DE102020209539A1

DE102020209539A1 - Mikromechanischer Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE102020209539A1
Application number: DE102020209539.6A
Authority: DE
Inventors: Odd-Axel Pruetz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-03
Also published as: CN114062713A

Abstract

Ein mikromechanischer Beschleunigungssensor 100 umfasst einen federnd an einer Feststruktur 105 aufgehängten seismischen Massekörper 115 sowie eine Anschlagsstruktur 120 mit einem Wirkelement 125. Die Anschlagsstruktur 120 ist mit der Feststruktur 105 oder dem Massekörper 115 befestigt. Das Wirkelement 125 weist eine gekrümmte Oberfläche 135 auf und ist bei einem Kontakt 155 mit dem Massekörper 115 oder der Feststruktur 105 ausgelegt, um entlang der gekrümmten Oberfläche 135 eine seitliche Abrollbewegung zum Massekörper 115 oder der Feststruktur 105 auszuführen.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Beschleunigungssensor.
Stand der Technik
Beschleunigungs- oder Inertialsensoren werden häufig mittels MEMS Technologie (MEMS: Micro-Electro-Mechanical-Systems) hergestellt. Sie sind in der Regel als Feder-Masse-System ausgebildet und basieren auf dem Newtonschen Trägheitsgesetz. Das heißt es werden bewegliche Strukturen an mechanischen Federn aufgehangen und bei Anliegen der zu sensierenden Messgröße werden die Strukturen ausgelenkt und verändern dadurch ihre Relativposition zum umgebenden Sensorgehäuse. Diese mechanische Auslenkung wird (zum Beispiel kapazitiv oder piezoelektrisch) in ein elektrisches Signal gewandelt und kann mittels geeigneter Auswerteschaltungen weiterverarbeitet werden. Bei Beschleunigungssensoren wird bei einer externen Beschleunigung beispielsweise die sogenannte seismische Masse als bewegliche Struktur und die zugehörigen mechanischen Federn ausgelenkt. Die Rückstellkraft der Federn führt dazu, dass die Masse nach Wegfall der Einwirkung der externen Beschleunigung wieder zum Ausgangszustand in die Ruheposition zurückkehrt. Im Falle einer Überlast, also insbesondere bei hohen Beschleunigungen wie sie beispielsweise in einer Unfallsituation auftreten können, kann die Auslenkung so groß werden, dass es zu einem Anschlagen an Feststrukturen (oder gegebenenfalls auch an anderen beweglichen Strukturen) kommt. Für diesen Fall werden üblicherweise mechanische Festanschläge eingesetzt, die zur kontrollierten Auslenkung bzw. Bewegungseinschränkung dienen und insbesondere verhindern sollen, dass es zwischen Nutzelektroden (zum Beispiel Detektions- oder Testelektroden) zu einem Kurzschluss kommen kann. Zudem sollen die mechanischen Festanschläge verhindern, dass die mechanischen Federn brechen. Dies ist möglich, da die Federn bei einer Überlast stark ausgelenkt werden können.
Ein seit langem, insbesondere in der Beschleunigungssensorik vorherrschendes Problem ist, dass ein Kontakt zwischen den beweglichen Strukturen und den Anschlags- bzw. Festanschlagsstrukturen zu einem sogenannten „Kleben“ führen kann. Unter „Kleben“ versteht man, dass sich die Strukturen nach einem mechanischen Kontakt nicht mehr voneinander lösen, da an der Grenzfläche der Strukturen Haftkräfte entstehen, die größer als die Rückstellkraft der ausgelenkten Federn sind. Der Klebeeffekt stellt also einen Vorgang auf atomarer Ebene dar, der aus den chemischen Bindungen beziehungsweise den Van der Waals Kräften zwischen den Atomen bzw. Molekülen resultiert und kann bereits während der Fertigung (z.B. Wafersägen, Drahtbonden, up-picking, etc.) oder den Prüfschritten (z.B. snap-release Test beim Vormessen) sowie auch im Feld auftreten. Bleibt das Kleben dauerhaft bestehen, so ist der betroffene Sensor defekt. Der Klebeeffekt hat in der Vergangenheit demnach bereits zu sehr hohen Ausbeuteverlusten geführt.
Die Offenlegungsschrift DE 44 31 327 A1 offenbart eine Ausgestaltung eines mikromechanischen Beschleunigungssensors, bei dem der Fokus auf der Vermeidung der Klebeeffekte durch große Abstände zwischen den Strukturen und raue Oberflächen gelegt wird.
Neben Maßnahmen, die eine Veränderung des Designs der Sensoren umfassten sind weiterhin auch chemische Ansätze entwickelt worden, bei denen mithilfe von Antihaft-Beschichtungen der Kontaktflächen versucht wurde weniger Klebeereignisse zwischen den Strukturen zu erhalten. Eine vollumfängliche Vermeidung von Klebeeffekten konnte jedoch auch der Antihaft-Beschichtungsansatz nicht bieten. Zudem erwies sich die Tatsache nachteilig, dass die Antihaft-Beschichtung verschleißt, also bei wiederholtem Anschlagen der Strukturen tritt eine Abnutzung der Beschichtung auf. Zusätzlich entstehen durch die Methode der Antihaft-Beschichtung höhere Prozesskosten und Einschränkungen im Herstellungsprozess, da nur bestimmte Temperaturbereiche möglich sind, deren Überschreitung die Zerstörung der Antihaft-Beschichtung mit sich bringen würde.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen robusteren mikromechanischen Beschleunigungssensor anzugeben, der eine verbesserte Funktionsfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein mikromechanischer Beschleunigungssensor mit einem federnd an einer Feststruktur aufgehängten seismischen Massekörper und einer Anschlagsstruktur mit einem Wirkelement vorgeschlagen. Die Anschlagsstruktur ist mit der Feststruktur oder dem Massekörper befestigt. Das Wirkelement weist eine gekrümmte Oberfläche auf. Die gekrümmte Oberfläche ist dem Massekörper oder der Feststruktur zugewandt. Das Wirkelement ist ausgelegt, um bei einer Auslenkung des Massekörpers mit der gekrümmten Oberfläche in Kontakt mit dem Massekörper oder der Feststruktur zu gelangen und beim Kontakt entlang der gekrümmten Oberfläche eine seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen. Dadurch wird ein robuster Beschleunigungssensor realisiert. Durch das seitliche Abrollen wird der Kontakt zwischen dem Wirkelement und dem Massekörper oder der Feststruktur verbessert. Beispielsweise kann durch das seitliche Abrollen ein Ankleben des Wirkelementes an dem Massekörper oder an der Feststruktur erschwert, insbesondere verhindert werden. Die seitliche Abrollbewegung stellt ein wenigstens abschnittsweises Abrollen der gekrümmten Oberfläche an dem Massekörper oder der Feststruktur dar. Dabei ist nicht erforderlich, dass die gekrümmte Oberfläche während des gesamten seitlichen Abrollvorganges an dem Massekörper oder an der Feststruktur anliegt.
Vorzugsweise ist die Anschlagstruktur federnd ausgebildet. Bei dieser Ausführung wird während des seitlichen Abrollens entlang der gekrümmten Oberfläche die Anschlagstruktur federnd zusammengedrückt. Auf diese Weise wird das seitliche Abrollen erleichtert. Zudem wird der Auflagedruck zwischen der gekrümmten Oberfläche und dem Massekörper oder der Feststruktur reduziert. Somit wird die Gefahr des Anklebens weiter reduziert, insbesondere verhindert.
Bei der Herstellung des vorgeschlagenen mikromechanischen Beschleunigungssensors ist in vorteilhafter Weise kein zusätzlicher Prozessschritt für eine gesonderte Beschichtung des Sensors erforderlich. Dies beschleunigt einerseits den Herstellungsablauf und reduziert andererseits die Herstellungskosten. Die oben genannten festen und beweglichen Komponenten des Sensors können beispielsweise aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, hergestellt sein. Zudem ist weiterhin denkbar, Materialien wie beispielsweise Aluminium, etc. im Sensor einzusetzen.
Mithilfe der Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement, das die gekrümmte Oberfläche aufweist, kann ferner eine geringere Abnutzung der Kontaktflächen bzw. Kontaktpunkte auch bei wiederholtem Kontakt mit dem Massekörper oder der Feststruktur erzielt werden, da die seitliche Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auf sanfte Weise erfolgt. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass die Oberfläche gleichmäßig gekrümmt ist. Der mikromechanische Beschleunigungssensor ist zudem flexibel gestaltbar und kann an die individuellen Systemanforderungen angepasst werden, indem die Anschlagsstruktur einerseits am Massekörper selbst befestigt sein kann oder an der Feststruktur.
