprechenden
Durchbrechung bzw. Aussparung versehen sein. Die Durchbrechung 30 wird
in der Festelektrolytschicht 11c erzeugt, indem ein entsprechender
Schlitz eingestanzt oder eingefräst
wird. Handelt es sich bei der Festelektrolytschicht 11c um
eine gedruckte Schicht, so wird ein entsprechender Schlitz bereits
im Layout vorgesehen. Die Durchbrechung 30 wirkt im Sensorelement
als Dehnfuge.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.
Dabei bezeichnen weiterhin gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten.
Bei diesem Sensorelement sind die die Hohlräume 25, 27 auf
ihrer dem Widerstandsheizer 40 abgewandten Seite begrenzenden Festelektrolytschichten 11c, 11h aus
einem Material ausgeführt,
das eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
aufweist als das Festelektrolytmaterial der sich zwischen dem Widerstandsheizer 40 und
den Hohlräumen 25, 27 sich
befindenden Festelektrolytschichten 11e, 11f Dies
kann beispielsweise durch Zugabe von ca. 10 Gew.% Aluminiumoxid
zum Festelektrolytmaterial der Schichten 11e, 11f erreicht
werden. Auf diese Weise treten bei Erwärmung des Sensorelementes in den
Festelektrolytschichten 11e, 11f bedingt durch deren
geringere Wärmedehnung
geringere Druckspannungen auf und in den Festelektrolytschichten 11c, 11h somit
geringere Zugspannungen.
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Ein
Sensorelement gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
ist in 5 dargestellt. Es bezeichnen weiterhin gleiche
Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den 1 bis 4.
Bei diesem Sensorelement sind die die Hohlräume 25, 27 auf
ihrer dem Widerstandsheizer 40 abgewandten Seite begrenzenden
Festelektrolytschichten 11c, 11h aus einem Material
ausgeführt,
das ein niedrigeres Elastizitätsmodul
aufweist als das Festelektrolytmaterial der sich zwischen dem Widerstandsheizer 40 und
den Hohlräumen 25, 27 befindenden
Festelektrolytschichten 11e, 11f. Dies kann beispielsweise durch
einen höheren
Gehalt an Porenbildnern, beispielsweise 2 bis 10 Gew.%, in den Festelektrolytschichten 11c, 11h während der
Herstellung des Sensorelementes erreicht werden. Auch bei dieser Ausführungsform
treten bei Erwärmung
des Sensorelementes in den Festelektrolytschichten 11e, 11f bedingt
durch deren geringeres Elastizitätsmodul
geringere Druckspannungen auf und in den Festelektrolytschichten 11c, 11h somit
geringere Zugspannungen.
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Alternativ
ist es möglich,
die Festelektrolytschichten 11c, 11h aus Folien
mit einer höheren
Zugfestigkeit auszuführen.
Dies wird beispielsweise erreicht, indem beispielsweise der Gehalt
an stabilisierendem Yttriumoxid im Vergleich zum Material der übrigen Festelektrolytschichten
reduziert ist, vorzugsweise 3 Mol% anstelle von 4.5 Mo%.
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In 6 ist
ein Sensorelement gemäß einem 5.
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
Bauteilkomponenten wie in den 1 bis 5.
In diesem Fall sind die Festelektrolytschichten 11d, 11g,
die bei der Herstellung des Sensorelements aus einem Folienbindermaterial
erzeugt werden, mit einer erhöhten
Zugfestigkeit versehen. Dies wird beispielsweise erreicht, indem
beispielsweise der Gehalt an stabilisierendem Yttriumoxid im Vergleich
zum Material der übrigen
Festelektrolytschichten reduziert ist, vorzugsweise 3 Mol% anstelle
von 4.5 Mol%. Auf diese Weise wird erreicht, dass die den Festelektrolytschichten 11d, 11g benachbarten
Festelektrolytschichten 11c, 11e bzw. 11f, 11h sich
beim Aufheizen des Sensorelements stärker relativ zueinander bewegen
können.
Dies vermindert ebenfalls Zug- und Druckspannungen in diesen Schichten.
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Das
erfindungsgemäße Sensorelement
und das Verfahren zu seiner Herstellung sind nicht auf die aufgeführten konkreten
Ausgestaltungsmöglichkeiten
beschränkt,
sondern es sind weitere Ausführungsformen
denkbar, wie beispielsweise Sensorelemente, die alternativ oder
zusätzlich
elektrochemischen Pumpzellen aufweisen oder weitere Festelektrolytschichten
bzw. Hohlräume
beinhalten. Weiterhin ist eine Anwendung bei Sensorelementen denkbar, die
der Bestimmung anderer Gase wie beispielsweise Stickoxide, Schwefeloxide,
Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe dienen.