Die Erfindung betrifft eine Gassonde, insbesondere eine Lambda-Sonde zur Ana¬ lyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungskraftmaschine.

Solche Gassonden weisen üblicherweise ein sensitives Bauteil (Sensorelement) auf, welches zur Analyse von Gasen, insbesondere Abgasen in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren, eingesetzt werden können. Das Sensorelement ist zum Schutz vor Beschädigungen infolge mechanischer und thermischer Einwirlcung üblicherweise von einem Schutzrohr umgeben, das durch geeignete Öffiiirngen den Zutritt des zu analysierenden Gases zu dem innerhalb des Schutzrohres ange¬ ordneten Sensorelement der Lambda-Sonde erlaubt. Dieses Schutzrohr diexit in erster Linie der Vermeidung von Transportschäden und Einbauschäden, sowie der Vermeidung einer Thermoschockbelastung des beheizten sensitiven Bauteils der Lambda-Sonde durch Kontakt mit Wassertropfen, die sich aus Wasserdampf des Gasstromes bilden.

Aufgrund der Tatsache, dass die Gassonde üblicherweise im Kontakt mit einem heißen, an der Gassonde vorbeiströmenden Abgasstrom in Kontakt ist, konnte bei bekannten Gassonden beobachtet werden, dass im Abgas befindlicher Wasser¬ dampf sich an dem Schutzrohr anlagert. An der Oberfläche der Gassonde konden¬ siert der Wasserdampfund bildet Tropfen, welche das Sensorelement gefährden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gassonde zu schaffen, welche eine erhöhte Sicherheit gegenüber bekannten Gassonden dagegen aufweist, dass das Sensorelement mit Wassertopfen in Kontakt kommt. Darüber hinaus soll die Gassonde einfach aufgebaut und im Rahmen einer Serienfertigung ohne großen Aufwand und kosteneffektiv herstellbar sein. Auch sollen die bekannten te&hni- schen Probleme mit den derzeit verfügbaren Gassonden zumindest abgeschwächt werden. Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Gassonde gemäß den Merkmalen des unabhängig formulierten Vorrichtungsanspruchs sowie einem Verfahren zur Her¬ stellung einer Gassonde gemäß dem unabhängig formulierten Verfahrensan- sprach. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formu¬ lierten Patentansprüchen beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass jede, tech¬ nologisch sinnvolle, Kombination der in den Patentansprüchen genannten Merk¬ male, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Merkmalen der Beschreibung, zu weiteren, vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung führen kann.

Die erfindungsgemäße Gassonde, insbesondere eine Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungskraftmaschine, hat mindestens eine Schutzeinrichtung, die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes Bau¬ teil (Sensorelement) der Gassonde zumindest bereichsweise umgibt. Die Gasson- de ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung eine Gaskontaktfläche hat, die zumindest teilweise eine hygroskopische Oberfläche aufweist.