In einer weiteren Ausführungsform bildet das Wirkelement einen Körper mit gekrümmter Oberfläche, insbesondere einen Kreiszylinder. Die Anschlagsstruktur weist eine Federeinheit mit einem ersten Federelement und einem zweiten Federelement auf, die jeweils mit dem Körper und der Feststruktur oder mit dem Massekörper und der Feststruktur verbunden sind. Der Körper und die Federeinheit sind ausgelegt, um bei einem Kontakt der gekrümmten Oberfläche mit dem Massekörper oder mit der Feststruktur entlang der gekrümmten Oberfläche die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen.
Die Kombination aus der Federeinheit mit dem ersten und zweiten Federelement sowie dem Körper mit der gekrümmten Oberfläche kann im Falle eines Kontakts der Anschlagsstruktur mit dem Massekörper oder der Feststruktur vorteilhaft dazu beitragen, einen schonenden, federnden Anschlag mit gleichzeitiger seitlicher Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche zu gewährleisten. Auf diese Weise kann insbesondere ein hartes Aufschlagen der genannten Strukturen bei einer Überlast, also bei starker Beschleunigung, vermieden werden. Auch können die o.g. Komponenten bei einem Klebeereignis leichter voneinander gelöst werden, wenn die für den Lösevorgang aufgewendete Kraft seitlich an der Kontaktfläche angreift und mit einer Abrollbewegung entlang einer gekrümmten Oberfläche kombiniert wird im Vergleich zu einer senkrecht zur Klebefläche wirkenden Kraft. Als makroskopisches Analogon der erfinderischen Idee kann illustrativ beispielsweise ein Klebebandstreifen oder ein klebender Kaugummi an der Wand dienen. Diese können durch seitliches Abrollen bzw. Abziehen einfacher entfernt werden.
Das Wirkelement bildet einen Körper mit gekrümmter Oberfläche, wobei der Körper vorzugsweise als Kreiszylinder mit kreisscheibenförmiger Grundfläche ausgebildet ist. Darüber hinaus sind jedoch andere Körper mit gekrümmter Oberfläche wie beispielsweise eine Kugel, ein elliptischer Zylinder, ein Paraboloid, etc. denkbar. Weiterhin kann die Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement als Körper mit gekrümmter Oberfläche und der Federeinheit durch entsprechendes Design so konzipiert sein, dass die Federsteifigkeit bzw. die Federhärte der Anschlagsstruktur mit zunehmender Auslenkung „sanft“ nichtlinear zu nimmt, also der Kraft-Weg Zusammenhang nichtlinear ausgebildet ist. Diese Eigenschaft kann insbesondere vorteilhaft sein, um ein hartes Aufschlagen des Massekörpers mit der Anschlagsstruktur oder der Feststruktur im Überlastfall zu vermeiden und sich positiv auf Klebeereignisse (bzgl. der Partikelbildung) auswirken.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Anschlagsstruktur als Wirkelement einen elastischen Hebelarm mit der gekrümmten Oberfläche auf. Der Hebelarm ist einseitig mit einem ersten Ende mit dem Massekörper oder mit der Feststruktur verbunden. Der Hebelarm weist in einem Abstand zum ersten Ende, insbesondere im Bereich eines zweiten freien Endes die gekrümmte Oberfläche auf. Der Hebelarm ist ausgelegt, entlang der gekrümmten Oberfläche die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die potentielle Klebefläche zwischen dem Wirkelement als Hebelarm mit gekrümmter Oberfläche und dem Massekörper oder der Feststruktur aufgrund des Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche des Hebelarms klein ist. Folglich ist die Haftkraft bzw. Klebekraft nicht so groß wie bei einer ebenen Kontaktfläche.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anschlagsstruktur eine Federeinheit. Der Hebelarm ist einseitig an der Federeinheit befestigt und die Federeinheit ist mit der Feststruktur oder dem Massekörper verbunden. Der Hebelarm ist ausgelegt, entlang der gekrümmten Oberfläche die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen. Durch die Kombination der Federeinheit und der seitlichen Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche des Hebelarms ist insbesondere ein vereinfachtes Lösen der verklebten Komponenten in vorteilhafter Weise möglich.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Federeinheit wenigstens eine einseitig abgewinkelte Form, insbesondere eine U-Form, L-Form, S-Form oder eine M-Form auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht in vorteilhafter Weise flexible Ausgestaltungen der Federeinheit und die Anschlagsstruktur kann dadurch kompakt umgesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Federeinheit einen ersten Abschnitt, ein Verbindungselement und einen zweiten Abschnitt auf. Das Verbindungselement weist insbesondere eine U-Form auf mit einem Grundelement, einem ersten Schenkelelement und einem zweiten Schenkelement. Darüber hinaus kann das Verbindungselement der Federeinheit weitere geometrische Formen aufweisen, wie beispielsweise eine L-Form, eine S-Form, eine M-Form, etc. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist mit dem Hebelarm und dem ersten Schenkelelement des Verbindungselements befestigt.
Der erste Abschnitt der Federeinheit ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite des Massekörpers und das erste Schenkelelement im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das erste Schenkelelement ist mit dem Grundelement verbunden und das Grundelement ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das Grundelement ist mit dem zweiten Schenkelelement verbunden und das zweite Schenkelelement ist im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Der zweite Abschnitt der Federeinheit ist mit dem zweiten Schenkelelement und der Feststruktur oder mit dem zweiten Schenkelelement und dem Massekörper verbunden. Der zweite Abschnitt ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Ferner ist der erste Abschnitt der Federeinheit gegenüberliegend zu dem zweiten Abschnitt der Federeinheit angeordnet.
Die Ausgestaltung der Federeinheit kann positiv dazu beitragen die Federsteifigkeit bzw. die Federhärte der Anschlagsstruktur bei zunehmender Auslenkung des Massekörpers nichtlinear zu gestalten, indem eine Hebellänge der Anschlagsstruktur mit zunehmender Auslenkung verkürzt wird, um dadurch ein „Durchschlagen“ des Massekörpers auf die Anschlagsstruktur oder die Feststruktur im Überlastfall zu vermeiden. Ferner kann ein Klebeereignis zwischen dem Massekörper und der Anschlagsstruktur oder der Anschlagsstruktur und der Feststruktur durch die Kombination der federnden Bewegung der Anschlagsstruktur mit der seitlichen Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche des als Hebelarm ausgebildeten Wirkelements auf einfache Weise und mit wenig Kraftaufwand gelöst werden. Es ist ferner denkbar das Verbindungselement mit einer von der U-Form abweichenden Form auszugestalten, beispielsweise gerundet, geknickt, etc.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Federeinheit einen ersten Abschnitt, ein Verbindungselement und einen zweiten Abschnitt auf. Das Verbindungselement weist insbesondere eine U-Form auf mit einem Grundelement, einem ersten Schenkelelement und einem zweiten Schenkelement. Darüber hinaus kann das Verbindungselement der Federeinheit weitere geometrische Formen aufweisen, wie beispielsweise eine L-Form, eine S-Form, eine M-Form, etc. Das erste Schenkelelement ist länger als das zweite Schenkelelement ausgebildet. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist mit dem Hebelarm und dem ersten Schenkelelement des Verbindungselements befestigt. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite des Massekörpers und das erste Schenkelelement ist im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das erste Schenkelelement ist mit dem Grundelement verbunden und das Grundelement ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das Grundelement ist mit dem zweiten Schenkelelement verbunden und das zweite Schenkelelement ist im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Der zweite Abschnitt der Federeinheit ist mit dem zweiten Schenkelelement und der Feststruktur oder mit dem zweiten Schenkelelement und dem Massekörper verbunden. Der zweite Abschnitt ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist versetzt zu dem zweiten Abschnitt der Federeinheit angeordnet.
