DE102022211284A1

DE102022211284A1 - Micromechanical structure and micromechanical loudspeaker

Info

Publication number: DE102022211284A1
Application number: DE102022211284.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024088705A1

Abstract

Es werden eine mikromechanische Struktur 200 und ein mikromechanischer Lautsprecher vorgeschlagen. Die mikromechanische Struktur 200 umfasst zumindest eine bewegliche Biegeeinheit 220, die eine Mehrzahl an Biegeelementen 225 aufweist, wobei die Mehrzahl an Biegeelementen 225 als auslenkbare Federelemente ausgebildet sind. Ein erstes Federelement 230 weist eine lineare Federkonstante und/oder ein zweites Federelement 235 weist eine nichtlineare Federkonstante in einem zugehörigen Kraft-Wege-Diagramm auf. Das erste und/oder zweite Federelement 230, 235 sind funktional aktuierbar, in der Ausbildung der mikromechanischen Struktur 200 als Lautsprecher, funktional aktuierbar zur Erzeugung von Schall. Das erste und/oder zweite Federelement 230, 235 sind mechanisch gekoppelt 250, sodass ihre gemeinsame Federkennlinie im Kraft-Wege Diagramm einen Wendepunkt aufweist. Das erste und/oder zweite Federelement 230, 235 werden zur Einstellung der gemeinsamen Federkennlinie für einen funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur lateral 240 und/oder rotatorisch mittels zumindest eines Aktuierungselements 245 vorausgelenkt, wobei das zumindest eine Aktuierungselement 245 eine temporäre oder permanente Vorauslenkung bewirkt. Der mikromechanische Lautsprecher weist ferner eine Signalverarbeitungseinheit zum Anlegen und Verarbeiten von Signalen der mikromechanischen Struktur auf.A micromechanical structure 200 and a micromechanical loudspeaker are proposed. The micromechanical structure 200 comprises at least one movable bending unit 220, which has a plurality of bending elements 225, wherein the plurality of bending elements 225 are designed as deflectable spring elements. A first spring element 230 has a linear spring constant and/or a second spring element 235 has a non-linear spring constant in an associated force-displacement diagram. The first and/or second spring elements 230, 235 are functionally actuable, in the design of the micromechanical structure 200 as a loudspeaker, functionally actuable to generate sound. The first and/or second spring elements 230, 235 are mechanically coupled 250, so that their common spring characteristic curve has an inflection point in the force-displacement diagram. The first and/or second spring elements 230, 235 are laterally 240 and/or rotationally pre-deflected by means of at least one actuating element 245 in order to set the common spring characteristic curve for functional operation of the micromechanical structure, wherein the at least one actuating element 245 causes a temporary or permanent pre-deflation. The micromechanical loudspeaker also has a signal processing unit for applying and processing signals from the micromechanical structure.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Struktur und einen mikromechanischen Lautsprecher.The invention relates to a micromechanical structure and a micromechanical loudspeaker.

Stand der TechnikState of the art

Eine mikromechanische Struktur (als Beschleunigungssensor ausgebildet) mit einer Mehrzahl an Biegeelementen ist aus der Offenlegungsschrift CN109085382A bekannt.A micromechanical structure (designed as an acceleration sensor) with a plurality of bending elements is known from the published patent application CN109085382A known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte mikromechanische Struktur und einen optimierten mikromechanischen Lautsprecher anzugeben.The object of the present invention is to provide an improved micromechanical structure and an optimized micromechanical loudspeaker.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Es werden eine mikromechanische Struktur und ein mikromechanischer Lautsprecher vorgeschlagen. Die mikromechanische Struktur, umfasst zumindest eine bewegliche Biegeeinheit, die eine Mehrzahl an Biegeelementen aufweist, wobei die Mehrzahl an Biegeelementen als auslenkbare Federelemente ausgebildet sind. Zumindest ein erstes Federelement weist eine lineare Federkonstante in einem zugehörigen Kraft-Wege-Diagramm auf und/oder zumindest ein zweites Federelement weist eine nichtlineare Federkonstante in einem zugehörigen Kraft-Wege-Diagramm auf. Das erste Federelement und/oder das zweite Federelement sind funktional aktuierbar, insbesondere funktional aktuierbar zur Erzeugung von Schall, um einen mikromechanischen Lautsprecher zu bilden. Das erste Federelement und/oder das zweite Federelement sind mechanisch gekoppelt, sodass ihre gemeinsame Federkennlinie im Kraft-Wege Diagramm einen Wendepunkt aufweist. Das erste Federelement und/oder das zweite Federelement werden zur Einstellung der gemeinsamen Federkennlinie für einen funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur lateral und/oder rotatorisch mittels zumindest eines Aktuierungselements vorausgelenkt, wobei das zumindest eine Aktuierungselement eine temporäre oder permanente Vorauslenkung bewirkt. Bei der Ausbildung der mikromechanischen Struktur als ein mikromechanischer Lautsprecher sind erste Federelement und/oder das zweite Federelement funktional aktuierbar zur Erzeugung von Schall ausgebildet. Der mikromechanische Lautsprecher weist ferner eine Signalverarbeitungseinheit zum Anlegen und Verarbeiten von Signalen der mikromechanischen Struktur auf. Die Signalverarbeitungseinheit kann auch eine Steuereinheit bilden bzw. umfassen, zum Ansteuern der mikromechanischen Struktur.A micromechanical structure and a micromechanical loudspeaker are proposed. The micromechanical structure comprises at least one movable bending unit which has a plurality of bending elements, wherein the plurality of bending elements are designed as deflectable spring elements. At least one first spring element has a linear spring constant in an associated force-displacement diagram and/or at least one second spring element has a non-linear spring constant in an associated force-displacement diagram. The first spring element and/or the second spring element can be functionally actuated, in particular functionally actuated to generate sound in order to form a micromechanical loudspeaker. The first spring element and/or the second spring element are mechanically coupled so that their common spring characteristic curve has an inflection point in the force-displacement diagram. The first spring element and/or the second spring element are laterally and/or rotationally pre-deflected by means of at least one actuating element in order to set the common spring characteristic for functional operation of the micromechanical structure, wherein the at least one actuating element causes a temporary or permanent pre-deflation. When the micromechanical structure is designed as a micromechanical loudspeaker, the first spring element and/or the second spring element are designed to be functionally actuable to generate sound. The micromechanical loudspeaker also has a signal processing unit for applying and processing signals from the micromechanical structure. The signal processing unit can also form or comprise a control unit for controlling the micromechanical structure.

Vorteilhaft sinkt die Federsteifigkeit durch die Vorauslenkung auf Werte, die für die Funktion bzw. den funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur erforderlich sind. Die Federsteifigkeit für laterale, vertikale und rotatorische Auslenkung kann vorteilhaft unterschiedlich stark ausgelegt werden und bietet somit größtmögliche Flexibilität in der Implementierung. Zum Beispiel kann die Federsteifigkeit für eine Auslenkungen lateral (nach Vorauslenkung) klein und zugleich für vertikale Auslenkungen groß ausgelegt werden. In ähnlicher Weise können auch unerwünschte (ggf. höhere) Schwingungsmodi verringert bzw. vermieden werden.The spring stiffness advantageously drops due to the pre-deflection to values that are required for the function or functional operation of the micromechanical structure. The spring stiffness for lateral, vertical and rotational deflection can advantageously be designed to varying degrees, thus offering the greatest possible flexibility in implementation. For example, the spring stiffness can be designed to be small for a lateral deflection (after pre-deflection) and large for vertical deflection. In a similar way, undesirable (possibly higher) vibration modes can also be reduced or avoided.

Die Einstellung der gemeinsamen Federkennlinie für einen funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur kann eine weitere Auslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements in einem näherungsweise linearen Bereich um den Wendepunkt der gemeinsamen Federkennlinie im Kraft-Wege Diagramm bedeuten. Der funktionale Betrieb der mikromechanischen Struktur, die funktionale Aktuierung oder die weitere Auslenkung des ersten und/oder zweiten Federelements können dabei jeweils als Synonyme aufgefasst werden. Die weitere Auslenkung des ersten und/oder zweiten Federelements oder eines an den genannten Federelementen angefügten oder mit den genannten Federelementen verbundenen Elements, das nicht als Federelement ausgebildet ist, führt zu einer Bewegung des ersten und/oder zweiten Federelements, wodurch die angrenzende Luft ebenfalls in Bewegung versetzt wird.The setting of the common spring characteristic curve for functional operation of the micromechanical structure can mean a further deflection of the first spring element and/or the second spring element in an approximately linear range around the turning point of the common spring characteristic curve in the force-displacement diagram. The functional operation of the micromechanical structure, the functional actuation or the further deflection of the first and/or second spring element can each be understood as synonyms. The further deflection of the first and/or second spring element or of an element attached to or connected to the spring elements mentioned, which is not designed as a spring element, leads to a movement of the first and/or second spring element, whereby the adjacent air is also set in motion.

Die akustische Leistung eines MEMS-Lautsprechers entsteht durch die Verdichtung der Luft durch eine bewegte Membran, Lamelle oder durch bewegte Federelemente (z.B. ein erstes und/oder zweites Federelement), wie oben beschrieben. Je größer das Volumen der komprimierten Luft, d.h. die Fläche oder die Bewegungsamplitude der Membran (bei vertikaler Auslenkung) oder Federelement bzw. Lamelle (bei lateraler Auslenkung) mit den für die gewünschten Töne entsprechenden Frequenzen ist, umso größer ist die akustische Leistung des Lautsprechers.The acoustic performance of a MEMS loudspeaker is created by the compression of air by a moving membrane, lamella or by moving spring elements (e.g. a first and/or second spring element), as described above. The larger the volume of compressed air, i.e. the area or the amplitude of movement of the membrane (with vertical deflection) or spring element or lamella (with lateral deflection) with the frequencies corresponding to the desired sounds, the greater the acoustic performance of the loudspeaker.

Der Schalldruckpegel ist ein Maß für die Schallleistung, die dem Quadrat des Schalldruckes proportional ist. Bei MEMS-Lautsprechern ist die erzielbare Auslenkung durch die limitierte Kraft der Elemente beschränkt. Die Auslenkung der Membran, des/der Federelement/e oder der Lamelle ist in weiten Bereichen in der Regel der Kraft proportional. Die Proportionalitätskonstante ist die „Federkonstante“ oder „Steifigkeit“ der Membran, des/der Federelement/e oder der Lamelle. Die Steifigkeit ist eine Funktion u.a. der Membran-, der Federelement- bzw. der Lamellengeometrie (i.W. Dicke/Höhe, Durchmesser/Länge) und des Elastizitätsmoduls des Materials. Die Steifigkeit der Membrane/Federelemente/Lamellen bestimmt ihre Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz von Lautsprechern liegt oberhalb der Frequenzen, die sie im Betrieb als Schall erzeugt.The sound pressure level is a measure of the sound power, which is proportional to the square of the sound pressure. In MEMS loudspeakers, the achievable deflection is restricted by the limited force of the elements. The deflection of the membrane, spring element(s) or lamella is generally proportional to the force over a wide range. The proportionality constant is the "spring constant" or "stiffness" of the membrane, spring element(s) or lamella. The stiffness is a function of, among other things, the membrane, spring element or lamella geometry (i.e. thickness/height, diameter/length) and the elastic modulus of the material. The stiffness of the membrane/spring elements/lamellas determines their resonance frequency. The resonance frequency of loudspeakers is above the frequencies that they generate as sound during operation.

Eine fundamentale Schwierigkeit mikromechanischer (MEMS-) Lautsprecher nach dem Stand der Technik besteht darin, dass ihre akustische Schalleistung für viele Anwendungen nicht ausreicht. MEMS-Lautsprecher mit lateral auslenkbaren Lamellen ist ein Konzept für MEMS-Lautsprecher mit dem potenziell eine hohe akustische Leistung erreichbar ist. Zur Erreichung dieses Ziels sind große Auslenkungen oder Lamellenflächen erforderlich. Bei gewünscht kleinen lateralen Abmessungen für das Bauteil sind große Lamellenflächen durch eine große Lamellenhöhe (dicke Funktionsschicht) erreichbar. Mit einer großen Lamellenhöhe steigt aber zugleich auch ihre Steifigkeit, was wiederum die Auslenkamplitude herabsenkt. Um eine möglichst niedrige Federsteifigkeit für eine möglichst große Auslenkung bei limitierter Kraft zu erhalten, müssen die Lamellen in ihrer gesamten Höhe sehr dünn ausgeführt werden. Für ihre Strukturierung sind daher sehr hohe, bisher fertigungssicher nicht erreichbare, Aspektverhältnisse (Trenchtiefe zu Trenchbreite) und möglichst senkrechte Trenchwandwinkel mit sehr geringen Geometrie-Toleranzen zu realisieren.A fundamental difficulty of state-of-the-art micromechanical (MEMS) loudspeakers is that their acoustic sound power is insufficient for many applications. MEMS loudspeakers with laterally deflectable lamellae are a concept for MEMS loudspeakers with which a high acoustic performance can potentially be achieved. To achieve this goal, large deflections or lamella areas are required. If the lateral dimensions for the component are small, large lamella areas can be achieved by a large lamella height (thick functional layer). However, with a large lamella height, their rigidity also increases, which in turn reduces the deflection amplitude. In order to achieve the lowest possible spring stiffness for the greatest possible deflection with limited force, the lamellae must be made very thin across their entire height. For their structuring, very high aspect ratios (trench depth to trench width), which were previously not reliably achievable in production, and trench wall angles that are as vertical as possible with very low geometric tolerances must therefore be achieved.

Mithilfe der oben vorgeschlagenen mikromechanischen Struktur können vorteilhaft große (hohe) Silizium-Lamellenflächen bzw. große (hohe) Silizium-Federelemente bei gleichzeitig niedriger Federsteifigkeit realisiert werden. Denn durch geeignete Dimensionierung der Biegeelemente (Zusammenschaltung gekrümmter und/oder gefalteter Elemente bzw. Federelemente) kann die Federkennlinie (Kennlinie) in der Umgebung dieses Bereichs variiert werden. So kann die Federkennlinie in einem weiten Bereich um den Wendepunkt nahezu linear und mit kleiner Steigung gestaltet werden. Üblicherweise werden Sensoren und Aktoren für den Betrieb in einem linearen Steifigkeitsbereich ausgelegt. Wird ein MEMS-Lautsprecher dieses Typs - d.h. mit lateral angeordneten Biegeelementen (Federelemente) - durch eine Vorauslenkung in diesen Bereich gebracht und betrieben, ist die für eine Aktuierung erforderliche Kraft vorteilhaft gering bzw. es können vorteilhaft mit kleinen Kräften große Bewegungsamplituden - entsprechend hohe Schalleistungen - erzielt werden. Insbesondere können Lamellen (lateral biegsame Balken) bzw. Federelemente mit solchem Federkennlinienverlauf für Silizium-MEMS-Sensoren und -Aktoren, bereitgestellt werden, die sich nur durch eine durch Vorauslenkung verkleinerte, positive oder negative Federsteifigkeit realisieren lassen.Using the micromechanical structure proposed above, it is advantageous to realize large (high) silicon lamella surfaces or large (high) silicon spring elements with low spring stiffness at the same time. This is because by appropriately dimensioning the bending elements (connection of curved and/or folded elements or spring elements), the spring characteristic (characteristic curve) can be varied in the vicinity of this range. In this way, the spring characteristic can be designed to be almost linear and with a small gradient in a wide range around the turning point. Sensors and actuators are usually designed for operation in a linear stiffness range. If a MEMS loudspeaker of this type - i.e. with laterally arranged bending elements (spring elements) - is brought into this range by pre-deflection and operated, the force required for actuation is advantageously low, or large movement amplitudes - correspondingly high sound power - can be achieved with small forces. In particular, lamellae (laterally flexible beams) or spring elements with such spring characteristics can be provided for silicon MEMS sensors and actuators, which can only be realized by a positive or negative spring stiffness reduced by pre-deflection.