Die mindestens eine Schutzeinrichtung, unter Umständen können hier zwei oder drei solcher Schutzeinrichtungen (gegebenenfalls konzentrisch zueinander über¬ deckend angeordnet) vorgesehen sein, stellt einerseits einen Schutz gegen Trans¬ port- und/oder Einbauschäden dar, ist also relativ stabil ausgeführt. Weiterhin trägt die Schutzeinrichtung dafür Sorge, dass das Sensorelement nicht mit im Gas¬ strom enthaltenen Verunreinigungen (Partikel, Ruß, etc) und/oder Wassertropfen in Kontakt kommt. Gleichzeitig ermöglicht die Schutzeinrichtung jedoch den Zu¬ gang des zu analysierenden Gases hin zum Sensorelement. Üblicherweise stellt eine solche Schutzeinrichtung eine Art Gehäuse, Kappe, Rohr, Gitter, etc. dar, wobei Öffnungen vorgesehen sind, durch die das Gas hinein zu innen liegenden Bereichen mit dem Sensorelement strömen kann. Es wird nun vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung, insbesondere alle Schutz¬ einrichtungen, zumindest teilweise an den Flächen, die mit dem zu analysierenden Gasstrom in Kontakt kommen, eine hygroskopische Oberfläche aufweist. Mit „hygroskopisch" ist insbesondere gemeint, dass die Oberfläche in der Lage ist, Wasserdampf aus dem Gasstrom aufzunehmen bzw. die Bildung von Wassertrop¬ fen auf der Gaskontaktfläche zu verhindern. Zu diesem Zweck kann die Gaskon¬ taktfläche selbst hygroskopisch sein, beispielsweise durch besondere Ausgestal¬ tung der Oberflächenrauhigkeit und/oder der Porosität. Es ist jedoch auch mög¬ lich, dass die Gaskontaktfläche mit einer zusätzlichen Schicht aus einem anderen, von dem Material der Schutzeinrichtung verschiedenen, Material bedeckt ist.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die hygroskopische Oberfläche wenigstens teilweise mit einer Beschichtung gebildet ist, die vorteil¬ hafterweise ein hochtemperaturfestes Trockenmittel umfasst Als Trockenmittel können beispielsweise verschiedene Salze oder auch organische Substanzen ein¬ gesetzt werden. Die Beschichtung ist vorteilhafterweise auch wasserschlagfest sowie insbesondere widerstandsfähig gegen Erosion und Korrosion.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Gassonde eine Beschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 μm (Mikrometer) bis 50 μm hat. Bevorzugt be¬ trägt die Schichtdicke 15 μm bis 25 μm. Aufgrund der starken thermischen Belas¬ tung beispielsweise im Abgassystem eines Automobils ist eine besondere Haftfes¬ tigkeit der Beschichtung auf der Schutzeinrichtung erforderlich. Um einen dauer¬ haften Verbleib der Beschichtung auf der Schutzeinrichtung zu gewährleisten, ist die Schichtdicke relativ klein ausgeführt, so dass ein Abplatzen vermieden wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gassonde weist die Beschichtung eine Porosität auf, so dass das Porenvolumen pro Volumeneinheit der Beschichtung in einem Bereich von 30 % bis 90 % liegt. Das heißt mit anderen Worten, dass be- zogen auf eine vorgegebene Volumeneinheit das von den Poren gebildete Volu¬ men (statistisch gemittelt) 30 % bis 90 %, bevorzugt um 50 %, ausmacht. Es wird auch vorgeschlagen, dass die Gassonde eine Oxid-B eschichtung umfasst, insbesondere das die Beschichtung zumindest ein Oxid aus Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid umfasst. Diese hochtemperaturfesten Oxide begünstigen die hygroskopische Wirkung der Beschichtung.

Gerade bei der Anordnung einer solchen Gassonde im Abgassystem eines Auto¬ mobils ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung katalytisch wirkende Bestandteile aufweist, insbesondere ein Edelmetall (z.B. Platin, Rhodium,...). Das bedeutet, dass die mit dem Abgas in Kontakt befindliche Oberfläche gleichzeitig zur Um¬ setzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen verwendet wird. Um jedoch die Zusammensetzung des zu analysierenden Gasstromes nicht in relevantem Maße zu beeinträchtigen, wird generell auch vorgeschlagen, dass die Beschichtung kei¬ ne Wirkung (z.B. Speicherfähigkeit) auf die Bestandteile des Gasstromes hat, die von dem Gassonde messtechnisch bestimmt werden, beispielsweise Sauerstoff.

Gemäß einer Weiterbildung der Gassonde weisen auch die mit dem Gas in Kon¬ takt kommenden weiteren Komponenten wenigstens teilweise eine hygroskopi¬ sche Oberfläche auf, insbesondere ein Grundkörper der Gassonde. Der Grundkör- per stellt die Aufnahme des sensitiven Bauteils dar und hat üblicherweise am äu¬ ßeren Umfang ein Gewinde, um die Gassonde in einem Gehäuse zu fixieren. Um zu verhindern, dass sich an diesem Grundkörper Wassertropfen bilden, ist auch dieser mit einer hygroskopischen Oberfläche ausgestattet. Alternativ oder in Kombination dazu kann diese hygroskopische Oberfläche mittels wenigstens ei- nem separaten Formköpers gebildet sein, der die betreffende Komponente zumin¬ dest teilweise abdeckt bzw. umschließt. Dieser Formkörper kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere unverlierbar, zu der Komponente bzw. mehreren Komponenten ausgeführt sein.

Unter Berücksichtigung der kostengünstigen Herstellung einer solchen Gassonde wird weiter vorgeschlagen, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung eine Kap- pe ist, die ein hochtemperaturfestes, tiefziehbares Material umfasst. Die Kappe kann so gerade für die Serienfertigung in hoher Stückzahl sehr präzise hergestellt werden. Als Kennzeichen für ein tiefziehbares Material wird hier insbesondere gefordert, dass dieses ein Grenzziehverhältnis (ßmax) im Bereich von 1,6 bis 2,0 hat. Das Grenzziehverhältnis wird mittels einer Tiefziehprüfung (z.B. nach Swift) ermittelt, wobei aus Blechronden mit stufenweise vergrößertem Durchmesser (domax) bei gleich bleibendem Stempeldurchmesser (di) zylindrische Näpfe gezo¬ gen werden. Kennwert ist das Grenzziehverhältnis, bei dem die Grenze der Zieh- fahigkeit des Bleches durch einen gerade noch nicht eintretenden Bodenriss er- reicht ist (ßmax= dOmaχ / O1).

