CN114062713A - 微机械加速传感器 - Google Patents

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Abstract

一种微机械加速传感器100，其包括弹动地悬挂在固定结构105上的振动的质量体115以及带有作用元件125的止挡结构120。所述止挡结构120与固定结构105或者质量体115固定。所述作用元件125具有弯曲的表面135并且在与质量体115或者固定结构105的接触部155中设计为，使得沿着弯曲的表面135实施相对于质量体115或者固定结构105的侧面的滚动运动。

Description

微机械加速传感器
技术领域
本发明涉及一种微机械加速传感器。
背景技术
加速或惰性传感器通常借助于MEMS技术(MEMS：Micro-Electro-Mechanical-Systems，微电子机械系统)制造。所述加速或惰性传感器通常构造为弹簧质量系统并且基于牛顿惯性定律。也就是说，将可运动的结构悬挂在机械弹簧上，并且在贴靠要传感的测量参量时使所述结构偏移并且由此改变其相对于周围的传感器壳体的相对位置。这种机械的偏移能够(例如电容地或者压电地)转换为电信号并且能够借助于合适的评估电路继续处理。在加速传感器中，在外部的加速情况下(例如所谓的振动的质量)作为可运动结构并且使配属的机械弹簧偏移。弹簧的回位力引起所述质量在去掉所述外部的加速的影响后又向初始状态回到静止位置中。在超载的情况下，即尤其在大的加速时(如这例如会出现在事故情形中)，所述偏移能够大到产生在固定结构上(或者必要时也在其它可运动的机构上)的止挡。对于这种情况，通常安装机械固定止挡部，所述机械固定止挡部用于受控的偏移或者说运动限制并且尤其应避免在使用电极(例如探测或测试电极)之间会产生短路。此外，应避免折断机械弹簧的机械固定止挡。这是可行的，因为所述弹簧在超载的情况下会强烈的偏移。
长久以来尤其在加速传感装置中存在的问题是，在可运动的结构与止挡结构或固定止挡结构之间的接触部会引起所谓的“粘接”。“粘接”理解为：所述结构在机械接触之后不再彼此松脱，因为在所述结构的边界面上产生附着力，所述附着力大于偏移的弹簧的回位力。附着效应即呈现为原子层面的过程，所述过程产生在原子或者说分子之间的化学结合或者说范德瓦尔斯力并且已经会在制造期间(例如晶片切割、引线连接、up-picking等等)或者检查步骤(例如在预测量中的snap-release测试)以及也在场中出现。所述粘接长久保持出现，因此涉及的传感器坏掉。因此，迄今为止粘接效应已经引起非常高的效益损失。
公开文献DE 44 31 327 A1公开了一种微机械加速传感器的构型，在所述微机械加速传感器中，关注点放在通过结构与粗表面之间大的间距来避免粘接效应上。
除了包括改变传感器的设计的措施外，也还开发化学的方案，在所述化学的方案中，借助于接触面的抗附着涂层尝试获得结构之间的较少的粘接情形。然而抗附着涂层方案也不能提供完全地避免粘接效应。此外，事实证明不利的是，抗附着涂层磨损，即在反复的结构止挡中出现涂层的损耗。附加地，由于抗附着涂层的方法产生在制造过程中的较高的过程花费和限制，因为仅仅确定的温度范围是可行的，超过所述温度范围会带来抗附着涂层的破坏。
发明内容
因此，本发明的任务是，提出一种鲁棒的微机械加速传感器，所述微机械加速传感器具有改善的功能性。
该任务通过独立权利要求的特征解决。在从属权利要求中给出本发明的其它有利的实施方案。
提出一种微机械加速传感器，其具有弹动地悬挂在固定结构上的振动的质量体和带有作用元件的止挡结构。所述止挡结构与固定结构或者质量体固定。所述作用元件具有弯曲的表面。所述弯曲的表面面向质量体或者固定结构。所述作用元件设计为在质量体偏移时以所述弯曲的表面得到与质量体或者固定结构的接触部，并且在接触中沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动。由此实现了鲁棒的加速传感器。通过所述侧面的滚动，改善作用元件与质量体或者固定结构之间的接触。例如，能够通过所述侧面的滚动使作用元件在质量体或者固定结构上的粘附变难，尤其避免所述粘附。侧面的滚动运动呈现为弯曲的表面在质量体或者固定结构上的至少区段式的滚动。在此不要求所述弯曲的表面在整个侧面的滚动过程期间贴靠在质量体或者固定结构上。
优选地，所述止挡结构弹动地构造。在这个实施方式中，在沿着弯曲的表面的侧面滚动期间，使止挡结构弹动地压到一起。以这种方式，使侧面的滚动变容易。此外，在弯曲的表面与质量体或者固定结构之间的支承压力降低。因此，进一步降低、尤其避免粘附的危险。
在建议的微机械加速传感器的制造中，以有利的方式不要求附加的用于传感器的分开的涂覆的过程步骤。这一方面加快了制造流程，而另一方面降低了制造花费。上面提到的传感器的固定的和可运动的部件例如能够由半导体材料，尤其由硅制造。此外还能够设想在传感器中使用例如铝等等的材料。
借助于带有作用元件的止挡结构(所述作用元件具有弯曲的表面)，还能够实现即使在与质量体或者固定结构反复接触的情况下的接触面或者说接触点的较小损耗，因为沿着弯曲的表面相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动以轻柔的方式进行。在此，不强制地要求所述表面均匀地弯曲。微机械加速传感器还能够灵活地构型并且能够适配于个性化的系统要求，其方式是，止挡结构能够一方面固定在质量体自身上或者在固定结构上。
在另一实施方式中，作用元件构成具有弯曲的表面的本体，尤其圆柱体。止挡结构具弹簧单元，该弹簧单元具有第一弹簧元件和第二弹簧元件，所述第一弹簧元件和第二弹簧元件分别与所述本体和固定结构或者与质量体和固定结构连接。所述本体和弹簧单元设计为在弯曲的表面与质量体或者与固定结构接触中沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面滚动运动。