Die Ausgestaltung der Federeinheit kann positiv dazu beitragen die Federsteifigkeit bzw. die Federhärte der Anschlagsstruktur bei zunehmender Auslenkung des Massekörpers nichtlinear zu gestalten, indem eine Hebellänge der Anschlagsstruktur mit zunehmender Auslenkung verkürzt wird, um dadurch ein „Durchschlagen“ des Massekörpers auf die Anschlagsstruktur oder die Feststruktur im Überlastfall zu vermeiden. Ferner kann ein Klebeereignis zwischen dem Massekörper und der Anschlagsstruktur oder der Anschlagsstruktur und der Feststruktur durch die Kombination der federnden Abrollbewegung der Anschlagsstruktur mit der seitlichen Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche des als Hebelarm ausgebildeten Wirkelements auf einfache Weise und mit wenig Kraftaufwand gelöst werden. Es ist weiterhin denkbar das Verbindungselement mit einer von der U-Form abweichenden Form auszugestalten, beispielsweise gerundet, geknickt, etc.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Federeinheit einen ersten Abschnitt, ein Verbindungselement und einen zweiten Abschnitt auf. Das Verbindungselement weist insbesondere eine U-Form auf mit einem Grundelement, einem ersten Schenkelelement und einem zweiten Schenkelelement. Darüber hinaus kann das Verbindungselement der Federeinheit weitere geometrische Formen aufweisen, wie beispielsweise eine L-Form, eine S-Form, eine M-Form, etc. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist mit dem Hebelarm und dem ersten Schenkelelement des Verbindungselements befestigt. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite des Massekörpers und das erste Schenkelelement im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das erste Schenkelelement ist mit dem Grundelement verbunden und das Grundelement ist im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Das Grundelement ist mit dem zweiten Schenkelelement verbunden und das zweite Schenkelelement ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet. Der zweite Abschnitt der Federeinheit ist mit dem zweiten Schenkelelement und der Feststruktur oder mit dem zweiten Schenkelelement und dem Massekörper verbunden. Der zweite Abschnitt ist im Wesentlichen parallel zu der Unterseite des Massekörpers ausgerichtet ist. Der erste Abschnitt der Federeinheit ist im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Abschnitt der Federeinheit angeordnet.
Die Ausgestaltung der Federeinheit kann positiv dazu beitragen die Federsteifigkeit bzw. die Federhärte der Anschlagsstruktur bei zunehmender Auslenkung des Massekörpers nichtlinear zu gestalten, indem eine Hebellänge der Anschlagsstruktur mit zunehmender Auslenkung verkürzt wird, um dadurch ein „Durchschlagen“ des Massekörpers auf die Anschlagsstruktur oder die Feststruktur im Überlastfall zu vermeiden. Ferner kann ein Klebeereignis zwischen dem Massekörper und der Anschlagsstruktur oder der Anschlagsstruktur und der Feststruktur durch die Kombination der federnden Bewegung der Anschlagsstruktur mit der seitlichen Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche des als Hebelarm ausgebildeten Wirkelements auf einfache Weise und mit wenig Kraftaufwand gelöst werden. Es ist zudem denkbar das Verbindungselement mit einer von der U-Form abweichenden Form auszugestalten, beispielsweise gerundet, geknickt, etc.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlagsstruktur T-förmig mit einem Querelement und einem Fußelement ausgebildet. Das Fußelement ist mit einem ersten Ende an der Feststruktur oder an dem Massekörper befestigt. Das Querelement ist an einem zweiten Ende des Fußelementes befestigt und umfasst ein erstes und zweites Ende. An dem ersten und zweiten Ende des Querelements ist jeweils ein Wirkelement mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet. Das Wirkelement ist ausgelegt, entlang der gekrümmten Oberfläche die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen.
Das Wirkelement kann beispielsweise jeweils als Hebelarm mit der gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein und ferner jeweils eine Federeinheit umfassen. Zudem ist denkbar, das Querelement ebenfalls federnd auszubilden. Die T-förmige oder ankerförmige Anschlagsstruktur weist insbesondere zwei Kontaktflächen bzw. Kontaktpunkte auf und bietet somit verteilte Angriffsflächen bzw. -punkte für die auftretenden Kräfte, was vorteilhaft dazu beitragen kann die Federeinheiten, die jeweils zumindest eine Feder umfassen können, vor einem Bruch zu schützen, da die Kraft, die an einer Kontaktfläche bzw. einem Kontaktpunkt angreift, kleiner ist als im Falle der Ausgestaltung der Anschlagsstruktur mit einem Wirkelement als einseitigen Hebel mit gekrümmter Oberfläche.
Zusätzlich ist denkbar, dass die Anschlagsstruktur eine einseitige T-Form mit einem Querelement und einem Fußelement aufweist. Das Fußelement ist mit einem ersten Ende an der Feststruktur oder an dem Massekörper befestigt. Das Querelement umfasst ein erstes und zweites Ende und ist über das erste Ende des Querelements mit einem zweiten Ende des Fußelementes befestigt. Am zweiten Ende des Querelements ist ein Wirkelement mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet. Das Wirkelement ist ausgelegt, entlang der gekrümmten Oberfläche die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper oder der Feststruktur auszuführen. Das Wirkelement kann beispielsweise als Hebelarm mit der gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein und ferner jeweils eine Federeinheit umfassen. Zudem ist denkbar, das Querelement ebenfalls federnd auszubilden, um die oben genannten Vorteile der einfacheren Lösbarkeit der Komponenten zu erzielen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anschlagsstruktur einen Festanschlag, der eine maximale Auslenkung der Anschlagstruktur begrenzt. Der Festanschlag kann beispielsweise an der Federeinheit oder jeweils am Querelement angeordnet sein. Durch den Festanschlag kann zudem ein Bruch einer Feder der Federeinheit vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlagsstruktur mit einer weiteren Anschlagsstruktur in Reihe gekoppelt. Vorteilhaft können die oben beschriebenen technischen Effekte, die mit einer einzelnen Anschlagsstruktur erzielt werden miteinander kombiniert werden, um eine federnde seitliche Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberflächen der beiden Wirkungselemente zu erzielen. Auch ist denkbar die Anschlagsstruktur mit einer weiteren Anschlagsstruktur parallel zu koppeln. Vorzugsweise sind die Anschlagsstrukturen sowohl bei einer Anordnung in Reihe als auch parallel spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, um eine Kippbewegung des Beschleunigungssensors bei einem Kontakt des Massekörpers mit den gekoppelten Anschlagsstrukturen zu vermeiden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Massekörper eine Aussparung auf, wobei die Anschlagsstruktur zumindest teilweise in der Aussparung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere vorteilhaft eine platzsparende Bauweise des Beschleunigungssensors.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 a bis d einen schematischen Aufbau eines Beschleunigungssensors mit einer Anschlagsstruktur nach einer ersten Ausführungsform;
2 a bis d einen schematischen Aufbau eines Beschleunigungssensors mit einer Anschlagsstruktur nach einer zweiten Ausführungsform mit einer Federeinheit nach einer ersten Ausführungsform;
2 e bis f einen schematischen Aufbau eines Beschleunigungssensors mit einer Anschlagsstruktur nach einer zweiten Ausführungsform mit einer Federeinheit nach einer zweiten Ausführungsform;
3 a einen schematischen Aufbau einer Anschlagsstruktur nach einer dritten Ausführungsform;
3 b einen schematischen Aufbau einer Anschlagsstruktur nach einer vierten Ausführungsform;
3 c bis e schematische Aufbauten einer Federeinheit nach einer dritten bis fünften Ausführungsform;
3 f einen schematischen Aufbau eines Beschleunigungssensors mit einer Anschlagsstruktur nach einer fünften Ausführungsform; und
4 a bis c einen schematischen Aufbau eines Beschleunigungssensors mit einer Anschlagsstruktur nach einer sechsten Ausführungsform.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.