Die Gassonde, die mindestens eine Schutzeinrichtung und einen Grundkörper umfasst, stellt mindestens eine Oxid-bildende Oberfläche der Komponenten be¬ reit. Das heißt, dass die Schutzeinrichtung und/oder der Grundkörper zumindest teilweise so thermisch behandelt werden kann, dass sich auf ihrer Oberfläche ein Oxid bildet, insbesondere Aluminiumoxid. Dieses Oxid ermöglicht, dass die nach¬ folgende Beschichtung sich dauerhaft auch unter hohen thermischen und dynami¬ schen Belastungen auf der Oberfläche applizieren lässt.

Vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung einer Gassonde, wobei die mindestens eine Schutzeinrichtung elektrisch beheizbar ist. Dies kann insbesondere kurzzeitig und diskontinuierlich erfolgen, um das in der Beschichtung festgehaltene Wasser zu verdampfen. Dabei ist es vorteilhaft, dies in Situationen durchzuführen, in denen das Abgas eine relativ niedrige Temperatur hat, beispielsweise vor oder unmittel- bar nach dem Motorstart bzw. in Leerlaufphasen des Motors.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Gassonde, insbesondere einer Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Gassonde hat mindestens eine Schutzeinrichtung, die ein sensitives, mit einem Gas in Kon¬ takt kommendes Bauteil (Sensorelement) der Gassonde zumindest bereichsweise umgibt, sowie einen Qrundkörper. Es wird nun vorgeschlagen, dass die mindes¬ tens eine Schutzeinrichtung oder der Grundkörper zumindest teilweise mit einer hygroskopischen Beschichtung versehen wird. Auf diese Weise lässt sich insbe¬ sondere ein erfindungsgemäßes Gassonde herstellen, wie es vorstehend beschrie- ben ist.

Dabei sind ggf. freie Bereiche vorzusehen, insbesondere dort, wo die Oberfläche nahe anderen Funktionsflächen angeordnet ist. Funktionsflächen haben eine vor¬ dergründige Funktion, zum Beispiel dienen sie als Verbindungsflächen von Kom- ponenten miteinander, als (elektrische) Kontaktflächen, als Kennzeichnung, etc.. So ist es beispielsweise vorteilhaft, dass der Grundkörper und/oder die Schutzein¬ richtung an den Stellen keine Beschichtung aufweist, wo eine formschlüssige (Quetsch-)Verbindung und/oder eine fügetechnische (Schweiß-, Löt-, o.a.) Verbindung miteinander bzw. mit weiteren Komponenten des Gassensors vorgesehen sind.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die mit der Beschichtung zu versehenden Oberflächen vorbehandelt werden, insbesondere auf den Oberfläche ein Oxid ge¬ bildet wird. Die Bildung eines Oxids auf der Oberfläche kann durch eine thermi- sehe Behandlung erfolgen, wenn entsprechende Bestandteile des Materials der mindestens einen Schutzeinrichtung bzw. des Grundkörpers vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass Material in einem zusätzlichen Fertigungsschritt zunächst auf der Oberfläche zu applizieren und anschließend ein Auflegieren des Materials zu bewirken.

Es ist unter Umständen vorteilhaft, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung oder der Grundkörper vor dem Beschichten aluminiert werden. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Aluminium-Knetlegierung auf der Oberfläche appliziert und durch eine anschließende thermische Behandlung auf der Oberfläche fixiert wird. Die Bereitstellung von Aluminium ermöglicht die nachträgliche Ausbildung von Aluminiumoxid, welches als Trägerschicht für die nachfolgende hygroskopische Beschichtung besonders gut geeignet ist.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung ein umgeformtes, insbesondere tiefgezogenes, Teil ist, bei dem der Aluminier- Vorgang vor dem Umformen stattfindet und vorteilhafterweise nach dem Umformschritt ein Diffusionsglühen durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Auftragen der Beschichtung zumindest einen der folgenden Fertigungsschritte: Spritzen, Tauchen, Sprühen, Thermisches Spritzen.