由弹簧单元与第一和第二弹簧元件以及由本体与弯曲的表面的组合能够在止挡结构与质量体或者固定结构接触的情况下有利地有助于确保(随着同时的沿着弯曲的表面的侧面的滚动运动的)不损伤的弹簧的止挡。以这种方式尤其能够在超载时，即在强烈加速时避免所提到的结构的硬止挡。在用于松脱过程的力侧面地作用在接触面上并且与沿着弯曲的表面的滚动运动组合时(与垂直于粘接面作用的力相比)，上述的部件在粘接情形中也能够更容易地彼此松脱。例如在墙上的粘胶带或者粘接的口香糖能够解释性地作为本发明的构思的宏观上的类似情况。所述粘胶带或者粘接的口香糖能够通过侧面的滚动或者剥去来更简单地去除。
作用元件构成具有弯曲的表面的本体，其中，所述本体优选构造为具有圆盘形的基面的圆柱体。此外然而也能够设想其它具有弯曲的表面的本体，例如球、椭圆柱体、抛物体等等。此外，具有作用元件(作为具有弯曲的表面的本体)和弹簧单元的止挡结构通过相应的设计构型为，所述止挡结构的弹簧刚性或者弹簧硬度随着增长的偏移“轻柔地”非线性增加，即力-位移关系非线性地构造。这个特性尤其能够是有利的，使得避免质量体与止挡结构或者固定结构在超载情况下的硬止挡并且积极作用于粘接情形(在颗粒形成方面)。
在另一实施方式中，止挡结构具有带有弯曲的表面的弹性的杠杆臂作为作用元件。所述杠杆臂一方面以第一端部与质量体或者与固定结构连接。所述杠杆臂以相对于第一端部的一间距(尤其在第二自由端部的区域中)具有弯曲的表面。所述杠杆臂设计为沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动。这个构型具有下述优点，在作为具有弯曲的表面的杠杆臂的作用元件与质量体或者固定结构之间的可能的粘接面由于杠杆臂的弯曲的表面的弯曲半径而是小的。因此，附着力或者粘接力不像在平的接触面中那样大。
在另一实施方式中，止挡结构包括弹簧单元。杠杆臂一方面不定在弹簧单元上，而弹簧单元与固定结构或者质量体连接。杠杆臂设计为沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动。通过弹簧单元和杠杆臂的沿着弯曲的表面的侧面的滚动运动的组合尤其能够以有利的方式实现粘接的部件的简化的松脱。
在另一实施方式中，弹簧单元具有至少一个单侧成曲形的形状，尤其U形、L形、S形或者M形。这种构型以有利的方式实现弹簧单元的灵活构型，并且止挡结构能够由此紧凑地实现。
在另一实施方式中，弹簧单元具有第一区段、连接元件和第二区段。所述连接元件尤其具有U形，该U形具有基本元件、第一腿元件和第二腿元件。此外，弹簧单元的连接元件能够具有另外的几何形状，例如L形、S形、M形等等。弹簧单元的第一区段与杠杆臂和连接元件的第一腿元件固定。弹簧单元的第一区段基本上垂直于质量体的下侧并且第一腿元件基本上平行于质量体的下侧定向。第一腿元件与基本元件连接，而基本元件基本上垂直于质量体的下侧地定向。基本元件与第二腿元件连接，而第二腿元件基本上平行于质量体的下侧定向。弹簧单元的第二区段与第二腿元件和固定结构或者与第二腿元件和质量体连接。所述第二区段基本上垂直于质量体的下侧定向。此外，弹簧单元的第一区段与弹簧单元的第二区段对置地布置。
弹簧单元的构型能够积极地有助于在质量体增长的偏移的情况下非线性地构型止挡结构弹簧刚性或者弹簧硬度，其方式是，止挡结构的杠杆长度随着增长的偏移而变短，以便由此避免在超载情况下质量体“击穿”到止挡结构或者固定结构上。此外，通过止挡结构的弹动的运动与沿着构造为杠杆臂的作用元件的弯曲的表面的侧面的滚动运动组合能够以简单的方式并且以小的力花费来松脱质量体与止挡结构之间或者止挡结构与固定结构之间的粘接情形。此外能够设想，连接元件以不同于U形的形状来构型，例如成圆形、折弯形等等。
在另一实施方式中，弹簧单元具有第一区段、连接元件和第二区段。连接元件尤其具有U形，所述U形具有基本元件、第一腿元件和第二腿元件。此外，弹簧单元的连接元件具有其它的几何形状，例如L形、S形、M形等等。第一腿元件构造地比第二腿元件更长。弹簧单元的第一区段与杠杆臂和连接元件的第一腿元件固定。弹簧单元的第一区段基本上垂直于质量体的下侧并且第一腿元件基本上平行于质量体的下侧定向。第一腿元件与基本元件连接，而基本元件基本上垂直于质量体的下侧定向。基本元件与第二腿元件连接，而第二腿元件基本上平行于质量体的下侧定向。弹簧单元的第二区段与第二腿元件和固定结构或者与第二腿元件和质量体连接。第二区段基本上垂直于质量体的下侧定向。弹簧单元的第一区段相对于弹簧单元的第二区段错开地布置。
弹簧单元的构型能够积极地有助于在质量体的增长的偏移的情况下非线性地构型止挡结构的弹簧刚性或者弹簧硬度，其方式是，止挡结构的杠杆长度随着增长的偏移而变短，以便由此避免在超载情况下质量体“击穿”到止挡结构或者固定结构上。此外，通过止挡结构的弹动的运动与沿着构造为杠杆臂的作用元件的弯曲的表面的侧面的滚动运动组合能够以简单的方式并且以小的力花费来松脱质量体与止挡结构之间或者止挡结构与固定结构之间的粘接情形。此外能够设想，连接元件以不同于U形的形状来构型，例如成圆形、折弯形等等。
在另一实施方式中，弹簧单元具有第一区段、连接元件和第二区段。连接元件尤其具有U形，所述U形具有基本元件、第一腿元件和第二腿元件。此外，弹簧单元的连接元件能够具有另外的几何形状，例如L形、S形、M形等等。弹簧单元的第一区段与杠杆臂和连接元件的第一腿元件固定。弹簧元件的第一区段基本上垂直于质量体的下侧并且第一腿元件基本上垂直于质量体的下侧定向。第一腿元件与基本元件连接，而基本元件基本上平行于质量体的下侧定向。基本元件与第二腿元件连接，而第二腿元件基本上垂直于质量体的下侧定向。弹簧单元的第二区段与第二腿元件和固定结构或者与第二腿元件和质量体连接。第二区段基本上平行于质量体的下侧定向。弹簧元件的第一区段基本上垂直于弹簧单元的第二区段地布置。