1 a bis d zeigen einen schematischen Aufbau eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 100 mit einer Anschlagsstruktur nach einer ersten Ausführungsform 120. Dabei zeigen die 1 a bis c einen zeitlichen Verlauf für eine Auslenkung eines Massekörpers 105. Nicht dargestellt in sämtlichen Figuren ist jeweils eine Auswerteelektronik, die der Sensor in der Regel zum Auswerten der Auslenkung umfasst. Der mikromechanische Beschleunigungssensor 100 ist zur Vereinfachung der vorliegenden Erfindung zweidimensional in der zx-Ebene gezeichnet und kann als z-Sensor bzw. out-ofplane Sensor ausgebildet sein oder als Lateralsensor bzw. in-plane Sensor ausgebildet sein. Die Darstellung ist exemplarisch und schränkt den Beschleunigungssensor 100 nicht darauf ein. Insbesondere weist der Beschleunigungssensor 100 eine Ausdehnung in y-Richtung auf, die in den Figuren zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Der mikromechanische Beschleunigungssensor 100 weist einen seismischen Massekörper 115 auf und ist über eine federnde Aufhängung 110, die in Form einer mechanischen Feder ausgebildet sein kann, mit einer Feststruktur 105 verbunden. Die 1 a zeigt den mikromechanischen Beschleunigungssensor 100 samt Anschlagsstruktur 120 in einer Ruheposition, also ohne auf den Sensor 100 wirkende äußere Beschleunigungen, die zu einer Auslenkung des Massekörpers 115 führen. Die Anschlagsstruktur 120, der Massekörper 115, sowie die Feststruktur 105 und die federnde Aufhängung 110 können aus demselben Material gefertigt sein, beispielsweise aus Halbleitermaterial, insbesondere Silizium. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Weiterhin können mehrere Anschlagsstrukturen 120 parallel zueinander angeordnet sein oder in Reihe miteinander gekoppelt werden und jeweils symmetrisch zueinander orientiert sein. Dies ist in 1 a bis d nicht dargestellt.
Die Anschlagsstruktur 120 umfasst ein Wirkelement 125, welches eine gekrümmte Oberfläche 135 aufweist. Vorliegend ist die Anschlagsstruktur 120 mit der Feststruktur 105 verbunden. Alternativ kann die Anschlagsstruktur 120 auch an dem Massekörper 115 wie in 1 d befestigt sein. Das Wirkelement 125 bildet einen Körper 130 mit gekrümmter Oberfläche 135. Im in 1 a bis d gezeigten Ausführungsbeispiel also beispielsweise ein Kreiszylinder mit kreisscheibenförmiger Grundfläche. Jedoch sind alternative Körper wie eine Kugel, etc. denkbar. Die Anschlagsstruktur 120 umfasst eine Federeinheit 140 mit einem ersten Federelement 145 und einem zweiten Federelement 150. Das erste Federelement 145 sowie das zweite Federelement 150 sind jeweils mit der Feststruktur 105 und dem Körper 130 verbunden. Beispielsweise können das erste Federelement 145 sowie das zweite Federelement 150 als mechanische Federn ausgebildet sein. Ferner kann das erste Federelement 145 beispielsweise wie in 1 d dargestellt ist, auch mit dem Massekörper 115 verbunden sein. Der Körper 130 und die Federeinheit 140 sind in 1 d dann ausgelegt, um bei einem Kontakt der gekrümmten Oberfläche 135 mit der Feststruktur 105 entlang der gekrümmten Oberfläche 135 die seitliche Abrollbewegung gegenüber der Feststruktur 105 auszuführen.
In 1 b ist der seismische Massekörper 115 beispielsweise durch eine externe Beschleunigung in z-Richtung, entlang einer ersten Auslenkungsrichtung 180 durch den schematischen Pfeil angedeutet, ausgelenkt, was in der federnden Aufhängung 110 eine Rückstellkraft erzeugt. Aufgrund der Auslenkung des Massekörpers 115 kommt es zwischen einer Unterseite 285 des Massekörpers 115, die exemplarisch parallel zur x-Achse verläuft, und der gekrümmten Oberfläche 135 des Körpers 130 als Wirkelement 125 der Anschlagsstruktur 120 zu einem Kontakt 155. Beispielsweise ist der Kontakt 155 in Form eines Kontaktpunkts 160 in der zx-Ebene ausgebildet.
In 1 c ist die Situation dargestellt, bei der der Massekörper 115 weiter ausgelenkt wird. Dadurch bewegt sich der Körper 130 parallel zur Auslenkungsrichtung des Massekörpers 115, hier zum Beispiel parallel zur z-Achse, um den Massekörper 115 abzubremsen. Diese Bewegung kann zum Beispiel senkrecht zu der seitlichen Abrollbewegung des Körpers 130 entlang der gekrümmten Oberfläche erfolgen, also zum Beispiel senkrecht zur x-Achse, sofern die Bewegung entlang der gekrümmten Oberfläche 135 parallel zur x-Achse erfolgt. Da der Körper 130 mit dem ersten Federelement 145 der Federeinheit 140 und dem zweiten Federelement 150 der Federeinheit 140 verbunden ist, kann ein Teil der kinetischen Energie des abzubremsenden Massekörpers 115 als Federenergie in dem ersten Federelement 145 bzw. in dem zweiten Federelement 150 gespeichert werden. Zusätzlich führt der Körper 130 die seitliche Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche 135 gegenüber dem Massekörper 115 aus. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die seitliche Abrollbewegung des Körpers 130 entlang der gekrümmten Oberfläche 135 gegenüber dem Massekörper 115 beispielsweise parallel zur x-Achse. Die Abrollbewegung ist in 1 c mithilfe eines gewanderten Kontaktpunkts 165 dargestellt. Beispielsweise hat der gewanderte Kontaktpunkt 165 nun Kontakt 155 mit dem Massekörper 115. Durch die Rollbewegung des Körpers 130 parallel zur x-Achse hat sich der Kontaktpunkt 160 zum Beispiel um eine Strecke 170 bewegt, gekennzeichnet durch den gewanderten Kontaktpunkt 165 und den Pfeil. Die Darstellung ist exemplarisch und kann bei entsprechender Rollbewegung auch in anderer Weise erfolgen, zum Beispiel derart, dass der Kontaktpunkt 160 und der gewanderte Kontaktpunkt 165 vertauscht sind.
Die Bewegung des Körpers 130 parallel zur z-Achse erzeugt in dem ersten Federelement 145 und dem zweiten Federelement 150 jeweils eine Rückstellkraft, da das erste Federelement 145 bzw. das zweite Federelement 150 ausgelenkt bzw. gestaucht werden. Die durch die Auslenkung der Anschlagsstruktur 120 in der Federeinheit 140 erzeugten Rückstellkräfte bewirken eine Bewegung des Körpers 130 entlang des schematisch dargestellten Pfeils zwischen dem ersten Federelement 145 und dem zweiten Federelement 150, die entgegengesetzt zur Rollbewegung beim erstmaligen Kontakt 155 im Kontaktpunkt 160 erfolgen kann. Damit können der Massekörper 115 und die Anschlagsstruktur 120 wieder in die Ruheposition zurückkehren. Bei entsprechender anderer Rollbewegung beim erstmaligen Kontakt 155 im Kontaktpunkt 160 kann auch die durch die Rückstellkräfte erzeugte Rollbewegung in anderer Richtung verlaufen.
Kann die kinetische Energie des Massekörpers 115 nicht vollständig durch die Federauslenkung bzw. -stauchung der Anschlagsstruktur 120 und die Rollbewegung des Körpers 130 kompensiert werden, so kann die maximale Auslenkung des Massekörpers 115 beispielsweise durch einen zusätzlichen Festanschlag begrenzt werden. Dieser ist in 1 a bis d jedoch nicht gezeigt. Andernfalls kann die Rollbewegung des Körpers 130 in Kombination mit den Rückstellkräften (die auch die Rückstellkraft der federnden Aufhängung 110 mit umfasst) der Federeinheit 140 dazu dienen, den Massekörper 115 abzubremsen und den Kontakt zwischen dem Massekörper 115 und der Anschlagsstruktur 120, der als verklebter Kontaktpunkt 155 ausgebildet sein kann, zu lösen. Die in 1 gezeigte Linie am Körper 130 zeigt abstrakt dessen Bewegung bei der Auslenkung des Massekörpers 115 und kann einer sogenannten Zwangskraftlinie entsprechen.
2 a bis d zeigen einen schematischen Aufbau eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 200 mit einer Anschlagsstruktur 220 nach einer zweiten Ausführungsform mit einer Federeinheit 240 nach einer ersten Ausführungsform im zeitlichen Verlauf. Dabei zeigt die 2 a analog zur 1 a die Ruheposition des Massekörpers 115 und der Anschlagsstruktur 220, die 2 b die Auslenkung des Massekörpers 115 entlang einer ersten Auslenkungsrichtung 180 durch den schematischen Pfeil angedeutet, die zu einem Kontakt 155 in Form eines Kontaktpunkts 160 mit der Anschlagsstruktur 220 führt, sowie 2 c die Situation, in der sich der Kontaktpunkt 160 aufgrund der weiteren Auslenkung des Massekörpers 115 um eine Strecke 170 bewegt, gekennzeichnet durch den gewanderten Kontaktpunkt 165 und den Pfeil. Im in 2 a bis c dargestellten Beispiel ist die Anschlagsstruktur 220 mit der Feststruktur 105 verbunden, sodass der Kontakt 155 zwischen dem Massekörper 115 und der Anschlagsstruktur 220 erfolgt. Alternativ kann die Anschlagsstruktur 220 an einer Unterseite 285 des Massekörpers 115 befestigt sein, wie in 2 d dargestellt ist. In 2 d erfolgt dann bei einer Auslenkung des Massekörpers 115 ein Kontakt 155 einer gekrümmten Oberfläche 235 eines Wirkelements 225 der Anschlagsstruktur 220 mit der Feststruktur 105.