In einer weiteren Ausführungsform ist die mikromechanische Struktur funktional aktuierbar zur Verwendung als eine der nachfolgenden Komponenten ausgebildet: ein Gravimeter, eine Waage, insbesondere eine Nano-Waage, ein xy- und/oder Drehaktor, insbesondere für ein Translations- oder Rotations-Mikropositionierelement, ein Energy-harvester, ein Relais, das monostabil oder bistabil ausgebildet ist. Das oben beschriebene Prinzip ermöglicht vorteilhaft die Realisierung eines großen Anwendungsspektrums von MEMS-Sensoren und Aktoren (in Silizium) auch für die beispielhaft genannten anderen Anwendungen, die gegenüber Zerstörung durch Überlast vorteilhaft sehr robust sind, und dennoch durch ihre geringe Steifigkeit im Betrieb große Bewegungsamplituden für die Sensierung oder für die Aktuierung ermöglichen.In a further embodiment, the micromechanical structure is designed to be functionally actuable for use as one of the following components: a gravimeter, a scale, in particular a nano-scale, an xy and/or rotary actuator, in particular for a translational or rotary micro-positioning element, an energy harvester, a relay that is designed to be monostable or bistable. The principle described above advantageously enables the realization of a wide range of applications for MEMS sensors and actuators (in silicon), also for the other applications mentioned as examples, which are advantageously very robust against destruction by overload, and yet enable large movement amplitudes for sensing or actuation due to their low rigidity during operation.

Während der Herstellung befindet sich das Bauteil - ohne Einwirkung von Kräften - im Kennlinienbereich mit einer großen Steifigkeit (große Steigung in der Federkennlinie in 14 d). Das bedeutet eine große Robustheit gegenüber einer Zerstörung durch Überlast. Möglichst weit am Ende des Herstellungsprozesses bzw. zur Einstellung der Funktion für den Anwendungsfall wird das bewegliche Element/die bewegliche Biegeeinheit temporär oder dauerhaft soweit ausgelenkt, dass der flache Kennlinienbereich erreicht wird. Damit ist für eine weitere Auslenkung eines Sensors oder Aktors in diesem Bereich vorteilhaft nur noch eine kleine Kraft erforderlich.During production, the component is - without the influence of forces - in the characteristic curve area with a high stiffness (large slope in the spring characteristic curve in 14d) This means that it is extremely robust and cannot be destroyed by overload. As far as possible at the end of the manufacturing process or to set the function for the application, the movable element/the movable bending unit is temporarily or permanently deflected to such an extent that the flat characteristic curve range is reached. This means that only a small amount of force is required for further deflection of a sensor or actuator in this range.

In einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Aktuierungselement elektrostatisch aktuierbar und/oder pneumatisch aktuierbar und/oder piezoelektrisch aktuierbar und/oder magnetisch aktuierbar und/oder thermisch aktuierbar ausgebildet.In a further embodiment, the at least one actuating element is designed to be electrostatically actuated and/or pneumatically actuated and/or piezoelectrically actuated and/or magnetically actuated and/or thermally actuated.

Je nach Geometrie der Federelemente und der eingesetzten Aktorelemente kann über die Vorauslenkung ihre Federkonstante bzw. ihre Resonanzfrequenz variiert werden, sodass für eine weitere Auslenkung (funktionaler Betrieb) eines Sensors oder Aktors vorteilhaft nur noch eine kleine Kraft erforderlich ist.Depending on the geometry of the spring elements and the actuator elements used, their spring constant or their resonance frequency can be varied via the pre-deflection, so that only a small force is required for further deflection (functional operation) of a sensor or actuator.

Bekannte Lösungen, beispielsweise MEMS Aktoren/Sensoren, die als Gravimeter ausgebildet sind, nutzen eine Auslenkung der seismischen Masse und damit der Federelemente über das Gravitationsfeld der Erde statt einem Aktuierungselement. Eine Vorauslenkung der Lamellen eines lateral aktuierten MEMS-Lautsprechers im Gravitationsfeld ist aufgrund der erforderlichen Steifigkeit aber nicht möglich. Auch sollte die Funktion eines MEMS-Lautsprechers nicht von ihrer Orientierung im Gravitationsfeld beeinflusst sein. Die Verwendung eines vorgeschlagenen Aktuierungselements zur Vorauslenkung der mikromechanischen Struktur kann diese Nachteile vorteilhaft überwinden.Known solutions, such as MEMS actuators/sensors designed as gravimeters, use a deflection of the seismic mass and thus of the spring elements via the earth's gravitational field instead of an actuating element. However, a pre-deflection of the lamellae of a laterally actuated MEMS loudspeaker in the gravitational field is not possible due to the required stiffness. The function of a MEMS loudspeaker should also not be influenced by its orientation in the gravitational field. The use of a proposed actuating element to pre-deflection of the micromechanical structure can advantageously overcome these disadvantages.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein erstes Ende und/oder ein zweites Ende des ersten Federelements fixiert. Ein erstes Ende und/oder ein zweites Ende des zweiten Federelements ist ebenfalls fixiert. Ein Mittenabschnitt des ersten Federelements und/oder ein Mittenabschnitt des zweiten Federelements sind mechanisch miteinander gekoppelt. Oberhalb des ersten Federelements und/oder unterhalb des ersten Federelements und/oder zwischen dem ersten und zweiten Federelement ist ein Elektrodenpaar als elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement angeordnet, das mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden ist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an das Elektrodenpaar wird eine elektrische Kraft erzeugt, die attraktiv auf das Elektrodenpaar wirkt und das Elektrodenpaar aus einer Ruhelage auslenkt, um eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements zu bewirken.In a further embodiment, a first end and/or a second end of the first spring element is fixed. A first end and/or a second end of the second spring element is also fixed. A central section of the first spring element and/or a central section of the second spring element are mechanically coupled to one another. Above the first spring element and/or below the first spring element and/or between the first and second spring elements, an electrode pair is arranged as an electrostatically actuatable actuation element, which is connected to the first spring element and/or to the second spring element. When an electrical voltage is applied to the electrode pair, an electrical force is generated that has an attractive effect on the electrode pair and deflects the electrode pair from a rest position in order to bring about a lateral and/or rotational pre-deflection of the first spring element and/or the second spring element.

Je nach Geometrie der Federelemente und der Ausbildung der eingesetzten Aktorelemente kann über die Vorauslenkung ihre Federkonstante bzw. ihre Resonanzfrequenz variiert werden, sodass für eine weitere Auslenkung (funktionaler Betrieb) eines Sensors oder Aktors vorteilhaft nur noch eine kleine Kraft erforderlich ist. Anstatt sehr schmaler Federelemente für eine geringe Steifigkeit können breitere, steifere Federelemente hergestellt bzw. genutzt werden. Durch die Vorauslenkung sinkt die Federsteifigkeit vorteilhaft auf Werte, die für die Funktion erforderlich sind. Mit gleichen absoluten Breitentoleranzen in der Herstellung ist die absolute Toleranz für die Steifigkeit bei breiten Federelementen geringer. Eine enge Toleranz in der Federsteifigkeit ist für die Einhaltung der Funktionseigenschaften ein wesentlicher Vorteil (z.B. kleine Streuung in der Resonanzfrequenz der MEMS-Lautsprecher).Depending on the geometry of the spring elements and the design of the actuator elements used, their spring constant or their resonance frequency can be varied via the pre-deflection, so that only a small force is required for further deflection (functional operation) of a sensor or actuator. Instead of very narrow spring elements for low stiffness, wider, stiffer spring elements can be manufactured or used. The pre-deflection advantageously reduces the spring stiffness to values that are required for the function. With the same absolute width tolerances in production, the absolute tolerance for the stiffness is lower for wide spring elements. A narrow tolerance in the spring stiffness is a significant advantage for maintaining the functional properties (e.g. small scatter in the resonance frequency of the MEMS loudspeakers).

Wird das Elektrodenpaar entgegengesetzt wirkend angeordnet, so kann die funktionale Aktuierung der mikromechanischen Struktur vorteilhaft bidirektional erfolgen. Vorteilhaft kann die Vorauslenkung damit flexibel auf die individuellen MEMS Sensor bzw. Aktor Anforderungen angewendet werden.If the pair of electrodes is arranged in opposite directions, the functional actuation of the micromechanical structure can advantageously be bidirectional. The pre-deflection can therefore be flexibly applied to the individual MEMS sensor or actuator requirements.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Elektrodenpaar ineinandergreifend ausgebildet. Eine erste Elektrode des Elektrodenpaares weist an einer ersten Seite, die einer zweiten Elektrode des Elektrodenpaares zugewandt ist, eine Mehrzahl an Vorsprüngen auf. Die zweite Elektrode des Elektrodenpaares weist an einer ersten Seite, die der ersten Elektrode des Elektrodenpaares zugewandt ist, eine Mehrzahl an Vorsprüngen auf, die versetzt zu der Mehrzahl an Vorsprüngen an der ersten Seite der ersten Elektrode angeordnet sind. Die Mehrzahl an Vorsprüngen der ersten Elektrode und die Mehrzahl an Vorsprüngen der zweiten Elektrode zahnartig oder kantenformartig oder konusstumpfartig ausgebildet sind.In a further embodiment, the electrode pair is designed to engage with one another. A first electrode of the electrode pair has a plurality of projections on a first side that faces a second electrode of the electrode pair. The second electrode of the electrode pair has a plurality of projections on a first side that faces the first electrode of the electrode pair, which are arranged offset from the plurality of projections on the first side of the first electrode. The plurality of projections of the first electrode and the plurality of projections of the second electrode are designed to be tooth-like, edge-like, or truncated cone-like.

Vorteilhaft kann über die unterschiedliche geometrische Anordnung der Elektrodeneine unidirektionale oder bidirektionale funktionale Aktuierung der vorgeschlagenen Struktur ermöglicht werden. Sind die Elektroden des Elektrodenpaares konusstumpfartig ausgebildet, so weisen diese vorteilhaft eine selbstbeschränkende Wirkung auf, d.h. sie können also nicht bis zum Anschlag/Zusammenhaften aufeinander zu bewegt werden, im Gegensatz zu den anderen Ausbildungen der Elektroden.Advantageously, the different geometric arrangement of the electrodes can enable unidirectional or bidirectional functional actuation of the proposed structure. If the electrodes of the electrode pair are designed like a truncated cone, they advantageously have a self-limiting effect, i.e. they cannot be moved towards each other until they stop/stick together, in contrast to the other designs of the electrodes.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine funktionale Aktuierung mittels elektrostatisch aktuierbaren und/oder piezoelektrisch aktuierbaren und/oder magnetisch aktuierbaren Aktuierungselement, wobei dazu ein Signal auf die mikromechanische Struktur aufmodulierbar ist.In a further embodiment, functional actuation is carried out by means of an electrostatically actuatable and/or piezoelectrically actuatable and/or magnetically actuatable actuation element, wherein a signal can be modulated onto the micromechanical structure for this purpose.

In einer weiteren Ausführungsform ist die funktionale Aktuierung unidirektional oder bidirektional einstellbar. Diese Ausgestaltung bietet vorteilhaft größtmögliche Flexibilität in der Implementierung.In a further embodiment, the functional actuation can be set to be unidirectional or bidirectional. This design advantageously offers the greatest possible flexibility in implementation.

In einer weiteren Ausführungsform ist als pneumatisch aktuierbares Aktuierungselement eine lateral zumindest teilweise gekrümmte oder gefaltete Rohrfeder verwendbar, die als erstes Federelement und/oder als zweites Federelement ausgebildet oder an dem ersten Federelement und/oder an dem zweiten Federelement angebracht ist oder mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden ist. Ein Druckunterschied wird zwischen einem Innenvolumen der Rohrfeder und einem Außenvolumen der Rohrfeder hergestellt, der zu einer Bewegung der Rohrfeder führt, um eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements zu bewirken. Beispielsweise sind verschiedene (nicht abschließende) geometrische Ausgestaltungen für die Rohrfeder denkbar: spiralförmig, s-förmig, gefaltet, mit abgerundeten bzw. gerundeten Kanten, etc..In a further embodiment, a laterally at least partially curved or folded tubular spring can be used as the pneumatically actuatable actuation element, which is designed as a first spring element and/or as a second spring element or is attached to the first spring element and/or to the second spring element or is connected to the first spring element and/or to the second spring element. A pressure difference is created between an inner volume of the tubular spring and an outer volume of the tubular spring, which leads to a movement of the tubular spring in order to achieve a lateral and/or rotational To cause the first spring element and/or the second spring element to deflect forward. For example, various (non-exhaustive) geometric designs for the tube spring are conceivable: spiral-shaped, S-shaped, folded, with rounded or curved edges, etc.

Vorteilhaft kann somit bekannte Technik zur permanenten Vorauslenkung der vorgeschlagenen Struktur genutzt werden. Da die permanente Auslenkung in der Regel bereits im Herstellungsprozess der Struktur erfolgt und die pneumatische Aktuierung für die funktionale Aktuierung zu träge ist, eignet sich die vorgeschlagene Art der Aktuierung vorteilhaft zur Bereitstellung einer permanenten Vorauslenkung.Known technology can therefore be used to provide permanent pre-deflection of the proposed structure. Since the permanent deflection usually already occurs during the manufacturing process of the structure and pneumatic actuation is too slow for functional actuation, the proposed type of actuation is advantageously suited to providing permanent pre-deflection.

In einer weiteren Ausführungsform ist als piezoelektrisch aktuierbares Aktuierungselement ein piezoelektrisches Streifenpaar verwendbar, das an dem ersten Federelement und/oder an dem zweiten Federelement angebracht ist, also auf eine Oberfläche des ersten Federelements und/oder auf eine Oberfläche des zweiten Federelements aufgebracht oder mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden ist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung mit entgegengesetzter Polarität an das piezoelektrische Streifenpaar, ist das piezoelektrische Streifenpaar ausgelegt, eine Dehnbewegung und/oder Stauchbewegung auszuführen, um eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements zu bewirken.In a further embodiment, a piezoelectric strip pair can be used as the piezoelectrically actuatable actuation element, which is attached to the first spring element and/or to the second spring element, i.e. applied to a surface of the first spring element and/or to a surface of the second spring element or connected to the first spring element and/or to the second spring element. When an electrical voltage with opposite polarity is applied to the piezoelectric strip pair, the piezoelectric strip pair is designed to carry out an expansion movement and/or compression movement in order to bring about a lateral and/or rotational pre-deflection of the first spring element and/or the second spring element.