弹簧单元的构型能够积极地有助于有助于在质量体的增长的偏移的情况下非线性地构型止挡结构的弹簧刚性或者弹簧硬度，其方式是，止挡结构的杠杆长度随着增长的偏移而变短，以便由此避免在超载情况下质量体“击穿”到止挡结构或者固定结构上。此外，通过止挡结构的弹动的运动与沿着构造为杠杆臂的作用元件的弯曲的表面的侧面的滚动运动组合能够以简单的方式并且以小的力花费来松脱质量体与止挡结构之间或者止挡结构与固定结构之间的粘接情形。此外能够设想，连接元件以不同于U形的形状来构型，例如成圆形、折弯形等等。
在另一实施方式中止挡结构构造为T形，所述T形具有横向元件和脚元件。脚元件以第一端部固定在固定结构或者质量体上。横向元件固定在脚元件的第二端部上并且包括第一和第二端部。在横向元件的第一和第二端部上分别构造有具有弯曲的表面的作用元件。所述作用元件设计为沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动。
作用元件例如能够分别构造为具有弯曲的表面的杠杆臂，并且还分别包括弹簧单元。此外能够设想横向元件也弹动地构造。
T形或者锚形的止挡结构尤其具有两个接触面或者接触点，并且因此提供用于出现的力的分布的作用面或者作用点，这能够有利地有助于保护弹簧单元以防折断，所述弹簧单元分别能够包括至少一个弹簧，因为作用在接触面或者接触点上的力小于止挡结构的下述构型情况，所述止挡结构具有作为带有弯曲的表面的单侧杠杆的作用元件。
附加地能够设想，止挡结构具有单侧的T形，所述T形具有横向元件和脚元件。所述脚元件与以第一端部固定在固定结构或者质量体上。所述横向元件包括第一和第二端部并且通过横向元件的第一端部与脚元件的第二端部固定。在横向元件的第二端部上构造有带有弯曲的表面的作用元件。所述作用元件设计为沿着弯曲的表面实施相对于质量体或者固定结构的侧面的滚动运动。所述作用元件例如能够构造为带有弯曲的表面的杠杆臂并且还分别包括弹簧单元。此外能够设想，横向元件也弹动地构造，以便实现更简单地松脱所述部件的上述优点。
在另一实施方式中，止挡结构包括固定止挡部，所述固定止挡部限界止挡结构的最大偏移。所述固定止挡部能够例如布置在弹簧单元或者分别布置在横向元件上。通过固定止挡部还能够避免弹簧单元的弹簧折断。
在另一实施方式中，所述止挡结构与另一止挡结构耦合成列。有利地，上面说明的借助单个的止挡结构实现的技术效果能够相互组合，以便实现沿着两个作用元件的弯曲的表面的弹动的侧面的滚动运动。也能够设想，所述止挡结构与另一止挡结构平行地耦合。优选地，止挡结构不仅在布置时成列，而且彼此平行地镜面对称地布置，以避免在质量体与耦合的止挡结构的接触中的加速传感器的倾翻运动。
在另一实施方式中，质量体具有留空，其中，所述止挡结构至少部分地布置在所述留空。这种构型有利地尤其实现加速传感器的节省空间的构造方式。
上面阐述的和/或在从属权利要求中说明的本发明的有利的构造和扩展方案能够(除了例如在明确的依赖关系或者不相容的替代方案的情况下)单个地然而或者以互相的任意组合来应用。
附图说明
上面说明的本发明的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式结合下面对实施例的说明而更清楚和明确地理解，所述实施例结合示意性示图更清楚地阐述。其示出了：
图1a至d加速传感器的示意性构造，具有根据第一实施方式的止挡结构；
图2a至d加速传感器的示意性构造，具有根据第二实施方式的止挡结构，具有根据第一实施方式的弹簧单元；
图2e至f加速传感器的示意性构造，具有根据第二实施方式的止挡结构，具有根据第二实施方式的弹簧单元；
图3a根据第三实施方式的止挡结构的示意性构造；
图3b根据第四实施方式的止挡结构的示意性构造；
图3c至e根据第三至第五实施方式的弹簧单元的示意性构造；
图3f加速传感器的示意性构造，具有根据第五实施方式的止挡结构；
图4a至c加速传感器的示意性构造，具有根据第六实施方式的止挡结构。
应指出，所述附图仅仅是示意的性质而不是比例正确的。在这个意义下，在附图中示出的部件和元件可能为了更好地理解而夸大地或者减小地示出。此外应指出，在附图中的附图标记在其涉及相同地构造的元件和/或部件时不变地选择。
具体实施方式
图1a至d示出了微机械加速传感器100的示意性构造，具有根据第一实施方式的止挡结构120。在此，图1a至c示出质量体105的偏移在时间上的过程。在全部的附图中未示出的分别是评估电子装置，传感器通常包括所述评估电子装置用于评估偏移。为了简化本发明，微机械加速传感器100二维地在zx平面中示出并且能够构造为z传感器或者平面外传感器或者构造为横向传感器或者平面内传感器。图示是示例性的并且不限制所述加速传感器100。尤其所述加速传感器100具有在y方向上的延展，所述延展在附图中为了简化而未示出。
微机械加速传感器100具有振动的质量体115并且通过弹动的悬挂部110与固定结构105连接，所述悬挂部能够以机械弹簧的形式构造。图1a示出微机械加速传感器100连同在静止位置中的止挡结构120，即没有作用到传感器100的外部加速度，所述外部加速度引起质量体115的偏移。止挡结构120、质量体115以及固定结构105和弹动的悬挂部110能够由相同的材料制造，例如由半导体材料制造，尤其是硅。然而这不是强制要求的。此外，多个止挡结构120能够彼此平行地布置或者互相成列地耦合并且分别彼此对称地定向。这在图1a至d中未示出。
止挡结构120包括作用元件125，所述作用元件具有弯曲的表面135。当前，止挡结构120与固定结构105连接。替代地，止挡结构120也能够固定在质量体115上，如图1d所示。作用元件125构成本体130，该本体具有弯曲的表面135。在图1a至d中示出的实施例中，即例如是具有圆盘形的基面的圆柱体。然而能够设想例如球等等的替代的本体。止挡结构120包括弹簧单元140，其具有第一弹簧元件145和第二弹簧元件150。第一弹簧元件145以及第二弹簧元件150分别与固定结构105和本体130连接。例如，第一弹簧元件145以及第二弹簧元件150能够构造为机械弹簧。此外，第一弹簧元件145能够例如像在图1d中示出的那样，也与质量体115连接。本体130和弹簧单元140在此在图1d中设计为使得在弯曲的表面135与固定结构105的接触部中沿着弯曲的表面135实施相对于固定结构105的侧面的滚动运动。
