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Die
Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement mit einem
Substrat, einer seismischen Masse und wenigstens einem Federelement.
Dabei ist die seismische Masse mittels des Federelements mit dem
Substrat verbunden. Die seismische Masse ist wenigstens in einer
ersten Richtung auslenkbar, vermittels einer transversalen Auslenkung
des Federelements in der ersten Richtung. Zur Begrenzung der Auslenkung
ist an dem Substrat wenigstens ein erster Anschlag vorgesehen.
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In
der deutschen Patentanmeldung
DE 101 16 931 A1 ist ein Sensor beschrieben,
dessen Sensorstruktur in einem mikromechanischen Bauelement realisiert
ist und gegenüber
dem feststehenden Substrat des Bauelements bewegliche Teile aufweist. Die
Sensorstruktur umfasst mindestens eine freitragende seismische Masse
und eine Federanordnung mit mindestens einer Feder, wobei die seismische Masse über die
Federanordnung mit dem Substrat verbunden ist. Die Sensorstruktur
umfasst ferner einen Überlastschutz
in Form eines Anschlags zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung
beziehungsweise der seismischen Masse in wenigstens einer Richtung.
Der Anschlag kann federnd ausgestaltet sein, um die mechanische
Belastung der Federanordnung beim Anschlagen zu verringern.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement mit einem
Substrat, einer seismischen Masse und wenigstens einem Federelement.
Dabei ist die seismische Masse mittels des Federelements mit dem
Substrat verbunden. Die seismische Masse ist wenigstens in einer
ersten Richtung auslenkbar, vermittels einer transversalen Auslenkung
des Federelements in der ersten Richtung. Zur Begrenzung der Auslenkung
ist an dem Substrat wenigstens ein erster Anschlag vorgesehen. Der Kern
der Erfindung besteht darin, dass an der seismischen Masse wenigstens
ein zweiter Anschlag vorgesehen ist, welcher derart angeordnet ist,
dass die Auslenkbarkeit der seismischen Masse in der ersten Richtung
durch das Anschlagen der beiden Anschläge aneinander begrenzt ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste
Anschlag derart angeordnet ist, dass die Auslenkbarkeit der seismischen Masse
in der ersten Richtung durch das Anschlagen des ersten Anschlags
an das Federelement begrenzt ist.
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Vorteilhaft
kann insbesondere der erste Anschlag derart angeordnet sein, dass
das Federelement zuerst an den ersten Anschlag anschlagen und bei
weiterer transversaler Auslenkung des Federelements und damit Auslenkung
der seismischen Masse in die erste Richtung der zweite Anschlag
an den ersten Anschlag anschlagen kann. Hierbei wird die maximale
Auslenkbarkeit des Federelements genutzt und schließlich mittels
des zweiten Anschlags endgültig
begrenzt.
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Vorteilhaft
kann der erste Anschlag aber auch derart angeordnet sein, dass bei
einer bestimmten Auslenkung der seismischen Masse gleichermaßen sowohl
das Federelement an den ersten Anschlag als auch der zweite Anschlag
an den ersten Anschlag anschlagen kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste
Anschlag federnd ausgestaltet ist. Vorteilhaft werden hierdurch
stoßartige Kraftwirkungen
auf das Federelement und oder den zweiten Anschlag vermindert.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der
ersten Richtung das Federelement zu einer Seite des ersten Anschlags
und der zweite Anschlag zu einer entgegengesetzten Seite des ersten
Anschlags angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei für eine Auslenkung
in der ersten Richtung für jeden
Richtungssinn ein Anschlag gegeben.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite
Anschlag als Verbindungselement des Federelements mit der seismischen
Masse ausgestaltet ist. Vor teilhaft ist das Federelement an der
Verbindungsstelle zur seismischen Masse stärker ausgebildet. Dadurch entsteht ein
Anschlagbereich in dem das Federelement Kontakt mit dem ersten Anschlag
haben kann und dabei weniger federnd oder nachgiebig aufgebaut ist.
Der zweite Anschlag in Form dieses Anschlagbereichs des Federelements
kann somit größere Kräfte sowohl
von der seismischen Masse als auch von dem ersten Anschlag aufnehmen.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
in der ersten Richtung das Federelement zu einer Seite des ersten
Anschlags und der zweite Anschlag zu derselben Seite des ersten
Anschlags angeordnet ist. Vorteilhaft kann hierbei das Federelement
in bestimmbarem Maße
von Kraftwirkungen infolge der Auslenkung in der ersten Richtung
entlastet werden.
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Eine
sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
seismische Masse zur Messung einer Beschleunigung in einer zweiten Richtung
auslenkbar ist, vermittels einer Torsion des Federelements. Unerwünschte transversale
Auslenkungen des Federelements in der ersten Richtung können durch
den erfindungsgemäßen wenigstens einen
zweiten Anschlag und ersten Anschlag vorteilhaft begrenzt werden.
Alle bereits oben beschriebenen Ausgestaltungen des ersten und zweiten
Anschlags sind auch hier vorteilhaft.
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Kombinationen
der beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des ersten und zweiten
Anschlags können
ebenfalls vorteilhaft sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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1 zeigt
ein mikromechanisches Bauelement gemäß Stand der Technik.