Somit kann vorteilhaft bekannte Technik einfach und zuverlässig implementiert werden. Ist die mikromechanische Struktur z.B. als Inertialsensor/Beschleunigungssensor ausgebildet, so kann bei Verwendung eines Federelements mit degressiv-horizontal-progressiver Kennlinie (z.B. 14 d) und Ausnutzung der vorgeschlagenen Struktur (inkl. Vorauslenkung) sog. „Sticking“-Verhalten des Inertialsensors vermieden/verringert werden. Auch kann die Fallfestigkeit bei MEMS-Elementen durch degressiv-horizontal-progressive Federeigenschaften vorteilhaft erhöht werden, sodass eine Auslenkung bis zum mechanischen Anschlag erst bei viel höherer mechanischer Überlast erfolgt.This allows known technology to be implemented simply and reliably. If the micromechanical structure is designed as an inertial sensor/acceleration sensor, for example, a spring element with a degressive-horizontal-progressive characteristic curve (e.g. 14d) and utilization of the proposed structure (including pre-deflection) so-called "sticking" behavior of the inertial sensor can be avoided/reduced. The drop resistance of MEMS elements can also be advantageously increased by degressive-horizontal-progressive spring properties, so that a deflection to the mechanical stop only occurs at a much higher mechanical overload.

In einer weiteren Ausführungsform ist als magnetisch aktuierbares Aktuierungselement eine Stromschiene aus elektrisch leitfähigem Material in einem Magnetfeld verwendbar. Die Stromschiene ist an dem ersten Federelement und/oder an dem zweiten Federelement angebracht, also auf eine Oberfläche des ersten und/oder zweiten Federelements aufgebracht bzw. in das erste und/oder zweite Federelements, eingelassen sein, sofern das erste und/oder zweite Federelement jeweils aus Silizium ausgebildet sind, oder mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Stromschiene wird ein Stromfluss erzeugt, der im Magnetfeld eine magnetische Kraft auf die Stromschiene erzeugt und eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements bewirkt.In a further embodiment, a busbar made of electrically conductive material in a magnetic field can be used as a magnetically actuatable actuation element. The busbar is attached to the first spring element and/or to the second spring element, i.e. applied to a surface of the first and/or second spring element or embedded in the first and/or second spring element, provided that the first and/or second spring element are each made of silicon, or connected to the first spring element and/or to the second spring element. When an electrical voltage is applied to the busbar, a current flow is generated which generates a magnetic force on the busbar in the magnetic field and causes a lateral and/or rotational pre-deflection of the first spring element and/or the second spring element.

In einer weiteren Ausführungsform ist als thermisch aktuierbares Aktuierungselement ein Bimetall-Streifen verwendbar. Der Bimetall-Streifen ist an dem ersten Federelement und/oder an dem zweiten Federelement angebracht oder mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden. Ein erstes Ende des Bimetall-Streifens ist fixierbar ausgebildet und/oder ein zweites Ende des Bimetall-Streifens ist bewegbar ausgebildet. Der Bimetallstreifen ist bei einer Erwärmung ausgelegt, eine Bewegung auszuführen, um eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements zu bewirken. Die Erwärmung des Bimetallstreifens kann entweder durch einen Kurzschluss des Bimetallstreifens oder durch Verwendung eines Heizelements erreicht werden.In a further embodiment, a bimetal strip can be used as a thermally actuatable actuation element. The bimetal strip is attached to the first spring element and/or to the second spring element or is connected to the first spring element and/or to the second spring element. A first end of the bimetal strip is designed to be fixable and/or a second end of the bimetal strip is designed to be movable. When heated, the bimetal strip is designed to carry out a movement in order to cause a lateral and/or rotational pre-deflection of the first spring element and/or the second spring element. The heating of the bimetal strip can be achieved either by short-circuiting the bimetal strip or by using a heating element.

In einer weiteren Ausführungsform ist als thermisch aktuierbares Aktuierungselement eine Formgedächtnislegierung verwendbar. Die Formgedächtnislegierung ist an dem ersten Federelement und/oder an dem zweiten Federelement angebracht oder mit dem ersten Federelement und/oder mit dem zweiten Federelement verbunden. Ein erstes Ende der Formgedächtnislegierung ist fixierbar ausgebildet und/oder ein zweites Ende der Formgedächtnislegierung ist bewegbar ausgebildet. Die Formgedächtnislegierung ist bei einer Erwärmung ausgelegt, einen Phasenübergang zu vollführen, wobei der Phasenübergang eine Strukturänderung der Formgedächtnislegierung herbeiführt, um eine laterale und/oder rotatorische Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zweiten Federelements zu bewirken.In a further embodiment, a shape memory alloy can be used as a thermally actuatable actuation element. The shape memory alloy is attached to the first spring element and/or to the second spring element or is connected to the first spring element and/or to the second spring element. A first end of the shape memory alloy is designed to be fixable and/or a second end of the shape memory alloy is designed to be movable. The shape memory alloy is designed to undergo a phase transition when heated, the phase transition bringing about a structural change in the shape memory alloy in order to bring about a lateral and/or rotational pre-deflection of the first spring element and/or the second spring element.

In einer weiteren Ausführungsform ist die bewegliche Biegeeinheit als Rotationseinheit mit einem Rotationskörper für eine rotatorische Vorauslenkung ausgebildet. Vorteilhaft kann diese Ausgestaltung bei Sensoren und Aktoren mit rotatorisch bewegten Elementen angewandt werden. Vorteilhaft können auf diese Weise Drehbewegungen bzw. Aktoren oder Sensoren mit Drehelementen umgesetzt werden.In a further embodiment, the movable bending unit is designed as a rotation unit with a rotation body for a rotary pre-deflection. This design can advantageously be used for sensors and actuators with rotary elements. Rotary movements or actuators or sensors with rotary elements can advantageously be implemented in this way.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Rotationskörper im Wesentlichen kreisförmig und beweglich ausgebildet. Innerhalb des Rotationskörpers ist das erste Federelement angeordnet, das einseitig mit dem Rotationskörper verbunden und einseitig fixiert ist. Das erste Federelement ist als pneumatisch aktuierbare zumindest teilweise gekrümmte oder gefaltete Rohrfeder zur rotatorischen Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zumindest eines zweiten Federelements ausgebildet. Beispielsweise ist die zumindest teilweise gekrümmte oder gefaltete Rohrfeder als spiralförmig ausgebildete Rohrfeder ausgebildet. Alternativ sind auch andere (nicht abschließende) geometrische Ausgestaltungen denkbar, wie z.B. s-förmig, gefaltet, mit abgerundeten bzw. gerundeten Kanten, etc. Das zumindest eine zweite Federelement ist einseitig mit dem Rotationskörper und einseitig mit dem Fixierungselement verbunden, wobei das Fixierungselement unbeweglich ausgebildet ist. Vorteilhaft können auf diese Weise Drehbewegungen bzw. Aktoren oder Sensoren mit Drehelementen umgesetzt werden.In a further embodiment, the rotary body is essentially circular and movable. The first spring element is arranged within the rotary body and is connected to the rotary body on one side and fixed on one side. The first spring element is designed as a pneumatically actuated, at least partially curved or folded tubular spring for the rotational pre-deflection of the first spring element and/or the at least one second spring element. For example, the at least partially curved or folded tubular spring is designed as a spiral-shaped tubular spring. Alternatively, other (non-exhaustive) geometric designs are also conceivable, such as S-shaped, folded, with rounded or rounded edges, etc. The at least one second spring element is connected to the rotary body on one side and to the fixing element on one side, the fixing element being immovable. In this way, rotary movements or actuators or sensors can advantageously be implemented with rotary elements.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Rotationskörper und dem Fixierungselement ferner ein Elektrodenpaar als elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement angeordnet, zur rotatorischen Vorauslenkung des ersten Federelements und/oder des zumindest einen zweiten Federelements.In a further embodiment, a pair of electrodes is arranged between the rotational body and the fixing element as an electrostatically actuatable actuation element for the rotational pre-deflection of the first spring element and/or the at least one second spring element.

In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Federelement und/oder das zumindest eine zweite Federelement zumindest teilweise zueinander überlappend angeordnet. Zumindest teilweise zueinander überlappend kann dabei im Sinne einer zumindest teilweise übereinander gestapelten Anordnung verstanden werden. Die zumindest teilweise zueinander überlappende Anordnung wird erreicht, indem das zumindest eine zweite Federelement einseitig mit dem Rotationskörper verbunden ist und einseitig fixiert ist. Die Anordnung des ersten Federelements innerhalb des Rotationskörpers kann dabei wie vorstehend ausgebildet sein, nämlich einseitig mit dem Rotationskörper verbunden und einseitig fixiert. Vorteilhaft können auf diese Weise Drehbewegungen bzw. Aktoren oder Sensoren mit Drehelementen umgesetzt werden.In a further embodiment, the first spring element and/or the at least one second spring element are arranged to at least partially overlap one another. At least partially overlapping one another can be understood in the sense of an arrangement that is at least partially stacked on top of one another. The at least partially overlapping arrangement is achieved in that the at least one second spring element is connected to the rotary body on one side and is fixed on one side. The arrangement of the first spring element within the rotary body can be designed as above, namely connected to the rotary body on one side and fixed on one side. In this way, rotary movements or actuators or sensors can advantageously be implemented with rotary elements.

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.The advantageous embodiments and further developments of the invention explained above and/or reproduced in the subclaims can - except, for example, in cases of clear dependencies or incompatible alternatives - be used individually or in any combination with one another.

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 eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Lautsprechers;
2 eine schematische Darstellung der mikromechanischen Struktur in 1 mit zumindest einer beweglichen Biegeeinheit;
3 a und b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
7 a und b schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2 mit einem elektrostatisch aktuierbaren Aktuierungselement;
7 c bis f weitere schematische Darstellungen für elektrostatisch aktuierbare Aktuierungselemente, die in den 7 a und b gezeigt sind;
8 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in den 7 a und b;
9 a bis c schematische Darstellungen für pneumatisch aktuierbare Aktuierungselemente;
10 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
11 a bis c weitere schematische Darstellungen von Aktuierungselementen, die piezoelektrisch mittels PZT und/oder thermisch mittels Bimetallstreifen oder Formgedächtnislegierung aktuierbar sind;
12 a und b weitere schematische Darstellungen für ein elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement;
13 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit in 2;
14 a bis e schematische Darstellungen von Federkennlinien für Federelemente in einem Kraft-Wege-Diagramm; und
15 a bis c schematische Darstellungen einer neunten bis elften Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit.

The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more readily understood in connection with the following description of embodiments, which are explained in more detail in connection with the schematic drawings.

1 a schematic representation of a micromechanical loudspeaker;
2 a schematic representation of the micromechanical structure in 1 with at least one movable bending unit;
3 a and b schematic representations of a first embodiment of the movable bending unit in 2 ;
4 a schematic representation of a second embodiment of the movable bending unit in 2 ;
5 a schematic representation of a third embodiment of the movable bending unit in 2 ;
6 a schematic representation of a fourth embodiment of the movable bending unit in 2 ;
7 a and b schematic representations of a fifth embodiment of the movable bending unit in 2 with an electrostatically actuatable actuation element;
7c to f further schematic representations for electrostatically actuatable actuation elements, which are shown in the 7 a and b;
8th a schematic representation of a sixth embodiment of the movable bending unit in the 7 a and b;
9 a to c schematic representations for pneumatically actuated actuation elements;
10 a schematic representation of a seventh embodiment of the movable bending unit in 2 ;
11 a to c show further schematic representations of actuating elements which can be actuated piezoelectrically by means of PZT and/or thermally by means of bimetallic strips or shape memory alloy;
12 a and b further schematic representations for an electrostatically actuatable actuation element;
13 a schematic representation of an eighth embodiment of the movable bending unit in 2 ;
14 a to e schematic representations of spring characteristics for spring elements in a force-displacement diagram; and
15 a to c are schematic representations of a ninth to eleventh embodiment of the movable bending unit.

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.It should be noted that the figures are merely schematic in nature and not to scale. In this sense, components and elements shown in the figures may be exaggeratedly large or reduced in size for better understanding. It should also be noted that the reference symbols in the figures have been chosen unchanged if they refer to elements and/or components of the same design.

Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind lateral aktuierte und/oder rotatorisch aktuierte Biegeelemente (Lamellen bzw. Federelemente), aufweisend Biegeelemente mit z.B. linearer und nicht nichtlinearer Federkennlinie, die bei gemeinsamer, zusammengeschalteter Auslenkung im Kraft-Wege-Diagramm einen Wendepunkt aufweisen. Durch geeignete Dimensionierung der Biegeelemente (Zusammenschaltung gekrümmter und/oder gefalteter Elemente bzw. Federelemente) kann die Federkennlinie in der Umgebung dieses Bereichs variiert werden. So kann die Federkennlinie in einem weiten Bereich um den Wendepunkt nahezu linear und mit kleiner Steigung gestaltet werden. Üblicherweise werden Sensoren und Aktoren für den Betrieb in einem linearen Steifigkeitsbereich ausgelegt. Wird ein MEMS-Lautsprecher dieses Typs - d.h. mit lateral angeordneten Biegeelementen (Federelemente) - durch eine Vorauslenkung in diesem Bereich gebracht und betrieben, ist die für eine Aktuierung erforderliche Kraft gering bzw. es können mit kleinen Kräften große Bewegungsamplituden - entsprechend hohe Schalleistungen - erzielt werden.The subject of the present application are laterally actuated and/or rotationally actuated bending elements (lamellae or spring elements), having bending elements with, for example, linear and non-linear spring characteristics, which have an inflection point in the force-displacement diagram when they are jointly deflected together. By appropriately dimensioning the bending elements (connecting curved and/or folded elements or spring elements), the spring characteristic can be varied in the vicinity of this area. In this way, the spring characteristic can be designed to be almost linear and with a small gradient in a wide area around the inflection point. Sensors and actuators are usually designed for operation in a linear stiffness range. If a MEMS loudspeaker of this type - i.e. with laterally arranged bending elements (spring elements) - is brought and operated in this area by a pre-deflection, the force required for actuation is low, or large movement amplitudes - correspondingly high sound power - can be achieved with small forces.

Vorteilhaft sinkt die Federsteifigkeit durch die Vorauslenkung auf Werte, die für die Funktion bzw. den funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur erforderlich sind.Advantageously, the spring stiffness is reduced by the pre-deflection to values that are required for the function or functional operation of the micromechanical structure.