在图1b中，振动的质量体115例如由于外部的加速度在z方向上(沿着第一偏移方向180通过示意性箭头标出)偏移，这在弹动的悬挂部110中产生回位力。基于质量体115的偏移，在质量体115的下侧285(所述下侧示例性地平行于x轴线延伸)与本体130(作为止挡结构120的作用元件125)的弯曲的表面135之间产生接触部155。例如接触部155构造为在zx平面中的接触点160。
在图1c中示出下述情况，在所述情况中，质量体115进一步偏移。由此本体130平行于质量体115的偏移方向地运动，在这里例如平行于z轴线，以制动质量体115。这种运动例如能够垂直于本体130的沿着弯曲的表面的侧面的滚动运动进行，即例如垂直于x轴线，只要这个运动沿着弯曲的表面135平行于x轴线进行。因为本体130与弹簧单元140的第一弹簧元件145和弹簧单元140的第二弹簧元件150连接，制动的质量体115的动能的一部分能够作为弹簧能储存在第一弹簧元件145或者第二弹簧元件150中。此外，本体130实施沿着弯曲的表面135相对于质量体115的侧面的滚动运动。在示出的实施例中，本体130的侧面的滚动运动沿着弯曲的表面135相对于质量体115延伸，例如平行于x轴线。所述滚动运动在图1c中借助于移动的接触点165示出。例如，所述移动的接触点165现在具有与质量体115的接触部155。通过本体130平行于x轴线的滚动运动，接触点160例如运动一路段170，通过移动的接触点165和箭头表明。图示是示例性的并且能够在相应的滚动运动中也以其它方式实现，例如，接触点160和移动的接触点165交换。
本体130的平行于z轴线的运动在第一弹簧元件145和第二弹簧元件150中分别产生回位力，因为第一弹簧元件145或者第二弹簧元件150偏移或者压紧。通过止挡结构120的偏移而在弹簧单元140中产生的回位力引起本体130沿着示意性示出的在第一弹簧元件145和第二弹簧元件150之间的箭头运动，所述运动能够相反于在接触点160中的初次的接触部155中的滚动运动进行。因此，质量体115和止挡结构120又能够回到静止位置中。在接触点160中的初次的接触部155中的相应的另外的滚动运动的情况下，通过回位力产生的滚动运动也能够沿另外的方向延伸。
如果质量体115的动能不能够完全地被止挡结构120的弹簧偏移或者压紧和本体130的滚动运动抵消，则质量体115的最大偏移能够被附加的固定止挡部限界。然而这在图1a至d中未示出。
否则，本体130的滚动运动与弹簧单元140的回位力(所述回位力也一起包括弹动的悬挂部110的回位力)的组合能够用于制动质量体115并且松脱质量体115和止挡结构120之间的接触部，所述接触部会构成为粘接的接触点155。在图1中示出的在本体130上的线概念化地示出在质量体115偏移的情况下所述本体的运动并且能够相当于所谓的约束力线。
图2a至d以时间上的过程示出微机械加速传感器200的示意性构造，具有根据第二实施方式的止挡结构220，具有根据第一实施方式的弹簧单元240。在此，图2a类似于图1a示出质量体115和止挡结构220的静止位置，图2b通过示意性箭头标出质量体115沿着第一偏移方向180的偏移，所述偏移引起与止挡结构220的呈接触点160形式的接触部155，以及图2c示出下述情况，在所述情况中，接触点160由于质量体115的进一步偏移而运动一路段170，通过移动的接触点165和箭头来标出。在图2a至c中示出的实施例中，止挡结构220与固定结构105连接，从而产生在质量体115和止挡结构220之间的接触部155。替代地，止挡结构220能够固定在质量体115的下侧285上，例如在图2d中示出。在此，在图2d中在质量体115的偏移中产生止挡结构220的作用元件225的弯曲的表面235与固定结构105的接触部155。
在图2a至f中的止挡结构220、质量体115以及固定结构105和弹动的悬挂部110能够由相同的材料制造，例如由半导体材料、尤其硅制造。此外，多个止挡结构220能够彼此平行地布置或者互相耦合成列。这在图2a至f中未示出。
在图2a至f中，止挡结构220具有带有弯曲的表面235的杠杆臂230作为作用元件225。此外，所述止挡结构220具有弹簧单元240，所述弹簧单元能够包括具有不同的或相同的弹簧钢性的单个的弹簧或者也包括耦合的弹簧。此外，也能够设想弹性的材料或者等价的部件，所述弹性的材料或者等价的部件弹动地和弹性地作用。在图2a至d中弹簧单元240包括第一区段245、第二区段250和连接元件255。连接元件255例如具有U形，所述U形具有基本元件260、第一腿元件265和第二腿元件270。弹簧单元240的第一区段245与杠杆臂230和U形的连接元件255的第一腿元件265固定。
在示出的实施例中，弹簧单元240的第一区段245平行于z轴线并且垂直于质量体115的下侧285、即正交于x轴线地定向。第一腿元件265和第二腿元件270分别平行于x轴线定向。连接元件255的基本元件260以及弹簧单元240的第二区段250分别平行于z轴线定向。
基本元件260与第一腿元件265和第二腿元件270连接。此外，所述第二腿元件270与弹簧单元240的第二区段250连接，其中，第二区段250在图2a至c中固定在固定结构105上。图2d中，弹簧单元240的第二区段250例如固定在质量体115的下侧285上。在图2a至d中，第一和第二腿元件265，270例如同样长地构造，使得弹簧单元240的第一区段245与弹簧单元240的第二区段250对置地布置并且在静止位置中具有间隙295，即空间上的间距。在第二腿元件270的上侧上在间隙295的区域中与第一腿元件265对置地布置有固定止挡部290，用于限界止挡结构220的最大偏移。止挡结构220的杠杆臂230的自由端部296例如能够突出地构造，即例如超过连接元件255伸出。此外能够设想杠杆臂230的替代构型，例如具有示出的杠杆臂230的不同的定向和/或长度。