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2 zeigt
ein mikromechanisches Bauelement gemäß Stand der Technik bei Auslenkung
des Federelements und der seismischen Masse bis zu einem ersten
Anschlag.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelements in einer Teilansicht.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelements in einer Teilansicht.
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BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Anhand
der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen soll die Erfindung
detailliert dargestellt werden.
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1 zeigt
ein mikromechanisches Bauelement gemäß Stand der Technik. Über einem
Substrat 10 mit einer Oberfläche oder hauptsächliche
Ebene (x; y), die sich in der Zeichnungsebene befindet, ist eine
seismische Masse 1 beweglich angeordnet. Die seismische
Masse 1 ist mittels wenigstens eines Federelements 2 über einen
Verankerungsbereich 20 mit dem Substrat 10 verbunden.
Das mikromechanische Bauelement weist weiterhin wenigstens einen ersten
Anschlag 3 auf, der ebenfalls mit dem Substrat 10 verbinden
ist. Der erste Anschlag 3 kann unbeweglich ausgestaltet
sein, beispielsweise indem er weitgehend fest mit dem Substrat 10 verbunden
ist. Der erste Anschlag 3 kann aber auch federnd ausgestaltet
sein, wie in der 3 schematisch gezeigt ist. Dabei
ist der erste Anschlag 3 nur teilweise mit dem Substrat 10 verbunden,
beispielsweise über
den Verankerungsbereich 20, und teilweise relativ zum Substrat 10 beweglich.
Die Beweglichkeit des ersten Anschlags 3 ist beispielsweise
mittels einer federartigen oder lamellenartigen Ausgestaltung von
Teilen des ersten Anschlags 3 vorgebbar. Insbesondere Richtung
und Auslenkbarkeit, bzw. Rückstellkraft
sind dabei vorgebbar.
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2 zeigt
ein mikromechanisches Bauelement gemäß Stand der Technik bei Auslenkung
des Federelements und der seismischen Masse bis zu einem ersten
Anschlag. Ausschnitt 4 in der 2 zeigt eine
Auslenkung der seismischen Masse 1 und somit auch des Federelements 2 in
einer ersten Richtung x bis zum Anschlagen an den ersten Anschlag 3.
Der erste Anschlag 3 begrenzt die Auslenkung des Federelements 2.
Um die Auslenkung des Federelements 2 in den Richtungen
x und –x
zu begrenzen, können
zwei zweite Anschläge 6 vorgesehen
sein, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
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Infolge
des Anschlagens kommt es zu einer mechanischen Belastung des Federelements 2.
Abhängig
von der Stärke
der mechanischen Belastung des Federelements 2 könnte dieses
in der Folge auch brechen oder sich sonstwie plastisch verformen.
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Das
mikromechanische Bauelement ist insbesondere, wie in den Figuren
beispielhaft dargestellt, ein Beschleunigungssensor zu Messung von Beschleunigungen
in einer zweiten Richtung z senkrecht zur Substratebene (x; y).
Das Federelement 2 ist dabei ein Torsionsfederelement,
welches derart verdrehbar ist, dass die seismische Masse 1 bei
einer Beschleunigung in Richtung z in Form einer Kippbewegung ausgelenkt
wird. Unerwünschte
transversale Auslenkungen des Federelements 2 in der ersten Richtung
x können
durch Beschleunigungen der seismischen Masse 1 in der Substratebene
(x; y) auftreten. Diese transversale Auslenkungen des Federelements 2 in
der ersten Richtung x werden durch den ersten Anschlag 3 begrenzt.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelements in einer Teilansicht. Das dargestellte mikromechanische
Bauelement weist im Unterschied zu dem Bauelement im Stand der Technik
einen zweiten Anschlag 5 auf der als Verbindungselement
des Federelements (2) mit der seismischen Masse 1 ausgestaltet
ist. Der zweite Anschlag 5 stellt gewissermaßen ein
verstärktes
Ende des Federelements 2 dar. Das verstärkte Ende bewirkt, dass das
Federelement 2 beim Anschlagen des zweiten Anschlags 5 an
den ersten Anschlag 3 nicht mehr so leicht brechen oder sich
sonstwie plastisch verformen kann. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform
der erste Anschlag 3 federnd ausgestaltet. Denkbar ist
aber auch, den ersten Anschlag 3 fest, also nicht federnd
zu gestalten. In der hier gezeigten Ausführungsform ist weiter, in der
ersten Richtung betrachtet, das Federelement 2 zu einer
Seite des ersten Anschlags 3 und der zweite Anschlag 5 zu
derselben Seite des ersten Anschlags 3 angeordnet.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelements in einer Teilansicht. Das dargestellte mikromechanische
Bauelement weist im Unterschied zu dem Bauelement im Stand der Technik
einen zweiten Anschlag 6 auf, der in diesem Beispiel als
Ausformung der seismischen Masse 1 ausgestaltet ist. Im Unterschied
zu dem in 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist hier der zweite Anschlag 6 von dem Federelement 2 baulich
getrennt und räumlich
getrennt angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform ist weiter, in der
ersten Richtung betrachtet, das Federelement 2 zu einer
Seite des ersten Anschlags 3 und der zweite Anschlag 6 zu
einer entgegengesetzten Seite des ersten Anschlags 3 angeordnet.
Um die Auslenkung des Federelements 2 in den Richtungen
x und –x
zu begrenzen, können
zwei zweite Anschläge 6 vorgesehen
sein, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.