Kern der Erfindung sind derart zusammengesetzte Biegelamellen bzw. Federelemente sowie Elemente für deren temporäre oder dauerhafte Vorauslenkung. Können derart kombinierte Lamellen bzw. Federelemente temporär oder dauerhaft vorausgelenkt werden, lässt sich vorteilhaft ein Betrieb (Auslenkungen) der MEMS Struktur im Bereich kleiner Federsteifigkeit mit möglichst linearem Federkennlinienverlauf realisieren. Mit der so erreichbaren kleinen Federsteifigkeit sind mit kleinen Aktorkräften große Bewegungsamplituden (bei MEMS-Lautsprechern eine hohe Schalleistung) erzielbar.The core of the invention are bending lamellas or spring elements assembled in this way as well as elements for their temporary or permanent pre-deflection. If lamellas or spring elements combined in this way can be temporarily or permanently pre-deflected, it is advantageous to operate (deflections) the MEMS structure in the range of low spring stiffness with the spring characteristic curve being as linear as possible. With the low spring stiffness that can be achieved in this way, large movement amplitudes (high sound power in MEMS loudspeakers) can be achieved with small actuator forces.

1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines mikromechanischen Lautsprechers 100. Der mikromechanische Lautsprecher 100 umfasst eine mikromechanische Struktur 200, zum Beispiel eine MEMS Struktur (MEMS: micro electromechanical system), die funktional zur Erzeugung von Schall aktuierbar ist. Weiterhin umfasst der mikromechanische Lautsprecher 100 eine Signalverarbeitungseinheit 105. Die Signalverarbeitungseinheit 105 kann beispielsweise als ASIC ausgebildet sein und zum Anlegen und Verarbeiten von Signalen der mikromechanischen Struktur 200 ausgelegt sein. Dabei kann das Anlegen und Verarbeiten von Signalen, zum Beispiel das Anlegen einer elektrischen Spannung an die mikromechanische Struktur 200 bzw. an Komponenten der mikromechanischen Struktur 200 wie z.B. Elektroden, etc. bedeuten, zur Erzeugung von Schall durch Verdichtung von Luft mittels einer beweglichen Membran oder einer alternativ ausgebildeten Biegeeinheit, die z.B. eine Mehrzahl an Biegeelementen aufweist. Auch kann das Anlegen und Verarbeiten von Signalen das Bereitstellen eines Magnetfeldes 20 bedeuten, das in einer nachfolgenden Ausführungsform dargestellt ist. Überdies kann das Anlegen und Verarbeiten von Signalen den funktionalen Betrieb (also zur Erzeugung von Schall) der Biegeelemente bzw. der Biegeaktoren bedeuten, wobei hierzu Signale verwendet werden, die einen konstanten Offset (mit entsprechender Polung für die Vorauslenkung) aufweisen, welche zusätzlich mit Signalen moduliert werden, die für die Erzeugung des akustischen Schalls bestimmt sind. Die Signalverarbeitungseinheit 105 kann also als eine Steuereinheit aufgefasst werden. Die genannte Biegeeinheit ist z.B. in 2 detaillierter dargestellt. 1 shows a highly simplified schematic representation of a micromechanical loudspeaker 100. The micromechanical loudspeaker 100 comprises a micromechanical structure 200, for example a MEMS structure (MEMS: micro electromechanical system), which can be functionally actuated to generate sound. The micromechanical loudspeaker 100 also comprises a signal processing unit 105. The signal processing unit 105 can be designed as an ASIC, for example, and can be configured to apply and process signals from the micromechanical structure 200. The application and processing of signals can mean, for example, the application of an electrical voltage to the micromechanical structure 200 or to components of the micromechanical structure 200, such as electrodes, etc., to generate sound by compressing air by means of a movable membrane or an alternatively designed bending unit, which for example has a plurality of bending elements. The application and processing of signals can also mean the provision of a magnetic field 20, which is shown in a subsequent embodiment. Furthermore, the application and processing of signals can mean the functional operation (i.e. for generating sound) of the bending elements or bending actuators, whereby signals are used for this purpose which have a constant offset (with corresponding polarity for the pre-deflection), which are additionally modulated with signals which are intended for the generation of the acoustic sound. The signal processing unit 105 can therefore be understood as a control unit. The bending unit mentioned is e.g. in 2 presented in more detail.

Je größer das Volumen der komprimierten Luft, d.h. die Fläche oder die Bewegungsamplitude der Membran (bei vertikaler Auslenkung) oder Lamelle (bei lateraler Auslenkung) mit den für die gewünschten Töne entsprechenden Frequenzen ausgebildet ist, umso größer ist die akustische Leistung des mikromechanischen Lautsprechers 100. Der Schalldruckpegel ist ein Maß für die Schalleistung, die dem Quadrat des Schalldruckes proportional ist. Bei MEMS-Lautsprechern ist die erzielbare Auslenkung durch die limitierte Kraft der Elemente bzw. Komponenten beschränkt. Die Auslenkung der Membran oder Lamelle ist in weiten Bereichen in der Regel der Kraft proportional. Die Proportionalitätskonstante ist die Federkonstante oder Steifigkeit der Membran oder der Lamelle. Die Steifigkeit ist eine Funktion u.a. der Membran- bzw. der Lamellengeometrie (im Wesentlichen Dicke/Höhe, Durchmesser/Länge) und des Elastizitätsmoduls des Materials. Die Steifigkeit der Membrane/Lamellen bestimmt ihre Resonanzfrequenz.The larger the volume of compressed air, i.e. the area or the movement amplitude of the membrane (with vertical deflection) or lamella (with lateral deflection) with the frequencies corresponding to the desired tones, the greater the acoustic performance of the micromechanical loudspeaker 100. The sound pressure level is a measure of the sound power, which is proportional to the square of the sound pressure. In MEMS loudspeakers, the achievable deflection is restricted by the limited force of the elements or components. The deflection of the membrane or lamella is generally proportional to the force over a wide range. The proportionality constant is the spring constant or stiffness of the membrane or lamella. The stiffness is a function of, among other things, the membrane or lamella geometry (essentially thickness/height, diameter/length) and the elastic modulus of the material. The stiffness of the membrane/lamellae determines their resonance frequency.

Die mikromechanische Struktur 200 und die Signalverarbeitungseinheit 105 können operativ über die Verbindung 110 miteinander verbunden sein, wobei die genannte Verbindung 110 einer elektrischen Verbindung entsprechen kann, die beispielsweise als Bonddraht verwirklicht sein kann. Zudem sind alternative Ausgestaltungen denkbar.The micromechanical structure 200 and the signal processing unit 105 can be operatively connected to one another via the connection 110, wherein the said connection 110 can correspond to an electrical connection that can be implemented as a bonding wire, for example. In addition, alternative embodiments are conceivable.

In der schematischen Darstellung in 1 sind das mikromechanische Bauteil 200 und die Signalverarbeitungseinheit 105 zum Beispiel nebeneinander dargestellt. Der mikromechanische Lautsprecher 100 ist jedoch nicht auf diese Anordnung eingeschränkt, sondern kann die Signalverarbeitungseinheit 105 und das mikromechanische Bauteil 200 auch in Form einer gestapelten oder geschichteten Anordnung übereinander umfassen. Zudem können weitere Komponenten und/oder operative (elektrische) Verbindungen 105 vorgesehen sein, die in der vereinfachten Darstellung in 1 nicht enthalten sind.In the schematic representation in 1 the micromechanical component 200 and the signal processing unit 105 are shown next to each other, for example. However, the micromechanical loudspeaker 100 is not limited to this arrangement, but can also comprise the signal processing unit 105 and the micromechanical component 200 in the form of a stacked or layered arrangement on top of each other. In addition, further components and/or operative (electrical) connections 105 can be provided, which are shown in the simplified illustration in 1 are not included.

2 zeigt eine detailliertere schematische Darstellung der mikromechanischen Struktur 200 in 1 mit zumindest einer beweglichen Biegeeinheit 220 und einer Mehrzahl an Biegeelementen 225, die als lateral 240 vorauslenkbare Federelemente 230, 235 (und/oder rotatorische vorauslenkbare Federelemente, nicht dargestellt) ausgebildet sein können. Die mikromechanische Struktur 200 umfasst in der schematischen Darstellung in 2 eine erste Schicht 205, eine zweite Schicht 210 sowie eine dritte Schicht 215, wobei beispielsweise die zweite Schicht 210 die zumindest eine bewegliche Biegeeinheit 220 umfassen kann und zwischen der ersten Schicht 205 (z.B. als Silizium Bodenwafer) und der dritten Schicht 215 (als Deckelwafer mit einer Mehrzahl an Öffnungen oder Schlitzen) eingebettet sein kann. Die erste bis dritte Schicht 205, 210, 215 können beispielsweise in z-Richtung gestapelt bzw. übereinandergeschichtet sein. 2 shows a more detailed schematic representation of the micromechanical structure 200 in 1 with at least one movable bending unit 220 and a plurality of bending elements 225, which can be designed as laterally 240 pre-deflected spring elements 230, 235 (and/or rotary pre-deflected spring elements, not shown). The micromechanical structure 200 comprises in the schematic representation in 2 a first layer 205, a second layer 210 and a third layer 215, wherein, for example, the second layer 210 can comprise the at least one movable bending unit 220 and can be embedded between the first layer 205 (eg as a silicon base wafer) and the third layer 215 (as a cover wafer with a plurality of openings or slots). The first to third layers 205, 210, 215 can, for example, be stacked or layered on top of one another in the z-direction.

3 a und b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit 220 in 2. Die zumindest eine bewegliche Biegeeinheit 220 kann wie genannt eine Mehrzahl an als Federelemente 230, 235 ausgebildete Biegeelemente 225 aufweisen. Ein erstes Federelement 230 kann z.B. eine lineare Federkonstante in einem zugehörigen Kraft-Wege-Diagramm aufweisen und ein zweites Federelement 235 kann z.B. eine nichtlineare Federkonstante aufweisen. Das erste Federelement 230 und das zweite Federelement 235 können beidseitig jeweils an einem Befestigungselement 280 befestigt sein. Das Befestigungselement 280 kann unbeweglich ausgebildet sein. Das erste Federelement 230 und das zweite Federelement 235 können jeweils funktional zur Erzeugung von Schall aktuierbar sein, also zur Verdichtung der Luft, und können hierzu lateral vorausgelenkt 240 werden. 3 a and b show schematic representations of a first embodiment of the movable bending unit 220 in 2 The at least one movable bending unit 220 can, as mentioned, have a plurality of bending elements 225 designed as spring elements 230, 235. A first spring element 230 can, for example, have a linear spring constant in an associated force-displacement diagram and a second spring element 235 can, for example, have a non-linear spring constant. The first spring element 230 and the second spring element 235 can each be attached to a fastening element 280 on both sides. The fastening element 280 can be designed to be immovable. The first spring element 230 and the second spring element 235 can each be functionally actuated to generate sound, i.e. to compress the air, and can be laterally deflected 240 for this purpose.

Das erste Federelement 230 und das zweite Federelement 235 werden zur Einstellung der gemeinsamen Federkennlinie für einen funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur (also z.B. zur Schallerzeugung) lateral 240 mittels zumindest eines Aktuierungselements 245 vorausgelenkt, wobei das Aktuierungselement 245 in 3 b beispielsweise ähnlich zum Aktuierungselement 245 in den 12 a und b ausgebildet sein kann. Mithilfe des Aktuierungselements 245 kann eine temporäre oder permanente laterale Vorauslenkung 240 der mikromechanischen Struktur 200 erzielt werden. Das in den 3 a, b und 12 a und b dargestellte Aktuierungselement 245 kann als ein elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement 245 ausgebildet sein.The first spring element 230 and the second spring element 235 are laterally deflected 240 by means of at least one actuating element 245 in order to adjust the common spring characteristic for a functional operation of the micromechanical structure (i.e., for example, for sound generation), wherein the actuating element 245 in 3 b for example, similar to the actuating element 245 in the 12 a and b. With the help of the actuating element 245, a temporary or permanent lateral pre-deflection 240 of the micromechanical structure 200 can be achieved. The 3 a , Federation 12 a and b can be designed as an electrostatically actuatable actuation element 245.

Das elektrostatisch aktuierbare Aktuierungselement 245 kann hierzu in das erste Federelement 230 eingebettet und in Form eines NED-Aktuators (NED: Nanoscopic Electrostatic Drive) ausgebildet sein. Eingebettet ist hier so zu verstehen, dass der NED-Aktuator in das erste Federelement, also in das Volumen des ersten Federelements 230, integriert ist. Das heißt das erste Federelement 230 kann ein nicht dargestelltes Elektrodenpaar umfassen, das bei Anlegen einer elektrischen Spannung zum Ausbilden eines elektrischen Feldes zwischen dem Elektrodenpaar und damit einer elektrischen Kraft führt, wobei die elektrische Kraft eine laterale Bewegung/Deformation/Biegung des ersten Federelements 230 hervorruft und damit eine laterale Vorauslenkung 240 bewirken kann, wie in den 3 b und 12 b dargestellt ist.The electrostatically actuatable actuating element 245 can be embedded in the first spring element 230 and designed in the form of a NED actuator (NED: Nanoscopic Electrostatic Drive). Embedded is to be understood here as meaning that the NED actuator is integrated into the first spring element, i.e. into the volume of the first spring element 230. This means that the first spring element 230 can comprise a pair of electrodes (not shown) which, when an electrical voltage is applied, leads to the formation of an electrical field between the pair of electrodes and thus an electrical force, wherein the electrical force causes a lateral movement/deformation/bending of the first spring element 230 and can thus cause a lateral pre-deflection 240, as shown in the 3 b and 12 b is shown.

In den 7 a bis f sind zudem weitere elektrostatisch aktuierbare Aktuierungselemente dargestellt, die zum Beispiel als separate Aktuierungselemente ausgebildet sind. Alternativ ist ebenfalls denkbar diese in das erste Federelement 230 und/oder das zweite Federelement 235 zu integrieren. Die nachfolgenden Figuren zeigen weitere Ausbildungen von Aktuierungselementen bzw. weitere Aktuierungsarten für die Aktuierungselemente. Die Aktuierungselemente für die Vorauslenkung müssen eine Auslenkung bewirken ohne dabei die Beweglichkeit und die federnde Eigenschaft des gesamten Gebildes, also der Biegeeinheit 220 bzw. der MEMS-Struktur 200 negativ zu beeinflussen.In the 7 a to f also show further electrostatically actuatable actuation elements, which are designed, for example, as separate actuation elements. Alternatively, it is also conceivable to integrate these into the first spring element 230 and/or the second spring element 235. The following figures show further designs of actuation elements or further types of actuation for the actuation elements. The actuation elements for the pre-deflection must cause a deflection without negatively affecting the mobility and the spring properties of the entire structure, i.e. the bending unit 220 or the MEMS structure 200.

In 3 a ist die Ruhelage d₀ des ersten und zweiten Federelements 230, 235 eingezeichnet. 3 b hingegen zeigt die laterale 240 Vorauslenkung d₁-d₀ des ersten und zweiten Federelements 230, 235 gemäß der obigen Erläuterung. Das erste Federelement 230 und das zweite Federelement 235 sind mechanisch gekoppelt 250, sodass ihre gemeinsame Federkennlinie im Kraft-Wege Diagramm einen Wendepunkt 270 aufweist. Die mechanische Kopplung 250 kann z.B. derart erfolgen, dass ein Mittenabschnitt des ersten Federelements 255 mit einem Mittenabschnitt des zweiten Federelements 260 mithilfe eines Verbindungselements 265 verbunden ist. Das Verbindungselement 265 kann ebenfalls aus Silizium gefertigt sein. Alternativ ist denkbar abweichende Materialien zu verwenden.In 3 a the rest position d ₀ of the first and second spring elements 230, 235 is shown. 3 b In contrast, the lateral 240 pre-deflection d ₁ -d ₀ of the first and second spring elements 230, 235 shows the above explanation. The first spring element 230 and the second spring element 235 are mechanically coupled 250 so that their common spring characteristic curve has an inflection point 270 in the force-displacement diagram. The mechanical coupling 250 can be implemented, for example, in such a way that a central section of the first spring element 255 is connected to a central section of the second spring element 260 by means of a connecting element 265. The connecting element 265 can also be made of silicon. Alternatively, different materials can be used.