Die Anschlagsstruktur 220, der Massekörper 115, sowie die Feststruktur 105 und die federnde Aufhängung 110 in den 2 a bis f können aus demselben Material gefertigt sein, beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium. Weiterhin können mehrere Anschlagsstrukturen 220 parallel zueinander angeordnet sein oder in Reihe miteinander gekoppelt werden. Dies ist in den 2 a bis f nicht gezeigt.
Die Anschlagsstruktur 220 in den 2 a bis f weist als Wirkelement 225 einen Hebelarm 230 mit gekrümmter Oberfläche 235 auf. Die Anschlagsstruktur 220 weist überdies eine Federeinheit 240 auf, diese kann einzelne mechanische Federn mit verschiedenen oder gleichen Federsteifigkeiten oder auch gekoppelte Federn umfassen. Darüber hinaus sind auch elastische Materialien oder gleichwertige Komponenten denkbar, die federnd und elastisch wirken. Die Federeinheit 240 umfasst in den 2 a bis d einen ersten Abschnitt 245, einen zweiten Abschnitt 250 und ein Verbindungselement 255. Das Verbindungselement 255 weist beispielsweise eine U-Form auf, mit einem Grundelement 260, einem ersten Schenkelelement 265 und einem zweiten Schenkelelement 270. Der erste Abschnitt 245 der Federeinheit 240 ist mit dem Hebelarm 230 und dem ersten Schenkelelement 265 des U-förmigen Verbindungselements 255 befestigt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt 245 der Federeinheit 240 parallel zur z-Achse und senkrecht zu der Unterseite 285 des Massekörpers 115, also orthogonal zur x-Achse orientiert. Das erste Schenkelelement 265 und das zweite Schenkelelement 270 sind jeweils parallel zur x-Achse ausgerichtet. Das Grundelement 260 des Verbindungselements 255 sowie der zweite Abschnitt 250 der Federeinheit 240 sind jeweils parallel zur z-Achse orientiert.
Das Grundelement 260 ist mit dem ersten Schenkelelement 265 und dem zweiten Schenkelelement 270 verbunden. Weiterhin ist das zweite Schenkelelement 270 mit dem zweiten Abschnitt 250 der Federeinheit 240 verbunden, wobei der zweite Abschnitt 250 in den 2 a bis c an der Feststruktur 105 befestigt ist. In 2 d ist der zweite Abschnitt 250 der Federeinheit 240 beispielsweise an der Unterseite 285 des Massekörpers 115 befestigt. Das erste und zweite Schenkelelement 265, 270 in den 2 a bis d sind beispielsweise gleich lang ausgebildet, sodass der erste Abschnitt 245 der Federeinheit 240 gegenüberliegend zu dem zweiten Abschnitt 250 der Federeinheit 240 angeordnet ist und in der Ruheposition einen Spalt 295, also einen räumlichen Abstand, aufweist. Auf einer Oberseite des zweiten Schenkelelements 270 ist im Bereich des Spalts 295 gegenüberliegend zu dem ersten Schenkelelement 265 ein Festanschlag 290 angeordnet, um die maximale Auslenkung der Anschlagsstruktur 220 zu begrenzen. Ein freies Ende 296 des Hebelarms 230 der Anschlagsstruktur 220 kann beispielsweise vorstehend ausgebildet sein, also beispielsweise über das Verbindungselement 255 hinausragen. Alternative Ausgestaltungen des Hebelarms 230 sind ferner denkbar, beispielsweise mit abweichender Ausrichtung und/oder Länge des gezeigten Hebelarms 230.
In 2 b ist der Massekörper 115 durch eine externe Beschleunigung in z-Richtung ausgelenkt, was in der federnden Aufhängung 110 eine Rückstellkraft erzeugt. Aufgrund der Auslenkung des Massekörpers 115 kommt es zwischen der Unterseite des Massekörpers 115, die zum Beispiel parallel zur x-Achse verläuft, und der gekrümmten Oberfläche 235 des Hebelarms 230 als Wirkelement 225 der Anschlagsstruktur 220 zu einem Kontakt 155. Der Kontakt 155 kann einen Kontaktpunkt 160 in der zx-Ebene repräsentieren.
Aufgrund der gekrümmten Oberfläche 235 des Hebelarms 230 als Wirkelement 225 und der daraus resultierenden Rollbewegung bzw. Abrollbewegung parallel zur x-Achse, kann der Kontaktpunkt 160 bei der Abrollbewegung der Anschlagsstruktur 220 parallel zur z-Richtung, entlang des schematischen Pfeils wandern und dabei die Strecke 170 in x-Richtung zurücklegen. Die in 2 c dargestellte Situation zeigt die Anschlagsstruktur 220 in einer maximalen Auslenkung 297, mit einem Kontakt der Anschlagsstruktur 220 mit dem Festanschlag 290 im Bereich des Spalts 295. Die Anschlagsstruktur 220 weist in der Ruheposition eine erste Hebellänge 275 auf, dies ist jedoch erst in 2 c dargestellt. Durch die Auslenkung des Massekörpers 115 und der Anschlagsstruktur 220 in z-Richtung und aufgrund der Rollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche 235 in x-Richtung verkürzt sich die erste Hebellänge 275 auf eine zweite Hebellänge 280. Dies führt dazu, dass die Federsteifigkeit bzw. die Federhärte der Anschlagsstruktur 220 nichtlinear ansteigt und schützt die Federeinheit 240 somit insbesondere vor Schäden durch Überlastbeschleunigungen, wie sie beispielsweise in Unfallsituationen in Beschleunigungssensoren in Fahrzeugen auftreten können.
Die Auslenkung der Anschlagsstruktur 220 in z-Richtung erzeugt gleichermaßen wie im oben erläuterten Ausführungsbeispiel in den 1 a bis d eine Rückstellkraft in z-Richtung, die entgegengesetzt zur Auslenkung wirkt (zusätzlich zur Rückstellkraft der federnden Aufhängung 110), und in Kombination mit der Rollbewegung der ausgelenkten Anschlagsstruktur 220 entlang der gekrümmten Oberfläche 235 des als elastischen Hebelarm 230 ausgebildeten Wirkelements 225 dazu führt, dass die Anschlagsstruktur 220 und der Massekörper 115 wieder voneinander gelöst werden. Zudem werden der Massekörper 115 und die Anschlagsstruktur 220 somit wieder in die Ruheposition in 2 a zurückgeführt.
2 e bis f zeigen einen schematischen Aufbau des Beschleunigungssensors 200 mit der Anschlagsstruktur 220, die eine Federeinheit 240 nach einer zweiten Ausführungsform aufweist. Die Federeinheit 240 der Anschlagsstruktur 220 ist in 2 e mit der Feststruktur 105 und in 2 f mit dem Massekörper 115 verbunden. Die Anschlagsstruktur 220 weist als Wirkelement 225 den elastischen Hebelarm 230 mit der gekrümmten Oberfläche 235 auf. Der Hebelarm 230 ist einseitig an der Federeinheit 240 befestigt und weist das freie Ende 296 auf, wobei der Hebelarm 230 insbesondere im Bereich des freien Endes 296 die gekrümmte Oberfläche 235 aufweist. Beispielsweise ist die Federeinheit 240 in den 2 e bis f parallel zur z-Achse orientiert und kann als einteilige mechanische Feder oder in Form von mehreren Federn oder vergleichbaren elastischen Materialien umgesetzt sein.