在图2b中质量体115由于外部的加速度在z方向上偏移，这在弹动的悬挂部110中产生回位力。基于质量体115的偏移，在质量体115的下侧285(所述下侧例如平行于x轴线延伸)与作为止挡结构220的作用元件225的杠杆臂230的弯曲的表面235之间产生接触部155。所述接触部155能够代表在zx平面中的接触点160。
基于作为作用元件225的杠杆臂230的弯曲的表面235和由此产生的平行于x轴线的滚动运动，接触点160在止挡结构220的平行于z方向的滚动运动中沿着示意性箭头移动并且在此走过沿着x方向的路段170。在图2c中示出的情况示出在最大偏移297中的止挡结构220，具有止挡结构220与间隙295的范围内的固定止挡部290的接触。止挡结构220在静止位置中具有第一杠杆长度275，然而这在图2c中才示出。通过质量体115和止挡结构220在z方向上的偏移并且基于沿着弯曲的表面235在x方向上的滚动运动，第一杠杆长度275变短到第二杠杆长度280。这导致止挡结构220的弹簧刚性或者弹簧硬度非线性地提高，并且因此尤其保护弹簧单元240以防由于超载加速度损害，例如其在事故情况下会出现在车辆的加速传感器中。
止挡结构220在z方向上的偏移同样地产生如上面在图1a至d中阐述的实施例那样的在z方向上的回位力，所述回位力相反于所述偏移作用(附加于弹动的悬挂部110的回位力)，并且与偏移的止挡结构220沿着构造为弹性的杠杆臂230的作用元件225的弯曲的表面235的滚动运动组合而导致止挡结构220和质量体115又互相松脱。此外，质量体115和止挡结构220因此由返回到图2a中的静止位置中。
图2e至f示出具有止挡结构220的加速传感器200的示意性构造，所述止挡结构具有根据第二实施方式的弹簧单元240。止挡结构220的弹簧单元240在图2e中与固定结构105连接并且在图2f中与质量体115连接。止挡结构220具有带有弯曲的表面235的弹性的杠杆臂230作为作用元件225。所述杠杆臂230一方面固定在弹簧单元240上并且具有自由端部296，其中，杠杆臂230尤其在自由端部296的区域中具有弯曲的表面235。例如，弹簧单元240在图2e至f中平行于z轴线定向并且能够实施为单件式机械弹簧或者以多个弹簧或相当的弹性材料的形式实施。
图3a示出根据第三实施方式的止挡结构320，图3b示出根据第四实施方式的止挡结构420，图3c至e示出根据第三至第五实施方式的弹簧单元240的示意性构造，以及图3f示出根据第三实施方式的微机械加速传感器500，具有根据第五实施方式的止挡结构520。与图1a至c和图2a至c不同，在图3f中示出质量体115没有时间上的偏移过程。然而本发明的功能方式能够不受限于所示出的实施方式地转用在图3a至f中并且不应在这个地方重复。相反，援引上面对于偏移、滚动运动和回位力的阐述。在图3a中的止挡结构320具有作用元件325。作用元件325例如构造为具有弯曲的表面335的杠杆臂330。不同于图2a至d中的止挡结构220的杠杆臂230(其中自由端部296突出地构造)，图3a中的止挡结构320的杠杆臂330的自由端部396例如是不突出地构造，即不超过连接元件355伸出。
此外，止挡结构320具有弹簧单元340。弹簧单元340包括第一区段345、连接元件355(该连接元件能够U形地构造)以及第二区段350。连接元件355具有基本元件360、第一腿元件365以及第二腿元件370。在此，第一腿元件365能够比第二腿元件370更长地构造。弹簧单元340的第一区段345与杠杆臂330和连接元件355的第一腿元件365固定。在此，第一区段345例如平行于z方向定向，而第一腿元件365平行于x轴线定向，使得第一区段345垂直于第一腿元件365地定向。
第一腿元件365与基本元件360连接，其中，基本元件360平行于z轴线地定向。基本元件360还与第二腿元件370连接，其中，第二腿元件370平行于x轴线定向并且因此垂直于基本元件360定向。第二腿元件370与弹簧单元340的第二区段350连接，其中，第二区段350平行于z轴线定向并且因此垂直于第二腿元件370定向。基于第一和第二腿元件365，370的不同长度，弹簧单元340的第一和第二区段345，350彼此错开地布置，其中，第二区段350与固定结构105连接。在第二腿元件370的上侧上在间隙395的区域内与第一腿元件365的下侧对置地布置有固定止挡部390，以能够限界止挡结构320的最大偏移。
在图3b中的止挡结构420也具有作用元件425。所述作用元件425例如构造为具有弯曲的表面435的杠杆臂430。例如，止挡结构420的杠杆臂430的定向能够以与图3a的止挡结构320的杠杆臂330的定向类似的方式实现。图3b中的杠杆臂430的自由端部496例如能够在z方向上布置在弹簧单元440的第二区段450的上方。此外，止挡结构420具有弹簧单元440。弹簧单元440包括第一区段445、连接元件455(该连接元件能够U形地构造)以及第二区段450。连接元件455具有基本元件460、第一腿元件465以及第二腿元件470。弹簧单元440的第一区段445与杠杆臂430和连接元件455的第一腿元件465固定。在此，第一区段445例如平行于z方向定向，而第一腿元件465也平行于z轴线，使得第一区段445平行于第一腿元件465定向。
