Einsatz moderner Methoden in der Erprobung von Lambda-Sonden am Beispiel von Zuverlassigkeitsuntersuchungen am Sensor-Element

摘要

Bei Bosch werden seit uber 25 Jahren Sauerstoff-Sensoren (Lambda-Sonden) entwickelt und gefertigt. Neuere Lambda-Sonden-Typen bestehen aus dem eigentlichen planaren keramischen Sensorelement (ZrO_2 -Keramik), welches mit Hilfe eines Pt-Heizmaanders (Heizer) in kurzer Zeit auf die erforderliche Betriebstemperatur von ca. 750°C gebracht und gehalten werden kann, und aus der gegen das Abgas schutzenden und abdichtenden Verpackung. Bei der Produktentwicklung von Lambda-Sonden ist im Rahmen der Erprobung (Design Verifikation) die Dauerhaltbarkeit uber der Produktlebensdauer (heute: 15 Jahre, 250 000 km) moglichst realitatsnah abzusichern und zu gewahrleisten. In Abgassystemen sind dabei die Sensoren einer sehr grossen Belastung ausgesetzt: Katalysatorgifte wie Pb, S, Si, Oel-Aschen und Korrosionsprodukte, sehr hohe mechanische Beanspruchungen durch Druckstosse und Vibrationen und hohe thermische Beanspruchungen bis 1000°C. Die Absicherung uber Lebensdauer lasst sich durch entsprechende Dauerlauf-Erprobungen erreichen, welche im Profil die typischen Beanspruchungen und in der Dauer die gesamte Laufzeit abbilden mussen. Am Sensorelement lassen sich durch Dauerschaltversuche des Pt-Heizers mit geeigneten Spannungsbelastungen und Spannungsprofilen und Durchfuhrung von End-of-Life-Tests mit Weibull-Analyse zum einen vergleichende Aussagen zwischen verschiedenen Designs (Keramik-Aufbau und -Layout) und zum anderen Prognosen uber die Ausfallhaufigkeit bei unterschiedlichen Belastungen treffen, um dann geeignete Fahrzeugapplikationen zu definieren. Es lassen sich daruber hinaus durch Ausfall-Analysen typische Fehlerbilder detektieren, um dann mit Hilfe der entsprechenden Weibuli-Kenngrossen geeignete Prufdauerverkurzungen durch Stress-Erhohung erreichen zu konnen.