3 a zeigt eine Anschlagsstruktur 320 nach einer dritten Ausführungsform, 3 b zeigt eine Anschlagsstruktur 420 nach einer vierten Ausführungsform, 3 c bis e zeigen schematische Aufbauten einer Federeinheit 240 nach einer dritten bis fünften Ausführungsform und 3 f zeigt einen mikromechanischen Beschleunigungssensor 500 nach einer dritten Ausführungsform mit einer Anschlagsstruktur 520 nach einer fünften Ausführungsform. Abweichend zu den 1 a bis c und 2 a bis c ist in 3 f kein zeitlicher Auslenkungsverlauf des Massekörpers 115 gezeigt. Die Funktionsweise der Erfindung kann jedoch uneingeschränkt auf die gezeigten Ausführungsformen in den 3 a bis f übertragen werden und soll an der Stelle nicht wiederholt werden. Stattdessen wird auf obige Erläuterungen zur Auslenkung, Rollbewegung und Rückstellkraft verwiesen. Die Anschlagsstruktur 320 in 3 a weist ein Wirkelement 325 auf. Das Wirkelement 325 ist beispielsweise als Hebelarm 330 mit gekrümmter Oberfläche 335 ausgebildet. Im Unterschied zum Hebelarm 230 der Anschlagsstruktur 220 in den 2 a bis d, bei dem das freie Ende 296 vorstehend ausgebildet ist, ist ein freies Ende 396 des Hebelarms 330 der Anschlagsstruktur 320 in 3 a beispielsweise nicht vorstehend, also nicht über ein Verbindungselement 355 hinausragend, ausgebildet.
Die Anschlagsstruktur 320 weist überdies eine Federeinheit 340 auf. Die Federeinheit 340 umfasst einen ersten Abschnitt 345, ein Verbindungselement 355, das U-förmig ausgebildet sein kann, sowie einen zweiten Abschnitt 350.
Das Verbindungselement 355 weist ein Grundelement 360, ein erstes Schenkelelement 365 sowie ein zweites Schenkelelement 370 auf. Hierbei kann das erste Schenkelelement 365 länger als das zweite Schenkelelement 370 ausgebildet sein. Der erste Abschnitt 345 der Federeinheit 340 ist mit dem Hebelarm 330 und dem ersten Schenkelelement 365 des Verbindungselements 355 befestigt. Dabei ist der erste Abschnitt 345 beispielsweise parallel zur z-Richtung ausgerichtet und das erste Schenkelelement 365 parallel zur x-Achse, sodass der erste Abschnitt 345 senkrecht zum ersten Schenkelelement 365 orientiert ist.
Das erste Schenkelelement 365 ist mit dem Grundelement 360 verbunden, wobei das Grundelement 360 parallel zur z-Achse orientiert ist. Das Grundelement 360 ist ferner mit dem zweiten Schenkelelement 370 verbunden, wobei das zweite Schenkelelement 370 parallel zur x-Achse ausgerichtet ist und damit senkrecht zum Grundelement 360 orientiert ist. Das zweite Schenkelelement 370 ist mit dem zweiten Abschnitt 350 der Federeinheit 340 verbunden, wobei der zweite Abschnitt 350 parallel zur z-Achse orientiert ist und somit senkrecht zum zweiten Schenkelelement 370 ausgerichtet ist. Aufgrund der unterschiedlichen Länge des ersten und zweiten Schenkelelements 365, 370 sind der erste und zweite Abschnitt 345, 350 der Federeinheit 340 versetzt zueinander angeordnet, wobei der zweite Abschnitt 350 mit der Feststruktur 105 verbunden ist. Auf einer Oberseite des zweiten Schenkelelements 370 ist im Bereich eines Spalts 395 gegenüberliegend zu einer Unterseite des ersten Schenkelelements 365 ein Festanschlag 390 angeordnet, um die maximale Auslenkung der Anschlagsstruktur 320 begrenzen zu können.
Auch die Anschlagsstruktur 420 in 3 b weist ein Wirkelement 425 auf. Das Wirkelement 425 ist beispielsweise als Hebelarm 430 mit gekrümmter Oberfläche 435 ausgebildet. Zum Beispiel kann die Orientierung des Hebelarms 430 der Anschlagsstruktur 420 in ähnlicher Weise realisiert sein als die Orientierung des Hebelarms 330 der Anschlagsstruktur 320 in 3 b. Ein freies Ende 496 des Hebelarms 430 in 3 b kann beispielsweise in z-Richtung oberhalb eines zweiten Abschnitts 450 einer Federeinheit 440 angeordnet sein. Die Anschlagsstruktur 420 weist überdies die Federeinheit 440 auf. Die Federeinheit 440 umfasst einen ersten Abschnitt 445, ein Verbindungselement 455, das U-förmig ausgebildet sein kann, sowie den zweiten Abschnitt 450. Das Verbindungselement 455 weist ein Grundelement 460, ein erstes Schenkelelement 465 sowie ein zweites Schenkelelement 470 auf. Der erste Abschnitt 445 der Federeinheit 440 ist mit dem Hebelarm 430 und dem ersten Schenkelelement 465 des Verbindungselements 455 befestigt. Dabei ist der erste Abschnitt 445 beispielsweise parallel zur z-Richtung ausgerichtet und das erste Schenkelelement 465 ebenfalls parallel zur z-Achse, sodass der erste Abschnitt 445 parallel zum ersten Schenkelelement 465 orientiert ist.
Das erste Schenkelelement 465 ist mit dem Grundelement 460 verbunden, wobei das Grundelement 460 parallel zur x-Achse orientiert ist. Das Grundelement 460 ist ferner mit dem zweiten Schenkelelement 470 verbunden, wobei das zweite Schenkelelement 470 parallel zur z-Achse ausgerichtet ist und damit senkrecht zum Grundelement 460 orientiert ist. Das zweite Schenkelelement 470 ist mit dem zweiten Abschnitt 450 der Federeinheit 440 verbunden, wobei der zweite Abschnitt 450 parallel zur x-Achse orientiert ist und somit senkrecht zum zweiten Schenkelelement 470 ausgerichtet ist. Der erste Abschnitt 445 und der zweite Abschnitt 450 sind demnach senkrecht zueinander orientiert, wobei der zweite Abschnitt 450 mit der Feststruktur 105 verbunden ist. Auf eine Darstellung eines Festanschlags für die Anschlagsstruktur 420 in 3 b wurde verzichtet, wenngleich die Anschlagsstruktur 420 einen solchen Festanschlag umfassen kann. Insbesondere können die Anschlagsstrukturen 320, 420 in den 3 a und b anstelle der Befestigung an der Feststruktur 105 auch am Massekörper 115 befestigt sein. Dies ist jedoch nicht dargestellt. Ferner sind Abweichungen in der geometrischen Ausgestaltung der Anschlagsstrukturen 320, 420 denkbar, wie beispielsweise abgerundete Verbindungselemente 355, 455, abweichende Längen der Komponenten, weitere Komponenten, etc. Auch die Anschlagsstrukturen 320, 420 sind parallel bzw. in Reihe koppelbar, was in den 3 a und b nicht gezeigt ist.
Die 3 c bis e zeigen jeweils eine dritte bis fünfte Ausführungsform der Federeinheit 240. Insbesondere kann die Federeinheit 240 in 3 c eine schematisch angedeutete L-Form aufweisen bzw. kann das Verbindungselement 255 L-förmig ausgebildet sein. Die Federeinheit 240 kann wie in 3 d vereinfacht dargestellt ist, eine S-Form umfassen bzw. kann das Verbindungselement 255 s-förmig ausgebildet sein. Die Federeinheit 240 kann nach 3 e eine M-Form aufweisen bzw. kann das Verbindungselement 255 M-förmig ausgebildet sein. Die 3 c bis e zeigen exemplarisch die Befestigung der Federeinheit 240 mit der Feststruktur 105. Alternativ ist auch eine Befestigung an der Unterseite 285 des Massekörpers 115 denkbar. Ferner kann das freie Ende des Hebelarms, in dessen Bereich die gekrümmte Oberfläche 235 ausgebildet ist, abweichend zur Darstellung orientiert sein, zum Beispiel oberhalb des jeweiligen Verbindungselements 255.