第一腿元件465与基本元件460连接，其中，基本元件460平行于x轴线定向。基本元件460还与第二腿元件470连接，其中，第二腿元件470平行于z轴线定向并且因此垂直于基本元件460。第二腿元件470与弹簧单元440的第二区段450连接，其中，第二区段450平行于x轴向定向并且因此垂直于第二腿元件470定向。因此，第一区段445和第二区段450彼此垂直于定向，其中，第二区段450与固定结构105连接。在图3b中放弃示出止挡结构420的固定止挡部，尽管止挡结构420能够包括这种固定止挡部。尤其，在图3a和b中的止挡结构320，420能够代替固定在固定结构105上也能够固定在质量体115上。然而这没有示出。此外，能够设想在止挡结构320，420的几何构型方面的不同方案，例如成圆形的连接元件355，455、不同长度的部件、其它部件等等。止挡结构320，420也能够平行地或者成列地耦合，这在图3a和b中未示出。
图3c至e分别示出弹簧单元240的第三至第五实施方式。尤其，在图3c中的弹簧单元240能够具有示意性标出的L形或者连接元件255能够构造为L形。弹簧单元240能够(例如在图3d中简化地示出那样)包括S形，或者连接元件255能够构造为s形。根据图3e，弹簧单元240能够具有M形，或者连接元件255能够构造为M形。图3c至e示例性地示出弹簧单元240与固定结构105的固定。替代地，也能够设想在质量体115的下侧285处的固定。此外，杠杆臂的自由端部(在所述自由端部的区域中构造弯曲的表面235)不同于图示地定向，例如在相应的连接元件255上方。
在图3f中，微机械加速传感器500具有根据第五实施方式的止挡结构520。在此，止挡结构520包括例如像在图3a中示出的并且与固定结构105连接的止挡结构320，以及对此对称地构造的另外的止挡结构320，所述另外的止挡结构固定在质量体115上。两个止挡结构320即互相成列地耦合并且能够在质量体115的偏移中在接触的情况下分别沿着构造为弹性的杠杆臂330的作用元件325的弯曲的表面335实施平行于x轴线、即垂直于偏移方向的滚动运动，所述偏移方向例如沿z方向进行。通过两个止挡结构320的耦合也能够在质量体115到止挡结构320的弹簧单元340中的相应偏移中产生反向于偏移方向作用的回位力，使得止挡结构320与偏移的止挡结构320的滚动运动一起带回到静止位置中并且松脱止挡结构320之间的接触。
图4a至c示出微机械加速传感器600的示意性示图，该加速传感器具有根据第六实施方式的止挡结构620。在此，图4a和b示出质量体115的偏移在时间上的过程。尤其，图4a示出静止位置，而图4b示出质量体115沿着第二偏移方向190、平行于z轴线、通过示意性箭头示出的偏移。例如，在图4中第二偏移方向190反向于在图1a至c和图2a至c中的第一偏移方向180定向。不同于图1a至d、图2a至f和图3f，图4a和b中的质量体115具有留空601，其中，止挡结构620至少部分地布置在留空601中。在图4a和b中示出的实施例中，止挡结构620例如完全布置在留空601，因为留空601包括x方向和z方向的延展。此外，留空601能够具有y方向上的延展，这出于简化原因未示出。此外能够设想，在图1至3示出的实施例中也能够包括留空，以便相应的止挡结构120，220，320，420至少部分地接收到所述留空中。
在图4a至c中的止挡结构620构造为T形并且具有横向元件621以及脚元件623。此外，所述T形能够相当于锚形。脚元件623例如平行于z轴线定向并且包括第一端部626以及第二端部627。脚元件的第一端部626在图4a和b中与固定结构105连接，并且在图4c中与质量体115连接。脚元件623的第二端部627在图4a至c中与横向元件621固定，使得横向元件621对称地布置在脚元件623的第二端部627上。横向元件621例如平行于x轴线地定向并且因此垂直于脚元件623定向。横向元件621具有第一端部628和第二端部629。在横向元件621的第一和第二端部628，629上分别构造有带有弯曲的表面635的作用元件625，其中，作用元件625能够相当于具有弯曲的表面635的杠杆臂630。
在图4a和b中的作用元件625构造为沿着弯曲的表面635实施相对于质量体115的侧面的滚动运动，其中，侧面的滚动运动在示出的实施例中平行于x轴线地延伸。在此，作用元件625的杠杆臂630的弯曲的表面635例如示出为反向于在图4b中示出的第二偏移方向190。在此，在替代的构型中也能够设想翻转偏移方向190以及作用元件625的杠杆臂630的定向。例如，作用元件625的杠杆臂630的弯曲的表面635在图4c中朝向固定结构105示出，因为止挡结构620固定在质量体115上，而作用元件625设计为沿着弯曲的表面635实施相对于固定结构105的侧面的滚动运动。在图4c中未示出固定止挡部690。然而在图4c中的止挡结构620也能够包括固定止挡部690。
此外，在图4a至c中的止挡结构620能够包括弹簧单元640。所述弹簧单元640能够集成在作用元件625中，即分别与横向元件621的第一和第二端部628，629和具有弯曲的表面635的杠杆臂630连接，并且例如构造为机械弹簧。机械弹簧能够弯曲。也能够设想替代的几何构性，例如直的机械弹簧，所述直的机械弹簧平行于z轴线定向，并且横向元件621的第一和第二端部628，629与具有弯曲的表面635的杠杆臂630连接。此外，横向元件621也能够弹动地构造，其方式是，例如包括机械弹簧或者由弹性的材料制造。
止挡结构620能够分别包括固定止挡部690，以限界止挡结构690的最大偏移。这不是强制要求的，然而能够帮助弹簧单元640(具有可能包括的机械弹簧)不损伤。在止挡结构620的例如在图4a和b中示出的定向的情况下，固定止挡部690能够在z方向上分别布置在作用元件625的杠杆臂630的自由端部696的上方。在图4b中在质量体115和止挡结构620之间的接触部155的情况下，T形的或者锚形的止挡结构620具有尤其两个接触点160并且因此提供出现的力的有利的作用点。在质量体115和止挡结构620进一步偏移时，接触点160基于沿着作用元件625的杠杆臂630的弯曲的表面635的滚动运动例如移动一示出的在x方向上的路段170(通过示意性的箭头标出)并且构成移动的接触点165。附加于止挡结构620由于所述偏移而在z方向上的运动，止挡结构620(即像上面提到的实施例那样)实施相对于质量体115沿着作用元件625的弯曲的表面635的侧面的滚动运动。