Die gemeinsame Federkennlinie kann einen degressiv-horizontal-progressiven Verlauf aufweisen, wie in 14 d dargestellt ist, also einen Wendepunkt 270 umfassen und einen näherungsweise linearen Bereich 275 um den Wendepunkt 270 herum. Der näherungsweise lineare Bereich 275 bzw. der näherungsweise horizontale Bereich soll dabei eine geringe (oder kleine) Steigung haben, welche für den Betrieb des Lautsprechers 100 geeignet ist und die mit kleinen Aktorkräften große Auslenkungen der Federelemente 230, 235 bzw. der Lamellen ermöglicht. Weitere beispielhafte Federkennlinien für Federelemente sind in den 14 a bis c und 14 e dargestellt.The common spring characteristic curve can have a degressive-horizontal-progressive course, as in 14 days is shown, i.e. comprise a turning point 270 and an approximately linear area 275 around the turning point 270. The approximately linear area 275 or the approximately horizontal area should have a slight (or small) gradient, which is suitable for the operation of the loudspeaker 100 and which enables large deflections of the spring elements 230, 235 or the slats with small actuator forces. Further exemplary spring characteristics for spring elements are shown in the 14 a to c and 14 e shown.

Die 4 bis 6 zeigen jeweils schematische Darstellungen von Biegeeinheiten nach einer zweiten bis vierten Ausführungsform 320, 420, 520. Da die in den 4 bis 6 dargestellten Biegeeinheiten 320, 420, 520 jeweils Beispiele für pneumatisch aktuierbare Aktuierungselemente 345, 445, 545 entsprechen und in den 9 a bis c die pneumatisch aktuierbaren Aktuierungselemente 345, 445, 545 einzeln dargestellt sind, werden die genannten Figuren miteinander beschrieben. Als pneumatisch aktuierbare Aktuierungselemente 345, 445, 545 werden z.B. jeweils lateral zumindest teilweise gekrümmte oder gefaltete Rohrfedern eingesetzt werden, die als erstes Federelement 330, 430, 530 und/oder als zweites Federelement 235 ausgebildet oder an dem ersten Federelement 330, 430, 530 und/oder dem zweiten Federelement 235 angebracht oder mit dem ersten Federelement 330, 430, 530 und/oder dem zweiten Federelement 235 verbunden werden. In den Darstellungen der 4 bis 6 ist jeweils die Rohrfeder als erstes Federelement 330, 430, 530 ausgebildet. Alternativ sind auch die oben genannten Varianten denkbar, die nicht explizit in den Figuren gezeigt sind.The 4 to 6 show schematic representations of bending units according to a second to fourth embodiment 320, 420, 520. Since the bending units in the 4 to 6 The bending units 320, 420, 520 shown in the drawings each correspond to examples of pneumatically actuatable actuation elements 345, 445, 545 and are shown in the 9 a to c the pneumatically actuatable actuation elements 345, 445, 545 are shown individually, the figures mentioned are described together. As pneumatically actuatable actuation elements 345, 445, 545, for example, laterally at least partially curved or folded tubular springs are used, which are designed as the first spring element 330, 430, 530 and/or as the second spring element 235 or are attached to the first spring element 330, 430, 530 and/or the second spring element 235 or are connected to the first spring element 330, 430, 530 and/or the second spring element 235. In the representations of the 4 to 6 the Bourdon tube is designed as the first spring element 330, 430, 530. Alternatively, the variants mentioned above are also conceivable, which are not explicitly shown in the figures.

Die Rohrfedern sind gefaltet (4 und 9a), s-förmig (5 und Fig. b) oder spiralförmig (6 und 9c) ausgebildet sein. Zudem ist ferner denkbar, dass die Rohrfeder linear mit abgerundeten Kanten bzw. gebogenen Kanten ausgebildet und in das erste Federelement 630 eingebettet ist, wie in der Darstellung in 10 gezeigt ist. Das Prinzip der pneumatischen Aktuierung beruht darauf, dass ein Druckunterschied zwischen einem Innenvolumen der lateral zumindest teilweise gekrümmten oder gefalteten Rohrfeder und einem Außenvolumen der Rohrfeder hergestellt wird, der zu einer Bewegung der Rohrfeder führt, um die laterale Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 330, 430, 530, 630 und/oder des zweiten Federelements 235 zu bewirken. Bei MEMS-Lautsprechern 100 ist in der Rohrfeder vorzugsweise ein Unterdruck (Vakuum) eingestellt. Dazu kann das Innenvolumen der Rohrfeder evakuiert werden und bei der Fertigstellung zum Beispiel mittels „Laser-Reseal“ verschlossen werden.The tube springs are folded ( 4 and 9a) , s-shaped ( 5 and Fig. b) or spiral ( 6 and 9c ). In addition, it is also conceivable that the Bourdon tube is linearly formed with rounded edges or curved edges and is embedded in the first spring element 630, as shown in the illustration in 10 is shown. The principle of pneumatic actuation is based on the fact that a pressure difference is created between an inner volume of the laterally at least partially curved or folded Bourdon tube and an outer volume of the Bourdon tube, which leads to a movement of the Bourdon tube in order to bring about the lateral pre-deflection 240 of the first spring element 330, 430, 530, 630 and/or the second spring element 235. In MEMS loudspeakers 100, a negative pressure (vacuum) is preferably set in the Bourdon tube. For this purpose, the inner volume of the Bourdon tube can be evacuated and sealed during completion, for example by means of "laser reseal".

Damit eine beidseitige Befestigung des ersten Federelements 430, in das das pneumatisch aktuierbare Aktuierungselement 445 als s-förmig ausgebildete Rohrfeder in 5 eingebettet ist, und des zweiten Federelements 235 an dem Befestigungselement 380 möglich ist, ist das Befestigungselement 380 in 5 beispielsweise rahmenförmig bzw. rahmenartig ausgebildet und umschließt bzw. umrandet das erste Federelement 430 und das zweite Federelement 235 im Inneren.In order to ensure a two-sided fastening of the first spring element 430, into which the pneumatically actuated actuation element 445 is inserted as an S-shaped tube spring in 5 embedded, and the second spring element 235 on the fastening element 380 is possible, the fastening element 380 is in 5 for example, it is designed in a frame-shaped or frame-like manner and encloses or surrounds the first spring element 430 and the second spring element 235 on the inside.

Die 7 a und b zeigen schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit 620 mit einem elektrostatisch aktuierbaren Aktuierungselement 645. In der Darstellung in 7 a und b ist das erste Federelement 230 jeweils an einem ersten und zweiten Ende des ersten Federelements 621, 622 an dem Befestigungselement 280 fixiert. Gleichermaßen ist das zweite Federelement 235 jeweils an einem ersten und zweiten Ende des zweiten Federelements 623, 624 an dem Befestigungselement 280 fixiert. Das elektrostatisch aktuierbare Aktuierungselement 645 ist in 7 a und b in Form eines Elektrodenpaares 685 ausgebildet. Das Elektrodenpaar 685 kann oberhalb des ersten Federelements 230 und/oder unterhalb des ersten Federelements 230 und/oder zwischen dem ersten und zweiten Federelement 230, 235 angeordnet und mit dem ersten Federelement 230 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 verbunden sein. In der Darstellung in den 7 a und b ist das Elektrodenpaar 685 oberhalb des ersten Federelements 230 und unterhalb des ersten Federelements 230 angeordnet. Die Verbindung des Elektrodenpaares 685 mit dem ersten Federelement 230 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 kann über ein Verbindungselement 665 erfolgen. 7 a und b zeigen dabei jeweils eine Verbindung des Elektrodenpaares 685 mit dem ersten Federelement 230 und eine Verbindung des Elektrodenpaares 685 mit dem zweiten Federelement 235, jeweils unter Verwendung des Verbindungselements 665.The 7 a and b show schematic representations of a fifth embodiment of the movable bending unit 620 with an electrostatically actuatable actuation element 645. In the representation in 7 a and b, the first spring element 230 is fixed to the fastening element 280 at a first and second end of the first spring element 621, 622. Likewise, the second spring element 235 is fixed to the fastening element 280 at a first and second end of the second spring element 623, 624. The electrostatically actuatable actuating element 645 is in 7 a and b in the form of a Electrode pair 685 is formed. The electrode pair 685 can be arranged above the first spring element 230 and/or below the first spring element 230 and/or between the first and second spring elements 230, 235 and connected to the first spring element 230 and/or to the second spring element 235. In the illustration in the 7 a and b the electrode pair 685 is arranged above the first spring element 230 and below the first spring element 230. The connection of the electrode pair 685 to the first spring element 230 and/or to the second spring element 235 can be made via a connecting element 665. 7 a and b each show a connection of the electrode pair 685 to the first spring element 230 and a connection of the electrode pair 685 to the second spring element 235, each using the connecting element 665.

Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an das Elektrodenpaar 685 wird eine elektrische Kraft erzeugt (nicht dargestellt), die attraktiv auf das Elektrodenpaar 685 wirkt und das Elektrodenpaar 685 aus einer Ruhelage 694 auslenkt, um eine laterale Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 230 und/oder des zweiten Federelements 235 aufgrund der Verbindung des Elektrodenpaares 685 mit dem ersten und/oder zweiten Federelement 230, 235 zu bewirken. Im dargestellten Beispiel ist das Elektrodenpaar 685 ineinandergreifend ausgebildet. Die erste Elektrode 690 des Elektrodenpaares 685 ist zum Beispiel beweglich ausgebildet und die zweite Elektrode 691 des Elektrodenpaares 685 ist zum Beispiel fixiert. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste und zweite Elektrode 690, 691 wird eine attraktiv wirkende elektrische Kraft auf das Elektrodenpaar 685 erzeugt, die zu einer Bewegung der ersten Elektrode 690 in Richtung der zweiten Elektrode 691 führt. Aufgrund der Verwendung des Verbindungselements 665, das mit der ersten Elektrode 690 und dem ersten Federelement 230 sowie dem zweiten Federelement 235 verbunden ist, ist es schließlich möglich die beiden Federelemente 230, 235 lateral vorauszulenken.When an electrical voltage is applied to the electrode pair 685, an electrical force is generated (not shown) which has an attractive effect on the electrode pair 685 and deflects the electrode pair 685 from a rest position 694 in order to cause a lateral pre-deflection 240 of the first spring element 230 and/or the second spring element 235 due to the connection of the electrode pair 685 to the first and/or second spring element 230, 235. In the example shown, the electrode pair 685 is designed to engage with one another. The first electrode 690 of the electrode pair 685 is designed to be movable, for example, and the second electrode 691 of the electrode pair 685 is fixed, for example. When an electrical voltage is applied to the first and second electrodes 690, 691, an attractive electrical force is generated on the electrode pair 685, which leads to a movement of the first electrode 690 in the direction of the second electrode 691. Due to the use of the connecting element 665, which is connected to the first electrode 690 and the first spring element 230 as well as the second spring element 235, it is finally possible to deflect the two spring elements 230, 235 laterally.

Die erste Elektrode 690 des Elektrodenpaares 685 weist an einer ersten Seite 695, die der zweiten Elektrode 691 des Elektrodenpaares 685 zugewandt ist, eine Mehrzahl an Vorsprüngen 692 auf. Die zweite Elektrode 691 des Elektrodenpaares 685 weist an einer ersten Seite 696, die der ersten Elektrode 690 des Elektrodenpaares 685 zugewandt ist, eine Mehrzahl an Vorsprüngen 693 auf, die versetzt zu der Mehrzahl an Vorsprüngen 692 an der ersten Seite 695 der ersten Elektrode 690 angeordnet sind. Die Mehrzahl an Vorsprüngen 692 der ersten Elektrode 690 und die Mehrzahl an Vorsprüngen 693 der zweiten Elektrode 691 sind zahnartig 687 (oder keilformartig) oder kantenformartig 688 oder konusstumpfartig 689 ausgebildet. 7 a und b sind hierbei ein Beispiel für eine zahnartig 687 ausgebildete Mehrzahl an Vorsprüngen 692, 693 der ersten und zweiten Elektrode 690, 691. Das dargestellte Elektrodenpaar 685 kann insbesondere ein Interdigitalelektrodenpaar bilden.The first electrode 690 of the electrode pair 685 has a plurality of projections 692 on a first side 695 facing the second electrode 691 of the electrode pair 685. The second electrode 691 of the electrode pair 685 has a plurality of projections 693 on a first side 696 facing the first electrode 690 of the electrode pair 685, which are arranged offset from the plurality of projections 692 on the first side 695 of the first electrode 690. The plurality of projections 692 of the first electrode 690 and the plurality of projections 693 of the second electrode 691 are tooth-like 687 (or wedge-like) or edge-like 688 or truncated cone-like 689. 7 a and b are an example of a tooth-like 687 formed plurality of projections 692, 693 of the first and second electrodes 690, 691. The illustrated electrode pair 685 can in particular form an interdigital electrode pair.

Alternativ wäre denkbar ein nur einseitig angeordnetes Elektrodenpaar 685 zu verwenden, sofern das erste Federelement 230 und das zweite Federelement 235 ebenfalls nur einseitig ausgebildet sind. In der gezeigten Darstellung sind das das erste Federelement 230 und das Federelement 235 jeweils symmetrisch entlang einer Symmetrieebene 201 ausgebildet. Es versteht sich, dass die symmetrische Ausbildung auch für die vorangehenden und ähnliche ausgebildete nachfolgende Ausführungsbeispiele gilt, wobei es denkbar ist, dass auch die bereits erläuterten Ausführungsbeispiele jeweils nur einseitig ausgebildete Federelemente 230, 235 umfassen, die dann jeweils nur durch ein einzelnes Aktuierungselement vorauslenkbar sind.Alternatively, it would be conceivable to use an electrode pair 685 arranged only on one side, provided that the first spring element 230 and the second spring element 235 are also only designed on one side. In the illustration shown, the first spring element 230 and the spring element 235 are each designed symmetrically along a plane of symmetry 201. It goes without saying that the symmetrical design also applies to the preceding and similarly designed subsequent embodiments, whereby it is conceivable that the embodiments already explained also each comprise spring elements 230, 235 that are only designed on one side, which can then each only be pre-deflected by a single actuation element.