Der mikromechanische Beschleunigungssensor 500 in 3 f weist eine Anschlagsstruktur 520 nach einer fünften Ausführungsform auf. Dabei umfasst die Anschlagsstruktur 520 beispielsweise eine Anschlagsstruktur 320, wie sie in 3 a dargestellt und mit der Feststruktur 105 verbunden ist, sowie eine dazu symmetrisch ausgebildete weitere Anschlagsstruktur 320, die an dem Massekörper 115 befestigt ist. Die beiden Anschlagsstrukturen 320 sind also miteinander in Reihe gekoppelt und können bei einer Auslenkung des Massekörpers 115 im Falle eines Kontakts jeweils entlang der gekrümmten Oberflächen 335 der als elastische Hebelarme 330 ausgebildeten Wirkelemente 325 eine Abrollbewegung parallel zur x-Achse ausführen, also senkrecht zur Auslenkungsrichtung, die zum Beispiel in z-Richtung erfolgt. Auch durch die Kopplung der beiden Anschlagsstrukturen 320 wird bei entsprechender Auslenkung des Massekörpers 115 in den Federeinheiten 340 der Anschlagsstrukturen 320 eine Rückstellkraft, die entgegengesetzt zur Auslenkungsrichtung wirkt, erzeugt, um die Anschlagsstrukturen 320 zusammen mit der Rollbewegung der ausgelenkten Anschlagsstrukturen 320 wieder in die Ruheposition zurück zu bringen und einen Kontakt zwischen den Anschlagsstrukturen 320 zu lösen.
4 a bis c zeigen eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 600 mit einer Anschlagsstruktur 620 nach einer sechsten Ausführungsform. Dabei zeigen die 4 a und b einen zeitlichen Verlauf einer Auslenkung des Massekörpers 115. Insbesondere zeigt 4 a die Ruheposition und 4 b zeigt die Auslenkung des Massekörpers 115 entlang einer zweiten Auslenkungsrichtung 190, parallel zur z-Achse, angezeigt durch den schematischen Pfeil. Beispielsweise ist die zweite Auslenkungsrichtung 190 in 4 entgegengesetzt zur ersten Auslenkungsrichtung 180 in den 1 a bis c und 2 a bis c orientiert. Im Unterschied zu den 1 a bis d, 2 a bis f und 3 f weist der Massekörper 115 in 4 a und b eine Aussparung 601 auf, wobei die Anschlagsstruktur 620 zumindest teilweise in der Aussparung 601 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel in 4 a und b ist die Anschlagsstruktur 620 zum Beispiel vollständig in der Aussparung 601 angeordnet, da die Aussparung 601 eine Ausdehnung in x- und z-Richtung umfasst. Zudem kann die Aussparung 601 eine Ausdehnung in y-Richtung aufweisen, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Es ist zudem denkbar, dass auch die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele Aussparungen umfassen können, um die jeweiligen Anschlagsstrukturen 120, 220, 320, 420 zumindest teilweise in die Aussparungen aufzunehmen.
Die Anschlagsstruktur 620 in den 4 a bis c ist T-förmig ausgebildet und weist ein Querelement 621 sowie ein Fußelement 623 auf. Die T-Form kann zudem einer Ankerform entsprechen. Das Fußelement 623 ist beispielsweise parallel zur z-Achse orientiert und umfasst ein erstes Ende 626 sowie ein zweites Ende 627. Das erste Ende 626 des Fußelements ist in den 4 a und b mit der Feststruktur 105 und in 4 c mit dem Massekörper 115 verbunden. Das zweite Ende 627 des Fußelements 623 ist in den 4 a bis c mit dem Querelement 621 befestigt, sodass das Querelement 621 symmetrisch am zweiten Ende 627 des Fußelements 623 angeordnet ist. Das Querelement 621 ist zum Beispiel parallel zur x-Achse orientiert und ist damit senkrecht zum Fußelement 623 ausgerichtet. Das Querelement 621 weist ein erstes Ende 628 und ein zweites Ende 629 auf. Am ersten und zweiten Ende 628, 629 des Querelements 621 ist jeweils ein Wirkelement 625 mit einer gekrümmten Oberfläche 635 ausgebildet, wobei das Wirkelement 625 einem Hebelarm 630 mit gekrümmter Oberfläche 635 entsprechen kann.
Das Wirkelement 625 in den 4 a und b ist ausgebildet, entlang der gekrümmten Oberfläche 635 die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper 115 auszuführen, wobei die seitliche Abrollbewegung im gezeigten Beispiel parallel zur x-Achse verläuft. Dabei zeigt die gekrümmte Oberfläche 635 des Hebelarms 630 des Wirkelements 625 beispielsweise entgegengesetzt zu der in 4 b dargestellten zweiten Auslenkungsrichtung 190. Hierbei ist in einer alternativen Ausgestaltung ebenfalls denkbar sowohl die Auslenkungsrichtung 190 umzukehren als auch die Orientierung des Hebelarms 630 des Wirkelements 625. Beispielsweise zeigt die gekrümmte Oberfläche 635 des Hebelarms 630 des Wirkelements 625 in 4 c zur Feststruktur 105 hin, da die Anschlagsstruktur 620 am Massekörper 115 befestigt ist und das Wirkelement 625 ausgelegt ist, entlang der gekrümmten Oberfläche 635 die seitliche Abrollbewegung gegenüber der Feststruktur 105 auszuführen. In 4 c sind keine Festanschläge 690 gezeigt. Die Anschlagsstruktur 620 in 4c kann jedoch ebenfalls Festanschläge 690 umfassen.
Die Anschlagsstruktur 620 in den 4 a bis c kann zudem eine Federeinheit 640 umfassen. Die Federeinheit 640 kann in dem Wirkelement 625 integriert sein, also jeweils mit dem ersten und zweiten Ende 628, 629 des Querelements 621 und dem Hebelarm 630 mit der gekrümmten Oberfläche 635 verbunden sein und beispielsweise als mechanische Feder ausgebildet sein. Die mechanische Feder kann gebogen sein. Alternative geometrische Ausgestaltungen sind ebenfalls denkbar, wie zum Beispiel eine gerade mechanische Feder, die parallel zur z-Achse ausgerichtet ist und das erste und zweite Ende 628, 629 des Querelements 621 mit dem Hebelarm 630 mit der gekrümmten Oberfläche 635 verbindet. Ferner kann das Querelement 621 ebenfalls federnd ausgebildet sein, indem es zum Beispiel eine mechanische Feder umfasst oder aus elastischem Material gefertigt ist.
Die Anschlagsstruktur 620 kann jeweils Festanschläge 690 umfassen, um die maximale Auslenkung der Anschlagsstruktur 690 zu begrenzen. Dies ist nicht zwingend erforderlich, kann jedoch helfen die Federeinheit 640, mit ggf. umfassenden mechanischen Federn, zu schonen. Der Festanschlag 690 kann bei einer Orientierung der Anschlagsstruktur 620 wie in 4 a und b dargestellt in z-Richtung jeweils oberhalb eines freien Endes 696 des Hebelarms 630 des Wirkelements 625 angeordnet sein. Die T-förmige oder ankerförmige Anschlagsstruktur 620 weist im 4 b bei einem Kontakt 155 zwischen dem Massekörper 115 und der Anschlagsstruktur 620 insbesondere zwei Kontaktpunkte 160 auf und bietet somit verteilte Angriffspunkte für die auftretenden Kräfte. Bei weiterer Auslenkung des Massekörpers 115 und der Anschlagsstruktur 620 wandert der Kontaktpunkt 160 aufgrund der Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche 635 des Hebelarms 630 des Wirkelements 625 beispielsweise um die dargestellte Strecke 170 in x-Richtung (durch den schematischen Pfeil angedeutet) und bildet den gewanderten Kontaktpunkt 165. Zusätzlich zur Bewegung der Anschlagsstruktur 620 in z-Richtung aufgrund der Auslenkung, führt die Anschlagsstruktur 620 also wie für die oben genannten Ausführungsbeispiele die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper 115 entlang der gekrümmten Oberfläche 635 des Wirkelements 625 aus.
Die Auslenkung des Massekörpers 115 und der Anschlagsstruktur 620 entlang der zweiten Auslenkungsrichtung 190 in z-Richtung erzeugt also sowohl in der federnden Aufhängung 110 als auch in der Anschlagsstruktur 620, also in der Federeinheit 640, jeweils eine Rückstellkraft, die entgegen gesetzt zur Auslenkungsrichtung wirkt und zusammen mit der Rollbewegung der ausgelenkten Anschlagsstruktur 620 dazu beiträgt, den Kontakt 155 zwischen der Anschlagsstruktur 620 und dem Massekörper 115 zu lösen und diese in die Ruheposition der 4 a zurückzuführen.
Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4431327 A1 [0004]

Claims

Mikromechanischer Beschleunigungssensor (100, 200, 500, 600) mit einem federnd an einer Feststruktur (105) aufgehängten seismischen Massekörper (115) und einer Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) mit einem Wirkelement (125, 225, 325, 425, 625), wobei die Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) mit der Feststruktur (105) oder dem Massekörper (115) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkelement (125, 225, 325, 425, 625) eine gekrümmte Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) aufweist, dass die gekrümmte Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) zugewandt ist, dass das Wirkelement (125, 225, 325, 425, 625) ausgelegt ist, um bei einer Auslenkung des Massekörpers (115) mit der gekrümmten Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) in Kontakt (155) mit dem Massekörper (115) oder mit der Feststruktur (105) zu gelangen und beim Kontakt (155) eine seitliche Abrollbewegung entlang der gekrümmten Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) gegenüber dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) auszuführen.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei die Anschlagstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) federnd ausgebildet, wobei die Anschlagstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) ausgelegt ist, um bei einem Kontakt der gekrümmten Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) mit dem Massekörper (115) oder mit der Feststruktur (105) während der seitlichen Abrollbewegung federnd zusammengedrückt zu werden.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wirkelement (125) einen Körper (130) mit gekrümmter Oberfläche (135), insbesondere einen Kreiszylinder bildet, wobei die Anschlagsstruktur (120) eine Federeinheit (140) mit einem ersten Federelement (145) und einem zweiten Federelement (150) aufweist, die jeweils mit dem Körper (130) und der Feststruktur (105) oder mit dem Massekörper (115) und der Feststruktur (105) verbunden sind, und wobei der Körper (130) und die Federeinheit (140) ausgelegt sind, um bei einem Kontakt (155) der gekrümmten Oberfläche (135, 235, 335, 435, 635) mit dem Massekörper (115) oder mit der Feststruktur (105) entlang der gekrümmten Oberfläche (135) die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) auszuführen.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2,wobei die Anschlagsstruktur (220, 320, 420, 520) als Wirkelement (225, 325, 425) einen elastischen Hebelarm (230, 330, 430) mit der gekrümmten Oberfläche (235, 335, 435) aufweist, wobei der Hebelarm (230, 330, 430) einseitig mit einem ersten Ende mit dem Massekörper (115) oder mit der Feststruktur (105) verbunden ist, und wobei der Hebelarm (230, 330, 430) in einem Abstand zum ersten Ende, insbesondere im Bereich eines zweiten freien Endes die gekrümmte Oberfläche (235, 335, 435) aufweist und wobei der Hebelarm (230, 330, 430) ausgelegt ist, entlang der gekrümmten Oberfläche (235, 335, 435) die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) auszuführen.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, wobei die Anschlagsstruktur (220, 320, 420, 520) eine Federeinheit (240, 340, 440) umfasst, wobei der Hebelarm (230, 330, 430) einseitig an der Federeinheit (240, 340, 440) befestigt ist und die Federeinheit (240, 340, 440) mit der Feststruktur (105) oder dem Massekörper (115) verbunden ist, und wobei der Hebelarm (230, 330, 430) ausgelegt ist, entlang der gekrümmten Oberfläche (235, 335, 435) die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) auszuführen.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, wobei die Federeinheit (240) wenigstens eine einseitig abgewinkelte Form, insbesondere eine U-Form, L-Form, S-Form oder eine M-Form aufweist.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Federeinheit (240) einen ersten Abschnitt (245), ein Verbindungselement (255) und einen zweiten Abschnitt (250) aufweist, wobei das Verbindungselement (255) insbesondere eine U-Form aufweist mit einem Grundelement (260), einem ersten Schenkelelement (265) und einem zweiten Schenkelelement (270), wobei der erste Abschnitt (245) der Federeinheit (240) mit dem Hebelarm (230) und dem ersten Schenkelelement (265) des Verbindungselements (255) befestigt ist, wobei der erste Abschnitt (245) der Federeinheit (240) im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite des Massekörpers (115) und das erste Schenkelelement (265) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das erste Schenkelelement (265) mit dem Grundelement (260) verbunden ist und das Grundelement (260) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das Grundelement (260) mit dem zweiten Schenkelelement (270) verbunden ist und das zweite Schenkelelement (270) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei der zweite Abschnitt (250) der Federeinheit (240) mit dem zweiten Schenkelelement (270) und der Feststruktur (105) oder mit dem zweiten Schenkelelement (270) und dem Massekörper (115) verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt (250) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, und wobei der erste Abschnitt (245) der Federeinheit (240) gegenüberliegend zu dem zweiten Abschnitt (250) der Federeinheit (240) angeordnet ist.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Federeinheit (340) einen ersten Abschnitt (345), ein Verbindungselement (355) und einen zweiten Abschnitt (350) aufweist, wobei das Verbindungselement (355) insbesondere eine U-Form aufweist mit einem Grundelement (360), einem ersten Schenkelelement (365) und einem zweiten Schenkelement (370), wobei das erste Schenkelelement (365) länger als das zweite Schenkelelement (370) ausgebildet ist, wobei der erste Abschnitt (345) der Federeinheit (340) mit dem Hebelarm (330) und dem ersten Schenkelelement (365) des Verbindungselements (355) befestigt ist, wobei der erste Abschnitt (345) der Federeinheit (340) im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite (285) des Massekörpers (115) und das erste Schenkelelement (365) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das erste Schenkelelement (365) mit dem Grundelement (360) verbunden ist und das Grundelement (360) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das Grundelement (360) mit dem zweiten Schenkelelement (370) verbunden ist und das zweite Schenkelelement (370) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei der zweite Abschnitt (350) der Federeinheit (340) mit dem zweiten Schenkelelement (370) und der Feststruktur (105) oder mit dem zweiten Schenkelelement (370) und dem Massekörper (115) verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt (350) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, und wobei der erste Abschnitt (345) der Federeinheit (340) versetzt zu dem zweiten Abschnitt (350) der Federeinheit (340) angeordnet ist.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Federeinheit (440) einen ersten Abschnitt (445), ein Verbindungselement (455) und einen zweiten Abschnitt (450) aufweist, wobei das Verbindungselement (455) insbesondere eine U-Form aufweist mit einem Grundelement (460), einem ersten Schenkelelement (465) und einem zweiten Schenkelement (470), wobei der erste Abschnitt (445) der Federeinheit (440) mit dem Hebelarm (430) und dem ersten Schenkelelement (465) des Verbindungselements (455) befestigt ist, wobei der erste Abschnitt (445) der Federeinheit (440) im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite (285) des Massekörpers (115) und das erste Schenkelelement (465) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das erste Schenkelelement (465) mit dem Grundelement (460) verbunden ist und das Grundelement (460) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei das Grundelement (460) mit dem zweiten Schenkelelement (470) verbunden ist und das zweite Schenkelelement (470) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, wobei der zweite Abschnitt (450) der Federeinheit (440) mit dem zweiten Schenkelelement (470) und der Feststruktur (105) oder mit dem zweiten Schenkelelement (470) und dem Massekörper (115) verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt (450) im Wesentlichen parallel zu der Unterseite (285) des Massekörpers (115) ausgerichtet ist, und wobei der erste Abschnitt (445) der Federeinheit (440) im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Abschnitt (450) der Federeinheit (440) angeordnet ist.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anschlagsstruktur (620) T-förmig mit einem Querelement (621) und einem Fußelement (623) ausgebildet ist, wobei das Fußelement (623) mit einem ersten Ende (626) an der Feststruktur (105) oder an dem Massekörper (115) befestigt ist, wobei das Querelement (621) an einem zweiten Ende (627) des Fußelementes (623) befestigt ist und ein erstes und zweites Ende (628, 629) umfasst, wobei an dem ersten und zweiten Ende (628, 629) des Querelements (621) jeweils ein Wirkelement (625) mit einer gekrümmten Oberfläche (635) ausgebildet ist, und wobei das Wirkelement (625) ausgelegt ist, entlang der gekrümmten Oberfläche (635) die seitliche Abrollbewegung gegenüber dem Massekörper (115) oder der Feststruktur (105) auszuführen.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) einen Festanschlag (290, 390, 690) umfasst, der eine maximale Auslenkung der Anschlagstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) begrenzt.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 620) mit einer weiteren Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 620) in Reihe gekoppelt ist.
Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Massekörper (115) eine Aussparung (601) aufweist, wobei die Anschlagsstruktur (120, 220, 320, 420, 520, 620) zumindest teilweise in der Aussparung (601) angeordnet ist.