质量体115和止挡结构620的沿着第二偏移方向190在z方向上的偏移产生(即在弹动的悬挂部110中和止挡结构620中，即在弹簧单元640中)相应的回位力，所述回位力反向于所述偏移方向作用并且与偏移的止挡结构620的滚动运动一起有助于松脱止挡结构620与质量体115之间的接触部155并且将所述止挡结构和质量体引回到图4a的静止位置中。
本发明通过优选的实施例详细地说明。替代说明的实施例能够设想其它的实施例，所述其它的实施例能够具有其它的变形和所说明的特征的组合。本发明由这个基础出发不被所公开的实施例限制，因为本领域技术人员能够由此导出其它的变型方案，而在此不脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种微机械加速传感器(100，200，500，600)，其具有弹动地悬挂在固定结构(105)上的振动的质量体(115)和带有作用元件(125，225，325，425，625)的止挡结构(120，220，320，420，520，620)，
其中，所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)与所述固定结构(105)或者所述质量体(115)固定，
其特征在于，所述作用元件(125，225，325，425，625)具有弯曲的表面(135，235，335，435，635)，所述弯曲的表面(135，235，335，435，635)面向所述质量体(115)或者所述固定结构(105)，所述作用元件(125，225，325，425，625)设计为在所述质量体(115)偏移时以所述弯曲的表面(135，235，335，435，635)与所述质量体(115)或者与所述固定结构(105)得到接触部(155)并且在所述接触部(155)中实施沿着所述弯曲的表面(135，235，335，435，635)相对于所述质量体(115)或者所述固定结构(105)的侧面的滚动运动。
2.根据权利要求1所述的微机械加速传感器，
其中，所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)弹动地构造，其中，所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)设计为，在所述弯曲的表面(135，235，335，435，635)与所述质量体(115)或者与所述固定结构(105)的接触时，在所述侧面的滚动运动期间弹动地压在一起。
3.根据权利要求2所述的微机械加速传感器，
其中，所述作用元件(125)构成具有弯曲的表面(135)的本体(130)，尤其构成圆柱体，
其中，所述止挡结构(120)具有弹簧单元(140)，所述弹簧单元具有第一弹簧元件(145)和第二弹簧元件(150)，所述第一弹簧元件和第二弹簧元件分别与所述本体(130)和所述固定结构(105)或者与所述质量体(115)和所述固定结构(105)连接，并且
其中，所述本体(130)和所述弹簧单元(140)设计为在所述弯曲的表面(135，235，335，435，635)与所述质量体(115)或者与所述固定结构(105)的接触部(155)中沿着所述弯曲的表面(135)实施相对于所述质量体(115)或者所述固定结构(105)的所述侧面的滚动运动。
4.根据权利要求1或2所述的微机械加速传感器，其中，所述止挡结构(220，320，420，520)具有带有所述弯曲的表面(235，335，435)的弹性的杠杆臂(230，330，430)作为作用元件(225，325，425)，其中，所述杠杆臂(230，330，430)一方面以第一端部与所述质量体(115)或者与所述固定结构(105)连接，其中，所述杠杆臂(230，330，430)以相对于所述第一端部的一间距、尤其在第二自由端部的区域内具有所述弯曲的表面(235，335，435)，其中，所述杠杆臂(230，330，430)设计为沿着所述弯曲的表面(235，335，435)实施相对于所述质量体(115)或者所述固定结构(105)的所述侧面的滚动运动。
5.根据权利要求4所述的微机械加速传感器，
其中，所述止挡结构(220，320，420，520)包括弹簧单元(240，340，440)，
其中，所述杠杆臂(230，330，430)一方面固定在所述弹簧单元(240，340，440)上，并且所述弹簧单元(240，340，440)与所述固定结构(105)或者所述质量体(115)连接，并且
其中，所述杠杆臂(230，330，430)设计为，沿着所述弯曲的表面(235，335，435)实施相对于所述质量体(115)或者所述固定结构(105)的所述侧面的滚动运动。
6.根据权利要求5所述的微机械加速传感器，
其中，所述弹簧单元(240)具有至少一个单侧成曲形的形状，尤其U形、L形、S形或者M形。
7.根据权利要求5或6所述的微机械加速传感器，
其中，所述弹簧单元(240)具有第一区段(245)、连接元件(255)和第二区段(250)，
其中，所述连接元件(255)尤其具有U形，所述U形具有基本元件(260)、第一腿元件(265)和第二腿元件(270)，
其中，所述弹簧单元(240)的所述第一区段(245)与所述杠杆臂(230)和所述连接元件(255)的所述第一腿元件(265)固定，
其中，所述弹簧单元(240)的所述第一区段(245)基本上垂直于所述质量体(115)的下侧定向，并且所述第一腿元件(265)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述第一腿元件(265)与所述基本元件(260)连接，并且所述基本元件(260)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧定向，