Die auf das Elektrodenpaar 685 einwirkende elektrische Kraft wirkt wie oben genannt attraktiv, also anziehend. Auf diese Weise kann also eine unidirektionale Aktuierung bzw. Vorauslenkung der Federelemente 230, 235 erfolgen. Wäre das Elektrodenpaar 685 entgegengesetzt wirkend angeordnet, so könnte alternativ eine bidirektionale Aktuierung bzw. Vorauslenkung der Federelemente 230, 235 ermöglicht werden.The electrical force acting on the electrode pair 685 has an attractive effect, as mentioned above. In this way, a unidirectional actuation or pre-deflection of the spring elements 230, 235 can take place. If the electrode pair 685 were arranged to act in opposite directions, a bidirectional actuation or pre-deflection of the spring elements 230, 235 could alternatively be made possible.

7 c bis f zeigen weitere schematische Darstellungen für elektrostatisch aktuierbare Aktuierungselemente 745, 845, die in den 7 a und b gezeigt sind. Die Aktuierungselemente 745, 845 der 7 c bis f können ebenfalls in Form eines Elektrodenpaares 685, beispielsweise als Interdigitalelektroden, ausgebildet sein. 7 c zeigt ein Beispiel für eine kantenformartig 688 ausgebildete Mehrzahl an Vorsprüngen 692, 693. Die 7 d bis f zeigen jeweils Beispiele für eine konusstumpfartig 689 ausgebildete Mehrzahl an Vorsprüngen 692, 693. Die konusstumpfartig 689 ausgebildete Mehrzahl an Vorsprüngen hat dabei den Vorteil der selbstbeschränkenden Wirkung auf das Elektrodenpaar, das heißt im Unterschied zu den anderen zahnartigen 687 oder kantenformartigen 688 Ausbildungen der Mehrzahl an Vorsprüngen 692, 693, die sich bis zum gegenseitigen „Zusammenschnappen“ anziehen werden, kann die konusstumpfartige 689 Ausbildung diesen Effekt verhindern. Das gegenseitige Zusammenschnappen kann auch als sog. „elektrostatischer Kollaps“ bezeichnet werden und bei der Distanz auftreten, bei der die elektrische Kraft (elektrostatische Kraft) die lineare Rückstellkraft der Federelemente 230, 235 übersteigt. 7c to f show further schematic representations for electrostatically actuatable actuation elements 745, 845, which are shown in the 7 a and b. The actuating elements 745, 845 of the 7c to f can also be designed in the form of an electrode pair 685, for example as interdigital electrodes. 7c shows an example of a plurality of projections 692, 693 formed in the shape of an edge 688. The 7 days to f each show examples of a truncated cone-shaped 689 plurality of projections 692, 693. The truncated cone-shaped 689 plurality of projections has the advantage of a self-limiting effect on the electrode pair, i.e., in contrast to the other tooth-like 687 or edge-shaped 688 configurations of the plurality of projections 692, 693, which will attract each other until they "snap together", the truncated cone-shaped 689 configuration can prevent this effect. The mutual snapping together can also be referred to as so-called "electrostatic collapse" and can occur at the distance at which the electrical force (electrostatic force) exceeds the linear restoring force of the spring elements 230, 235.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit 720 in den 7 a und b. Im Unterschied zu den 7 a und b ist das Elektrodenpaar 685 als elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement 645 hierbei zwischen dem ersten und zweiten Federelement 230, 235 angeordnet. Das Elektrodenpaar 685 kann ebenfalls als ein Interdigitalelektrodenpaar ausgebildet sein und weist in der Darstellung z.B. eine zahnartig 687 ausgebildete Mehrzahl an Vorsprüngen 692, 693 auf. 8th shows a schematic representation of a sixth embodiment of the movable bending unit 720 in the 7 a and b. In contrast to the 7 a and b the electrode pair 685 is arranged as an electrostatically actuatable actuation element 645 between the first and second spring elements 230, 235. The electrode pair 685 can also be designed as an interdigital electrode pair and has, in the illustration, for example, a plurality of projections 692, 693 designed like teeth 687.

Wie oben erwähnt, kann die lateral zumindest teilweise gekrümmte oder gebogene Rohrfeder z.B. auch linear mit abgerundeten Kanten bzw. mit gebogenen Kanten ausgebildet sein und das erste Federelement 630 bilden, wie in der Darstellung in 10. Alternativ ist ebenfalls denkbar, dass die Geometrie des ersten Federelements 630 derart wählbar ist, d.h. mit gebogenen bzw. abgerundeten Kanten. Ein gestrichelt dargestellter Ausschnitt 10 für weitere Ausführungsformen eines Aktuierungselements 945 für die Vorauslenkung oder für die funktionale Aktuierung/Funktionsauslenkung, das an dem ersten Federelement 630 einer Biegeeinheit 820 angebracht sein kann und/oder ein erstes Federelement 630 einer Biegeeinheit 820 bilden kann, ist in den nachfolgenden 11 a bis c noch genauer dargestellt.As mentioned above, the laterally at least partially curved or bent tube spring can also be formed linearly with rounded edges or with bent edges and form the first spring element 630, as shown in the illustration in 10 . Alternatively, it is also conceivable that the geometry of the first spring element 630 can be selected in such a way, ie with curved or rounded edges. A dashed section 10 for further embodiments of an actuating element 945 for the pre-deflection or for the functional actuation/functional deflection, which can be attached to the first spring element 630 of a bending unit 820 and/or can form a first spring element 630 of a bending unit 820, is shown in the following 11 a to c are shown in more detail.

11a zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein piezoelektrisch aktuierbares Aktuierungselement 1045, das z.B. in den Ausschnitt 10 in 10 an dem ersten Federelement 630 angebracht werden und eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 bewirken kann. Als piezoelektrisch aktuierbares Aktuierungselement 1045 kann z.B. ein piezoelektrisches Streifenpaar 1023 verwendet werden, das an dem ersten Federelement 630 und/oder an dem zweiten Federelement 235 angeordnet oder mit dem ersten Federelement 630 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 verbunden ist. Im gezeigten Beispiel in den 10 und 11a kann das piezoelektrische Streifenpaar 1023 als Aktuierungselement 1045 an dem ersten Federelement 630 angeordnet sein (beispielsweise können hierzu auf eine Oberfläche des ersten Federelements 630 entgegengesetzt wirkende PZT-Streifen als piezoelektrisches Streifenpaar 1023 angebracht werden). Ein erstes Ende 1021 des piezoelektrischen Streifenpaares 1023 kann fixierbar und/oder ein zweites Ende 1022 des piezoelektrischen Streifenpaares 1023 kann bewegbar ausgebildet sein. Im dargestellten Beispiel ist das erstes Ende 1021 des piezoelektrischen Streifenpaares 1023 fixiert und das zweite Ende 1022 des piezoelektrischen Streifenpaares 1023 bewegbar ausgebildet, um eine laterale Vorauslenkung 240 zu bewirken. Es versteht sich, dass das piezoelektrische Streifenpaar 1023 als Aktuierungselement 1045 nicht nur in den Ausschnitt 10 in 10 an dem ersten Federelement 630 angebracht sein kann, sondern auch gegenüberliegend an der Symmetrieebene 201 an dem ersten Federelement 630 angebracht sein kann, sowie längs des Ausschnitts 10 (auch an der Symmetrieebene 201 längs des Ausschnitts 10 gespiegelt) an dem ersten Federelement 630 angebracht sein kann. 11a shows an embodiment of a piezoelectrically actuatable actuation element 1045, which can be inserted into the cutout 10 in 10 be attached to the first spring element 630 and can cause a lateral pre-deflection 240 (and/or rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 630 and/or the second spring element 235. As a piezoelectrically actuatable actuation element 1045, for example, a piezoelectric strip pair 1023 can be used, which is arranged on the first spring element 630 and/or on the second spring element 235 or is connected to the first spring element 630 and/or to the second spring element 235. In the example shown in the 10 and 11a the piezoelectric strip pair 1023 can be arranged as an actuating element 1045 on the first spring element 630 (for example, PZT strips acting in opposite directions can be attached to a surface of the first spring element 630 as a piezoelectric strip pair 1023). A first end 1021 of the piezoelectric strip pair 1023 can be designed to be fixable and/or a second end 1022 of the piezoelectric strip pair 1023 can be designed to be movable. In the example shown, the first end 1021 of the piezoelectric strip pair 1023 is fixed and the second end 1022 of the piezoelectric strip pair 1023 is designed to be movable in order to cause a lateral pre-deflection 240. It is understood that the piezoelectric strip pair 1023 can be inserted as an actuating element 1045 not only in the cutout 10 in 10 not only can it be attached to the first spring element 630, but can also be attached oppositely to the plane of symmetry 201 to the first spring element 630, and can be attached along the cutout 10 (also mirrored on the plane of symmetry 201 along the cutout 10) to the first spring element 630.

Bei Anlegen einer elektrischen Spannung mit entgegengesetzter Polarität an das piezoelektrische Streifenpaar 1023 (nicht dargestellt), ist das piezoelektrische Streifenpaar 1023 ausgelegt, eine Dehnbewegung/Dilatation 1025 und/oder Stauchbewegung/Kontraktion 1024 auszuführen, um eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 zu bewirken. In der Darstellung in den 10 und 11 a werden das erste Federelement 630 und das zweite Federelement 235 lateral 240 mithilfe des piezoelektrisch aktuierbaren Aktuierungselements 1045 ausgelenkt. Die laterale Vorauslenkung 240 kann hierbei temporär sein. Auch eine rotatorische Vorauslenkung kann temporär sein. When an electrical voltage of opposite polarity is applied to the piezoelectric strip pair 1023 (not shown), the piezoelectric strip pair 1023 is designed to carry out an extension movement/dilation 1025 and/or compression movement/contraction 1024 in order to cause a lateral pre-deflection 240 (and/or rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 630 and/or the second spring element 235. In the illustration in the 10 and 11 a the first spring element 630 and the second spring element 235 are deflected laterally 240 using the piezoelectrically actuatable actuation element 1045. The lateral pre-deflection 240 can be temporary. A rotary pre-deflection can also be temporary.

Weiterhin zeigt 11 b ein Ausführungsbeispiel für ein thermisch aktuierbares Aktuierungselement 1145, das z.B. in den Ausschnitt 10 in 10 an dem ersten Federelement 630 angebracht werden und eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder eine rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 bewirken kann. Hierzu kann als thermisch aktuierbares Aktuierungselement 1145 z.B. ein Bimetall-Streifen eingesetzt werden. Der Bimetall-Streifen kann an dem ersten Federelement 630 und/oder an dem zweiten Federelement 235 angebracht oder mit dem ersten Federelement 630 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 verbunden sein. Ein erstes Ende des Bimetall-Streifens 1121 kann fixierbar ausgebildet sein und/oder ein zweites Ende des Bimetall-Streifens 1122 kann bewegbar ausgebildet sein. In der Darstellung in 11 b ist das erste Ende des Bimetall-Streifens 1121 fixiert und das zweite Ende des Bimetall-Streifens 1122 beweglich ausgebildet. Der Bimetall-Streifen ist bei einer Erwärmung ausgelegt, eine Bewegung auszuführen, um eine laterale Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 zu bewirken. Die Erwärmung des Bimetallstreifens kann entweder durch einen Kurzschluss des Bimetallstreifens oder durch Verwendung eines Heizelements (nicht dargestellt) erreicht werden. In der dargestellten Ausführungsform bewirkt die Änderung der Temperatur des Bimetallstreifens eine Bewegung des Streifens und eine resultierende laterale Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 630 und des zweiten Federelements 235. Die laterale Vorauslenkung 240 kann hierbei temporär sein. Auch eine rotatorische Vorauslenkung kann temporär sein.Furthermore, 11 b an embodiment of a thermally actuatable actuation element 1145, which can be inserted into the cutout 10 in 10 be attached to the first spring element 630 and can cause a lateral pre-deflection 240 (and/or a rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 630 and/or the second spring element 235. For this purpose, a bimetal strip can be used as a thermally actuatable actuation element 1145. The bimetal strip can be attached to the first spring element 630 and/or to the second spring element 235 or connected to the first spring element 630 and/or to the second spring element 235. A first end of the bimetal strip 1121 can be designed to be fixable and/or a second end of the bimetal strip 1122 can be designed to be movable. In the illustration in 11 b the first end of the bimetal strip 1121 is fixed and the second end of the bimetal strip 1122 is designed to be movable. When heated, the bimetal strip is designed to move in order to cause a lateral pre-deflection 240 of the first spring element 630 and/or the second spring element 235. The heating of the bimetal strip can be achieved either by short-circuiting the bimetal strip or by using a heating element (not shown). In the embodiment shown, the change in the temperature of the bimetal strip causes a movement of the strip and a resulting lateral pre-deflection kung 240 of the first spring element 630 and the second spring element 235. The lateral pre-deflection 240 can be temporary. A rotational pre-deflection can also be temporary.

Eine weitere Alternative für ein thermisch aktuierbares Aktuierungselement 1245 das in den Ausschnitt 10 in 10 in das erste Federelement 630 eingebettet werden und eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 bewirken kann, ist in 11 c dargestellt. Als thermisch aktuierbares Aktuierungselement 1245 wird hierzu eine Formgedächtnislegierung verwendet, die an dem ersten Federelement 630 und/oder an dem zweiten Federelement 235 angebracht oder mit dem ersten Federelement 630 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 verbunden ist. Ein erstes Ende der Formgedächtnislegierung 1221 kann fixierbar ausgebildet und/oder ein zweites Ende der Formgedächtnislegierung 1222 kann bewegbar ausgebildet sein. In der Darstellung in 11 c ist das erste Ende der Formgedächtnislegierung 1221 fixiert und das zweite Ende der Formgedächtnislegierung 1222 beweglich ausgebildet.Another alternative for a thermally actuatable actuation element 1245 which is inserted into the cutout 10 in 10 be embedded in the first spring element 630 and can cause a lateral pre-deflection 240 (and/or rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 630 and/or the second spring element 235, is in 11c shown. A shape memory alloy is used as the thermally actuatable actuation element 1245, which is attached to the first spring element 630 and/or to the second spring element 235 or is connected to the first spring element 630 and/or to the second spring element 235. A first end of the shape memory alloy 1221 can be designed to be fixable and/or a second end of the shape memory alloy 1222 can be designed to be movable. In the illustration in 11c the first end of the shape memory alloy 1221 is fixed and the second end of the shape memory alloy 1222 is movable.

Die Formgedächtnislegierung kann bei einer Erwärmung ausgelegt sein (beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Heizelements), einen Phasenübergang zu vollführen, wobei der Phasenübergang eine Strukturänderung der Formgedächtnislegierung herbeiführt, um eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder eine rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 630 und/oder des zweiten Federelements 235 zu bewirken. In der dargestellten Ausführungsform bewirkt die Änderung der Temperatur der Formgedächtnislegierung eine Strukturänderung der Legierung, also Verformung der Legierung, und eine resultierende laterale Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 630 und des zweiten Federelements 235. Die laterale Vorauslenkung 240 kann hierbei permanent sein. Auch eine rotatorische Vorauslenkung kann permanent sein.The shape memory alloy can be designed to undergo a phase transition when heated (for example by means of a heating element (not shown)), the phase transition bringing about a structural change in the shape memory alloy in order to bring about a lateral pre-deflection 240 (and/or a rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 630 and/or the second spring element 235. In the embodiment shown, the change in the temperature of the shape memory alloy brings about a structural change in the alloy, i.e. deformation of the alloy, and a resulting lateral pre-deflection 240 of the first spring element 630 and the second spring element 235. The lateral pre-deflection 240 can be permanent. A rotational pre-deflection can also be permanent.