Beim Spritzen bzw. Sprühen wird die Beschichtung unter Einsatz eines Träger¬ mediums, beispielsweise Luft, auf die zu beschichtende Oberfläche appliziert. Beim Tauchen wird das zu beschichtende Teil in ein Bad aus der Beschichtung eingetaucht. Zur Bereitstellung einer dauerhaften Beschichtung sind bei den drei vorstehend genannten Verfahren die Ausbildung einer Oxidbeschichtung zuvor vorteilhaft. Auf eine solche Oxid-bildende Maßnahme kann beim Applizieren der Beschichtung mittels des Thermischen Spritzens verzichtet werden, da die hierbei eingesetzten Temperaturbereiche einen ausreichenden Stoffschluss bzw. ausrei¬ chende Adhäsionskräfte zwischen der Oberfläche und der Beschichtung gewähr¬ leisten. Beim Thermischen Spritzen werden üblicherweise Temperaturen beim Applizieren von über 500 0C eingesetzt, bevorzugt oberhalb von 900° (Plasma- Spritzen), wobei ggf. kleinere Schichtdicken (z.B. kleiner 40 μm) vorgesehen werden können.

Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung der Beschichtung bzw. einer überwiegend gleichen Schichtdicke können weitere Bearbeitungsschritte erforder¬ lich sein, beispielsweise ein Rotieren des Teils (Ausnutzung von Zentrifugalkräf- ten)), ein Abklopfen (Ausnutzung einer Impulswirkung), ein Ausblasen (Einsatz eines unter Überdruck stehenden Gasstromes), etc.. Insbesondere ist zu gewähr- leisten, dass die Gaseintrittsöf&iungen bzw. Gasaustrittsöffhungen der Schutzein¬ richtung nicht über die Maßen verschlossen sind.

Besonders vorteilhaft ist die Gassonde in Kombination mit einer Abgasreini- gungskomponente. Der Begriff „Abgasreinigungskomponente" soll als Oberbeg¬ riff für alle zur Abgasbehandlung geeigneten Komponenten stehen, insbesondere für katalytische Konverter, Strömungsmischer, Filter, Adsorber, Kohlenwasser¬ stoff- oder Rußfallen.

Besonders vorteilhaft ist die Bereitstellung einer Gassonde im Abgassystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines Automobils.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass besonders bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Detailansicht einer Gassonde, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Gassonde gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Gassonde 1 mit einem Grundkörper 10 und einer Schutzeinrichtung 2. Die Gassonde 1 ist durch ein Gehäuse 12 (bei¬ spielsweise das Gehäuse einer Abgasleitung oder einer Abgasreinigungskompo- nente) hindurch gesteckt und mit diesem befestigt. Dabei ist ein Teil der Gassonde 1 umfassend die Schutzeinrichtung 2 mit dem zu analysierenden Gasstrom in Kontakt. Sowohl die Schutzeinrichtung 2 als auch der Grundkörper 10 weist eine oder mehrere Gaskontaktflächen 4 auf, also Oberflächen, die mit dem zu analysie¬ renden Gas in Kontakt treten. Dabei weist der zu analysierende Gasstrom zumin- dest zeitweise Wasserdampf auf, der unter Umständen an den Gaskontaktflächen 4 kondensieren kann. Im Inneren der Schutzeinrichtung 2 ist das Sensorelement 3 angeordnet (Fig. 1 nicht dargestellt). Der Kontakt des zu analysierenden Gasstro¬ mes mit dem sensitiven Bauteil (Sensorelement 3) wird über Öffnungen 11 in der Schutzeinrichtung 2 ermöglicht.

Wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, zeigt Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schutz¬ einrichtung 2 der Gassonde 1. Die Schutzeinrichtung 2 ist hier als im wesentli¬ chen zylinderförmiges Teil dargestellt, welches auch auf seiner Stirnseite ver¬ schlossen ist. Am Umfang der Schutzeinrichtung 2 sind mehrere Öffnungen 11 als Schlitze vorgesehen, die ein Gasaustausch mit den innenliegenden Bereichen er- möglichen. Die Schutzeinrichtung 2 weist innen und außen eine Beschichtung 5 auf, die in dem vergrößerten Teilbereich links unten in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Die Beschichtung 5 ist auf den innenliegenden und außenliegenden Gaskontakt- flächen 4 der Schutzeinrichtung 2 vorgesehen. Die Beschichtung 5 hat eine Schichtdicke 7 im Bereich von 10 μm bis 50 μm. Der Anteil der Poren 8 der Be¬ schichtung 5 pro Einheitsvolumen der Beschichtung 5 beträgt etwa 50 %. Die Beschichtung 5 weist Trockenmittel 6 zur Aufnahme von Wasserdampf aus dem Gasstrom sowie Edelmetalle 9 zur katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas auf.

Die hier vorgeschlagene Gassonde erhöht die Betriebssicherheit gerade in Abgas¬ anlagen von Automobilen erheblich. Zudem lässt sich die Gassonde einfach auch im Rahmen einer Serienfertigung herstellen. Bezugszeichenliste

Gassonde Schutzeinrichtung Bauteil Gaskontaktfläche Beschichtung Trockenmittel Schichtdicke Pore Edelmetall Grundkörper Öffnung Gehäuse