其中，所述基本元件(260)与所述第二腿元件(270)连接，并且所述第二腿元件(270)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述弹簧单元(240)的所述第二区段(250)与所述第二腿元件(270)和所述固定结构(105)连接或者与所述第二腿元件(270)和所述质量体(115)连接，
其中，所述第二区段(250)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，并且
其中，所述弹簧单元(240)的所述第一区段(245)与所述弹簧单元(240)的所述第二区段(250)对置地布置。
8.根据权利要求5或6所述的微机械加速传感器，
其中，所述弹簧单元(340)具有第一区段(345)、连接元件(355)和第二区段(350)，
其中，所述连接元件(355)尤其具有U形，所述U形具有基本元件(360)、第一腿元件(365)和第二腿元件(370)，
其中，所述第一腿元件(365)比所述第二腿元件(370)更长地构造，
其中，所述弹簧单元(340)的所述第一区段(345)与所述杠杆臂(330)和所述连接元件(355)的所述第一腿元件(365)固定，
其中，所述弹簧单元(340)的所述第一区段(345)基本上垂直于所述质量体(115)的下侧(285)定向，并且所述第一腿元件(365)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述第一腿元件(365)与所述基本元件(360)连接，并且所述基本元件(360)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述基本元件(360)与所述第二腿元件(370)连接，并且所述第二腿元件(370)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述弹簧单元(340)的所述第二区段(350)与所述第二腿元件(370)和所述固定结构(105)连接或者与所述第二腿元件(370)和所述质量体(115)连接，
其中，所述第二区段(350)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，以及
其中，所述弹簧单元(340)的所述第一区段(345)相对于所述弹簧单元(340)的所述第二区段(350)错开地布置。
9.根据权利要求5或6所述的微机械加速传感器，
其中，所述弹簧单元(440)具有第一区段(445)、连接元件(455)和第二区段(450)，
其中，所述连接元件(455)尤其具有U形，所述U形具有基本元件(460)、第一腿元件(465)和第二腿元件(470)，
其中，所述弹簧单元(440)的所述第一区段(445)与所述杠杆臂(430)和所述连接元件(455)的所述第一腿元件(465)固定，
其中，所述弹簧单元(440)的所述第一区段(445)基本上垂直于所述质量体(115)的下侧(285)定向，并且所述第一腿元件(465)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述第一腿元件(465)与所述基本元件(460)连接，并且所述基本元件(460)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述基本元件(460)与所述第二腿元件(470)连接，并且所述第二腿元件(470)基本上垂直于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，
其中，所述弹簧单元(440)的所述第二区段(450)与所述第二腿元件(470)和所述固定结构(105)或者与所述第二腿元件(470)和所述质量体(115)连接，
其中，所述第二区段(450)基本上平行于所述质量体(115)的所述下侧(285)定向，以及
其中，所述弹簧单元(440)的所述第一区段(445)基本上垂直于所述弹簧单元(440)的所述第二区段(450)地布置。
10.根据权利要求1或2所述的微机械加速传感器，
其中，所述止挡结构(620)构造为T形，所述T形具有横向元件(621)和脚元件(623)，
其中，所述脚元件(623)以第一端部(626)固定在所述固定结构(105)或者所述质量体(115)上，
其中，所述横向元件(621)固定在所述脚元件(623)的第二端部(627)上，并且包括第一和第二端部(628，629)，
其中，在所述横向元件(621)的所述第一和第二端部(628，629)上分别构造具有弯曲的表面(635)的作用元件(625)，以及
其中，所述作用元件(625)设计为，沿着所述弯曲的表面(635)实施相对于所述质量体(115)或者所述固定结构(105)的所述侧面的滚动运动。
11.根据上述权利要求中任一项所述的微机械加速传感器，
其中，所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)包括固定止挡部(290，390，690)，所述固定止挡部限界所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)的最大偏移。
12.根据上述权利要求中任一项所述的微机械加速传感器，
其中，所述止挡结构(120，220，320，420，620)与另外的止挡结构(120，220，320，420，620)耦合成列。
13.根据上述权利要求中任一项所述的微机械加速传感器，
其中，所述质量体(115)具有留空(601)，其中，所述止挡结构(120，220，320，420，520，620)至少部分地布置在所述留空(601)中。
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