13 zeigt eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit 920 in 2 mit einem magnetisch aktuierbaren Aktuierungselement 1345. Als magnetisch aktuierbares Aktuierungselement 1345 kann eine Stromschiene 30 bzw. eine Stromschleife bzw. eine Leiterbahn aus elektrisch leitfähigem Material (metallisches Material wie z.B. Kupfer oder eine Alternative) in einem Magnetfeld 20 verwendet werden. Das Magnetfeld 20 kann z.B. aus der Zeichenebene herausragen. Die Stromschiene 30 kann an dem ersten Federelement 730 und/oder an dem zweiten Federelement 235 angebracht oder mit dem ersten Federelement 730 und/oder mit dem zweiten Federelement 235 verbunden sein. In der Darstellung in 13 ist die Stromschiene 30 an dem ersten Federelement 730 angebracht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Stromschiene 30 (nicht dargestellt) wird ein Stromfluss (bewegte Ladungsträger) erzeugt, der im Magnetfeld 20 eine magnetische Kraft/Lorentzkraft 25 auf die Stromschiene 30 bzw. auf die bewegten Ladungsträger erzeugt, und eine laterale Vorauslenkung 240 (und/oder eine rotatorische Vorauslenkung, nicht dargestellt) des ersten Federelements 730 und/oder des zweiten Federelements 235 bewirkt. 13 shows a schematic representation of an eighth embodiment of the movable bending unit 920 in 2 with a magnetically actuatable actuation element 1345. A busbar 30 or a current loop or a conductor track made of electrically conductive material (metallic material such as copper or an alternative) in a magnetic field 20 can be used as the magnetically actuatable actuation element 1345. The magnetic field 20 can protrude from the plane of the drawing, for example. The busbar 30 can be attached to the first spring element 730 and/or to the second spring element 235 or can be connected to the first spring element 730 and/or to the second spring element 235. In the illustration in 13 the busbar 30 is attached to the first spring element 730. When an electrical voltage is applied to the busbar 30 (not shown), a current flow (moving charge carriers) is generated, which generates a magnetic force/Lorentz force 25 on the busbar 30 or on the moving charge carriers in the magnetic field 20, and causes a lateral pre-deflection 240 (and/or a rotational pre-deflection, not shown) of the first spring element 730 and/or the second spring element 235.

In der Darstellung in 13 kann eine Stromflussrichtung 35 bzw. eine Bewegungsrichtung der Ladungsträger 35 z.B. in der gekennzeichneten Pfeilrichtung erfolgen, das Magnetfeld 30 kann aus der Zeichenebene ragen und eine Richtung der Lorentzkraft 25 kann z.B. über die rechte Hand Regel wie abgebildet bestimmt werden (Daumen: Stromflussrichtung 35, d.h. technische Stromrichtung der positiven Ladung, Zeigefinger: Richtung des Magnetfeldes 20 und Mittelfinger: Richtung der Lorentzkraft 25). Die Lorentzkraft 25 wirkt (vom ersten Federelement 730 aus betrachtet) in Richtung des zweiten Federelements 235 und führt demnach zu einer lateralen Vorauslenkung 240 des ersten Federelements 730 und des zweiten Federelements 235 in die veranschaulichte Richtung, wobei die Richtung der Vorauslenkung 240 parallel zur Richtung der Lorentzkraft 25 ausgebildet ist. Die laterale Vorauslenkung 240 kann hierbei temporär sein. Auch eine rotatorische Vorauslenkung kann temporär sein.In the presentation in 13 a current flow direction 35 or a direction of movement of the charge carriers 35 can be in the direction of the arrow shown, for example, the magnetic field 30 can protrude from the plane of the drawing and a direction of the Lorentz force 25 can be determined, for example, using the right hand rule as shown (thumb: current flow direction 35, i.e. technical current direction of the positive charge, index finger: direction of the magnetic field 20 and middle finger: direction of the Lorentz force 25). The Lorentz force 25 acts (as viewed from the first spring element 730) in the direction of the second spring element 235 and therefore leads to a lateral pre-deflection 240 of the first spring element 730 and the second spring element 235 in the direction shown, the direction of the pre-deflection 240 being parallel to the direction of the Lorentz force 25. The lateral pre-deflection 240 can be temporary. A rotational pre-deflection can also be temporary.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Eigenschaften der unterschiedlichen Aktuierungsmöglichkeiten für die Vorauslenkung zusammengefasst. Zudem enthält Tabelle 1 auch eine Spalte „funktionale Aktuierung“ für den funktionalen Betrieb der mikromechanischen Struktur 200, z.B. zur Erzeugung von Schall für eine als mikromechanischer Lautsprecher 100 ausgebildete MEMS Struktur 200. Auch die (Einstell-)Richtung der funktionalen Aktuierung ist hierbei angegeben. Tabelle 1 Aktuierung für laterale Vorauslenkung Vorauslenkung Funktionale Aktuierung 1 elektrostatisch, Interdigitalelektroden (so geometrisch angeordnet, dass sie eine entgegengesetzt wirkende Kraft bewirken) temporär bidirektional 2 pneumatisch permanent nein 3 piezoelektrisch temporär bidirektional 4 nano-electric drive (NED) temporär unidirektional 5 magnetisch temporär nein 6 thermisch (z.B. via Bimetallfeder) temporär nein 7 Thermisch (z.B. via Formgedächtnislegierung) permanent nein The properties of the different actuation options for the pre-deflection are summarized in Table 1 below. In addition, Table 1 also contains a column "functional actuation" for the functional operation of the micromechanical structure 200, e.g. for generating sound for a MEMS structure 200 designed as a micromechanical loudspeaker 100. The (adjustment) direction of the functional actuation is also specified here. Table 1 Actuation for lateral pre-deflection Pre-steering Functional actuation 1 electrostatic, interdigital electrodes (geometrically arranged to produce an opposing force) temporary bidirectional 2 pneumatic permanent no 3 piezoelectric temporary bidirectional 4 nano-electric drive (NED) temporary unidirectional 5 magnetic temporary no 6 thermal (e.g. via bimetal spring) temporary no 7 Thermal (e.g. via shape memory alloy) permanent no

Die Aktuierungselemente 245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445 für die Vorauslenkung (Aktoren bzw. Biegeaktoren) können sowohl in das erste (lineare) Federelement 230, 330, 430, 530, 630, 730 und/oder das zweite (nichtlineare) Federelement 235, 335 integriert oder an dem ersten Federelement 230, 330, 430, 530, 630, 730 und/oder an dem zweiten Federelement 235, 335 angeordnet werden.The actuating elements 245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445 for the pre-deflection (actuators or bending actuators) can be integrated into the first (linear) spring element 230, 330, 430, 530, 630, 730 and/or the second (non-linear) spring element 235, 335 or arranged on the first spring element 230, 330, 430, 530, 630, 730 and/or on the second spring element 235, 335.

Für die funktionale Aktuierung (z.B. für die Erzeugung von Schall) können elektrostatisch 245, 645, 745, 845 und/oder piezoelektrisch 1045 und/oder magnetische 1345 Aktuierungselemente (Biegeaktoren) an das zweite Federelement 235, 335 angebracht und/oder in das zweite Federelement 235, 335 integriert bzw. eingebettet oder mit dem zweiten Federelement 235, 335 verbunden werden. Elektrostatische Interdigitalelektroden als Elektrodenpaar 685 können auch auf dem Verbindungselement 265 zwischen dem ersten (linearen) Federelement 230, 630, 730 und dem zweiten (nichtlinearen) Federelement 235, 335 angebracht werden. Die funktionalen Aktoren und die Aktuierungselemente 245, 645, 745, 845, 1045, 1345 für die Vorauslenkung können zusammenwirken. Das Zusammenwirken kann je nach Eigenschaften der Aktoren synchron und gleichgerichtet erfolgen und ermöglicht eine vergrößerte Auslenkung.For functional actuation (e.g. for generating sound), electrostatic 245, 645, 745, 845 and/or piezoelectric 1045 and/or magnetic 1345 actuation elements (bending actuators) can be attached to the second spring element 235, 335 and/or integrated or embedded in the second spring element 235, 335 or connected to the second spring element 235, 335. Electrostatic interdigital electrodes as an electrode pair 685 can also be attached to the connecting element 265 between the first (linear) spring element 230, 630, 730 and the second (non-linear) spring element 235, 335. The functional actuators and the actuation elements 245, 645, 745, 845, 1045, 1345 for the pre-deflection can work together. Depending on the properties of the actuators, the interaction can be synchronous and rectified and enables an increased deflection.

Aktuierungselemete gem. Nr. 1, 3, 4 und 5 in Tabelle 1 können prinzipiell sowohl für die laterale Vorauslenkung als auch für die funktionale Aktuierung eingesetzt werden. Der funktionale Betrieb der Aktoren (z.B. für die Erzeugung von Schall) kann in diesem Fall mit Signalen erfolgen, die einen konstanten Offset (mit entsprechender Polung für die Vorauslenkung) aufweisen, die zusätzlich mit Signalen moduliert werden, die für die Erzeugung des akustischen Schalls bestimmt sind. Das heißt eine funktionale Aktuierung kann mittels elektrostatisch aktuierbarem 245, 645, 745, 845 und/oder piezoelektrisch 1045 aktuierbarem und/oder magnetisch 1345 aktuierbarem Aktuierungselement erfolgen, wobei dann ein oben genanntes Signal auf die mikromechanische Struktur 200 aufmodulierbar ist.Actuating elements according to numbers 1, 3, 4 and 5 in Table 1 can in principle be used for both lateral pre-deflection and functional actuation. In this case, the functional operation of the actuators (e.g. for generating sound) can be carried out with signals that have a constant offset (with corresponding polarity for the pre-deflection), which are additionally modulated with signals that are intended for generating acoustic sound. This means that functional actuation can be carried out by means of electrostatically actuated 245, 645, 745, 845 and/or piezoelectrically 1045 actuated and/or magnetically 1345 actuated actuating elements, whereby an above-mentioned signal can then be modulated onto the micromechanical structure 200.

Die Aktuierungselemente 245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445 können in allen Konstellationen an dem/in dem ersten (linearen) Federelement 230, 330, 430, 530, 630, 730 und/oder an dem/in dem zweiten (nichtlinearen) Federelement 235, 335 eingesetzt werden. Hierbei sind folgende Konstellationen denkbar:

1. Ein temporär wirkendes Aktuierungselement für Vorauslenkung und funktionale Aktuierung
2. Zwei temporär wirkende Aktuierungselemente beide für die Vorauslenkung und funktionale Aktuierung
3. Zwei temporär wirkende Aktuierungselemente - eines für Vorauslenkung und das zweite für die funktionale Aktuierung
4. Zwei Aktuierungselemente - eines für eine permanente Vorauslenkung und das zweite für die funktionale Aktuierung.

The

actuating elements

245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445 can be used in all configurations on/in the first (linear)

spring element

230, 330, 430, 530, 630, 730 and/or on/in the second (non-linear)

spring element

235, 335. The following configurations are conceivable:

1. A temporarily acting actuation element for pre-deflection and functional actuation
2. Two temporarily acting actuation elements both for pre-deflection and functional actuation
3. Two temporarily acting actuation elements - one for pre-deflection and the second for functional actuation
4. Two actuation elements - one for permanent pre-deflection and the second for functional actuation.

Wird ein temporär wirkendes Aktuierungselement 245, 645, 745, 845, 1045, 1145, 1345 für die Vorauslenkung verwendet, so können über den Grad der Vorauslenkung verschiedene Arbeitspunkte im Federkennlinienfeld der kombinierten bzw. mechanisch gekoppelten ersten und zweiten Federelemente 230, 235, 335, 630, 730 mit unterschiedlichen Federsteifigkeiten und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen des MEMS-Lautsprechers 100 eingestellt werden.If a temporarily acting actuating element 245, 645, 745, 845, 1045, 1145, 1345 is used for the pre-deflection, different operating points in the spring characteristic field of the combined or mechanically coupled first and second spring elements 230, 235, 335, 630, 730 with different spring stiffnesses and thus different resonance frequencies of the MEMS loudspeaker 100 can be set.

Die 15 a bis c zeigen schematische Darstellungen einer neunten bis elften Ausführungsform der beweglichen Biegeeinheit 1020, 1120, 1220, wobei die bewegliche Biegeeinheit 1020, 1120, 1220 hierbei insbesondere jeweils als Rotationseinheit mit einem Rotationskörper 1031 ausgebildet ist und eine rotatorische Auslenkung 1040 ermöglicht wird bzw. eine Drehbewegung. Der Rotationskörper 1031 in 15 a und b ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und beweglich ausgebildet. Im Wesentlichen kreisförmig kann dabei zumindest eine näherungsweise Kreisform aufweisend bis hin zu eine Kreisform aufweisend bedeuten. Im gezeigten Beispiel weist der Rotationskörper 1031 eine Kreisform auf.The 15 a to c show schematic representations of a ninth to eleventh embodiment of the movable bending unit 1020, 1120, 1220, wherein the movable bending unit 1020, 1120, 1220 is designed in particular as a rotation unit with a rotation body 1031 and a rotational deflection 1040 is made possible or a rotational movement. The rotation body 1031 in 15 a and b is essentially circular and movable. Essentially circular can mean having at least an approximately circular shape up to having a circular shape. In the example shown, the rotation body 1031 has a circular shape.

Innerhalb des Rotationskörpers 1031 ist das erste Federelement 530 angeordnet, wobei das erste Federelement 530 einseitig 521 mit dem Rotationskörper 1031 verbunden und einseitig 522 fixiert 40 ist. Das erste Federelement 530 ist als pneumatisch aktuierbare zumindest teilweise gekrümmte oder gefaltete Rohrfeder ausgebildet, zur rotatorischen Vorauslenkung des ersten Federelements 530 und/oder des zumindest einen zweiten Federelements 335. Im dargestellten Beispiel ist die Rohrfeder spiralförmig ausgebildet und bildet das erste Federelement 530. Alternative geometrische Ausgestaltungen der Rohrfeder, wie z.B. in den vorangehenden Figuren sind ebenfalls denkbar. Das zumindest eine zweite Federelement 335 ist einseitig 339 mit dem Rotationskörper 1031 verbunden und einseitig 338 mit einem Fixierungselement 1032 verbunden. Das Fixierungselement 1032 ist unbeweglich ausgebildet und ist in der Darstellung z.B. ebenfalls kreisförmig ausgebildet. Die geometrische Form des Fixierungselements 1032 kann jedoch auch alternativ zum gezeigten Beispiel umgesetzt sein.The first spring element 530 is arranged within the rotary body 1031, the first spring element 530 being connected to the rotary body 1031 on one side 521 and fixed 40 on one side 522. The first spring element 530 is designed as a pneumatically actuated, at least partially curved or folded tubular spring for the rotational pre-deflection of the first spring element 530 and/or the at least one second spring element 335. In the example shown, the tubular spring is spiral-shaped and forms the first spring element 530. Alternative geometric designs of the tubular spring, such as in the preceding figures, are also conceivable. The at least one second spring element 335 is connected to the rotary body 1031 on one side 339 and connected to a fixing element 1032 on one side 338. The fixing element 1032 is immovable and is also circular in the illustration, for example. However, the geometric shape of the fixing element 1032 can also be implemented alternatively to the example shown.

Die Biegeeinheit 1020 in 15 a kann mithilfe der spiralförmig ausgebildeten Rohrfeder als erstes Federelement 530 bzw. pneumatisch aktuierbares Aktuierungselement 545 rotatorisch 1040 vorausgelenkt werden. Das Prinzip der pneumatischen Aktuierung kann dabei wie oben erläutert erfolgen, wobei die Bewegung der Rohrfeder im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer rotatorische Vorauslenkung 1040 des ersten Federelements 530 und des mit dem ersten Federelement 530 verbundenen beweglichen Rotationskörpers 1031, sowie des jeweils einseitig 339 mit dem Rotationskörper 1031 verbundenen zumindest einen zweiten Federelements 335 führen kann, da die Geometrie der als Rotationseinheit mit dem Rotationskörper 1031 ausgebildeten Biegeeinheit 1020 entsprechend für eine durchführbare Rotations- bzw. Drehbewegung gewählt worden ist.The bending unit 1020 in 15 a can be pre-deflected in rotation 1040 using the spiral-shaped Bourdon spring as the first spring element 530 or pneumatically actuatable actuation element 545. The principle of pneumatic actuation can be carried out as explained above, wherein the movement of the Bourdon spring in the illustrated embodiment can lead to a pre-deflected rotation 1040 of the first spring element 530 and the movable rotation body 1031 connected to the first spring element 530, as well as of the at least one second spring element 335 connected on one side 339 to the rotation body 1031, since the geometry of the bending unit 1020 designed as a rotation unit with the rotation body 1031 has been selected accordingly for a feasible rotation or turning movement.

Die rotatorische Vorauslenkung 1040 der als spiralförmig ausgebildeten Rohrfeder, die das erste Federelement 530 bildet, kann hierbei z.B. permanent erfolgen. Die Vorauslenkung 1040 kann dazu beitragen, dass die Rückstellkraft des ersten Federelements 530 und des zweiten Federelements 335 in der gemeinsamen Federkennlinie danach reduziert ist und eine Drehbewegung der Rotationeinheit mit verkleinerter Rückstellkraft infolge der Vorauslenkung 1040 ermöglicht wird. Auf diese Weise können auch rotatorische Aktoren und/oder Sensoren bereitgestellt werden. Als Alternative zur beschriebenen Rohrfeder als Aktuierungselement 545, können auch die oben beschriebenen Aktuierungselemente für eine laterale Vorauslenkung 240 in die Biegeeinheiten 1020, 1120, 1220 der 15 a bis c integriert sein, um hierbei eine rotatorische Vorauslenkung zu bewirken.The rotary pre-deflection 1040 of the spiral-shaped tubular spring, which forms the first spring element 530, can be permanent, for example. The pre-deflection 1040 can contribute to the fact that the restoring force of the first spring element 530 and the second spring element 335 in the common spring characteristic is then reduced and a rotary movement of the rotation unit with reduced restoring force is made possible as a result of the pre-deflection 1040. In this way, rotary actuators and/or sensors can also be provided. As an alternative to the described tubular spring as actuating element 545, the actuating elements described above for a lateral pre-deflection 240 can also be integrated into the bending units 1020, 1120, 1220 of the 15 a to c in order to achieve a rotational pre-deflection.

Im Unterschied zu 15 a wird in 15 b zwischen dem Rotationskörper 1031 und dem Fixierungselement 1032 ein Elektrodenpaar 685, z.B. ein Interdigitalelektrodenpaar, als elektrostatisch aktuierbares Aktuierungselement 1145 eingesetzt. Das Elektrodenpaar 685 kann ähnlich wie oben erläutert, eine erste, bewegliche Elektrode 690 und eine zweite, fixierte Elektrode 691 umfassen. Die erste Elektrode 690 kann hierbei am Rotationskörper 1031 mechanisch befestigt sein. Zur Ausbildung und Funktionsweise des Elektrodenpaares 685, umfassend die erste und zweite Elektrode 690, 691 in Kombination mit der lateralen Auslenkung 240 (die in 15 b einer rotatorische Vorauslenkung 1040 und/oder einer Funktionsaktuierung, also einer Einstellung des funktionalen Betriebs der Biegeeinheit 1120 entsprechen kann), wird daher auf obige Erläuterung verwiesen.In contrast to 15 a is in 15 b between the rotation body 1031 and the fixing element 1032, an electrode pair 685, e.g. an interdigital electrode pair, is used as an electrostatically actuatable actuation element 1145. The electrode pair 685 can comprise a first, movable electrode 690 and a second, fixed electrode 691, similar to that explained above. The first electrode 690 can be mechanically attached to the rotation body 1031. For the design and functioning of the electrode pair 685, comprising the first and second electrodes 690, 691 in combination with the lateral deflection 240 (which in 15 b a rotary pre-deflection 1040 and/or a functional actuation, i.e. a setting of the functional operation of the bending unit 1120), reference is therefore made to the above explanation.

15 c zeigt eine weitere Ausgestaltung des Rotationskörpers 1031 der 15 a und b. Im Unterschied zu 15 a und b, sind das erste Federelement 530 (in der Darstellung mit pneumatisch aktuierbarer spiralförmiger Rohrfeder als Aktuierungselement 545) und/oder das zumindest eine zweite Federelement 335 zumindest teilweise zueinander überlappend angeordnet 61 sind, indem das zumindest eine zweite Federelement 335 einseitig 351 mit dem Rotationskörper 1031 verbunden und einseitig 352 fixiert 40 ist. Zumindest teilweise zueinander überlappend kann dabei im Sinne einer zumindest teilweise übereinander gestapelten Anordnung verstanden werden. Die Anordnung des ersten Federelements 530 innerhalb des Rotationskörpers 1031 kann dabei wie vorstehend ausgebildet sein, nämlich einseitig 521 mit dem Rotationskörper 1031 verbunden und einseitig 522 fixiert 40. Auf diese Weise kann das zumindest eine zweite Federelement 335 zumindest teilweise oberhalb des ersten Federelements 530 angeordnet sein. 15c shows a further embodiment of the rotation body 1031 of the 15 a and b. In contrast to 15 a and b, the first spring element 530 (in the illustration with a pneumatically actuated spiral tube spring as actuation element 545) and/or the at least one second spring element 335 are arranged 61 at least partially overlapping one another, in that the at least one second spring element 335 is connected on one side 351 to the rotation body 1031 and fixed on one side 352. At least partially overlapping one another can be understood in the sense of an arrangement that is at least partially stacked on top of one another. The arrangement of the first spring element 530 within the rotation body pers 1031 can be designed as above, namely connected on one side 521 to the rotation body 1031 and fixed on one side 522 40. In this way, the at least one second spring element 335 can be arranged at least partially above the first spring element 530.

Mögliche Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung bilden MEMS-Sensoren oder -Aktoren bei denen Elemente lateral bewegt werden, z.B.

- MEMS-Lautsprecher
- Gravimeter
- Waagen mit großer Empfindlichkeit, z.B. (Nano-) Waagen
- xy- und/oder Drehaktor mit großem Hub/Winkel z.B. für ein Translations- oder Rotations-Mikropositionierelement
- Energy-harvester, oder
- Relais (monostabil/bistabil).

Possible areas of application of the present invention are MEMS sensors or actuators in which elements are moved laterally, e.g.

- MEMS speakers
- Gravimeter
- Scales with high sensitivity, e.g. (nano) scales
- xy and/or rotary actuator with large stroke/angle e.g. for a translational or rotational micropositioning element
- Energy harvester, or
- Relay (monostable/bistable).

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.The invention has been described in detail by means of preferred embodiments. Instead of the embodiments described, further embodiments are conceivable, which may have further modifications or combinations of the described features. For this reason, the invention is not limited by the disclosed examples, since other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN109085382A [0002]

Claims

Micromechanical structure (200) comprising at least one movable bending unit (220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220) which has a plurality of bending elements (225), wherein the plurality of bending elements (225) are designed as deflectable spring elements (230, 235, 330, 335, 430, 530, 630, 730), wherein at least one first spring element (230, 330, 430, 530, 630, 730) has a linear spring constant in an associated force-displacement diagram and/or wherein at least one second spring element (235, 335) has a non-linear spring constant in an associated force-displacement diagram, wherein the first spring element (230, 330, 430, 530, 630, 730) and/or the second spring element (235, 335) can be functionally actuated, wherein the first spring element (230, 330, 430, 530, 630, 730) and/or the second spring element (235, 335) are mechanically coupled (250) so that their common spring characteristic curve has an inflection point (270) in the force-displacement diagram, wherein the first spring element (230, 330, 430, 530, 630, 730) and/or the second spring element (235, 335) can be adjusted laterally (240) and/or rotationally (1040) by means of at least one actuating element (245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445) is pre-deflected, and wherein the at least one actuating element (245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445) causes a temporary or permanent pre-deflector.

Micromechanical structure according to Claim 1 , wherein the at least one actuating element (245, 345, 445, 545, 645, 745, 845, 945, 1045, 1145, 1245, 1345, 1445) is designed to be electrostatically actuated and/or pneumatically actuated and/or piezoelectrically actuated and/or magnetically actuated and/or thermally actuated.

Micromechanical structure according to Claim 2 , wherein a first end (621) and/or a second end (622) of the first spring element (230) is fixed, wherein a first end (623) and/or a second end (624) of the second spring element (235) is fixed, wherein a central portion (255) of the first spring element (230) and/or a central portion (260) of the second spring element (235) are mechanically coupled to one another (250), wherein above the first spring element (230) and/or below the first spring element (235) and/or between the first and second spring elements (230, 235) an electrode pair (685) is arranged as an electrostatically actuatable actuation element (645), which is connected to the first spring element (230) and/or to the second spring element (235), wherein when an electrical voltage is applied to the electrode pair (685) an electrical force is generated which attractively acts on the electrode pair (685) and deflects the electrode pair (685) from a rest position (694) in order to cause a lateral (240) and/or rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (230) and/or the second spring element (235).

Micromechanical structure according to Claim 3 , wherein the electrode pair (685) is designed to engage with one another, wherein a first electrode (690) of the electrode pair (685) has a plurality of projections (692) on a first side (695) facing a second electrode (691) of the electrode pair (685), wherein the second electrode (691) of the electrode pair (685) has a plurality of projections (693) on a first side (696) facing the first electrode (690) of the electrode pair (685), which are arranged offset from the plurality of projections (692) on the first side (695) of the first electrode (690), and wherein the plurality of projections (692) of the first electrode (690) and the plurality of projections (693) of the second electrode (691) are tooth-like (687) or edge-like (688) or truncated cone-shaped (689).

Micromechanical structure according to one of the Claims 2 until 4 , wherein a laterally at least partially curved or folded tubular spring can be used as the pneumatically actuatable actuation element (345, 445, 545), which is designed as a first spring element (230, 330, 430, 530, 630) and/or as a second spring element (235, 335) or is attached to the first spring element (230, 330, 430, 530, 630) and/or to the second spring element (235, 335) or is connected to the first spring element (230, 330, 430, 530, 630) and/or to the second spring element (235, 335), wherein a pressure difference is created between an inner volume of the tubular spring and an outer volume of the tubular spring, which leads to a movement of the tubular spring in order to achieve a lateral (240) and/or to cause a rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (230, 330, 430, 530, 630) and/or the second spring element (235, 335).

Micromechanical structure according to one of the Claims 2 until 5 , wherein a piezoelectric strip pair (1023) can be used as the piezoelectrically actuatable actuation element (945, 1045), which is attached to the first spring element (230, 630) and/or to the second spring element (235) or is connected to the first spring element (230, 630) and/or to the second spring element (235), and wherein when an electrical voltage of opposite polarity is applied to the piezoelectric strip pair (1023), the piezoelectric strip pair (1023) is designed to carry out an extension movement (1025) and/or compression movement (1024) in order to bring about a lateral (240) and/or rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (230, 630) and/or the second spring element (235).

Micromechanical structure according to one of the Claims 2 until 6 , wherein a busbar (30) made of electrically conductive material in a magnetic field (20) can be used as the magnetically actuatable actuation element (1345), wherein the busbar (30) is attached to the first spring element (730) and/or to the second spring element (235) or is connected to the first spring element (730) and/or to the second spring element (235), wherein when an electrical voltage is applied to the busbar (30), a current flow is generated which generates a magnetic force (25) on the busbar (30) in the magnetic field (20) and causes a lateral (240) and/or rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (730) and/or the second spring element (235).

Micromechanical structure according to one of the Claims 2 until 7 , wherein a bimetallic strip can be used as the thermally actuatable actuation element (945, 1145), wherein the bimetallic strip is attached to the first spring element (630) and/or to the second spring element (235) or is connected to the first spring element (630) and/or to the second spring element (235), wherein a first end (1121) of the bimetallic strip is designed to be fixable and/or a second end (1122) of the bimetallic strip is designed to be movable, and wherein the bimetallic strip is designed to execute a movement when heated in order to bring about a lateral (240) and/or rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (630) and/or the second spring element (235).

Micromechanical structure according to one of the Claims 2 until 7 , wherein a shape memory alloy can be used as the thermally actuatable actuation element (945, 1245), wherein the shape memory alloy is attached to the first spring element (630) and/or attached to the second spring element (235) or is connected to the first spring element (630) and/or to the second spring element (235), wherein a first end (1221) of the shape memory alloy is designed to be fixable and/or a second end (1222) of the shape memory alloy is designed to be movable, wherein the shape memory alloy is designed to undergo a phase transition when heated, wherein the phase transition brings about a structural change in the shape memory alloy in order to bring about a lateral (240) and/or rotational (1040) pre-deflection of the first spring element (630) and/or the second spring element (235).

Micromechanical structure according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the movable bending unit (1020, 1120, 1220) is designed as a rotation unit with a rotation body (1031) for a rotational pre-deflection (1040).

Micromechanical structure according to Claim 10 , wherein the rotary body (1031) is essentially circular and movable, wherein the first spring element (530) is arranged within the rotary body (1031), which is connected on one side (521) to the rotary body (1031) and fixed (40) on one side (522), wherein the first spring element (530) is designed as a pneumatically actuatable at least partially curved or folded tubular spring, in particular as a spiral-shaped tubular spring, for the rotary pre-deflection (1040) of the first spring element (530) and/or of the at least one second spring element (335), wherein the at least one second spring element (335) is connected on one side (339) to the rotary body (1031) and is connected on one side (338) to a fixing element (1032), and wherein the fixing element (1032) is designed to be immovable.

Micromechanical structure according to Claim 11 , wherein between the rotation body (1031) and the fixing element (1032) a pair of electrodes (685) is further arranged as an electrostatically actuatable actuation element (645) for the rotational pre-deflection (1040) of the first spring element (530) and/or the at least one second spring element (335).

Micromechanical structure according to Claim 10 , wherein the first spring element (530) and/or the at least one second spring element (335) are arranged at least partially overlapping one another (61), in that the at least one second spring element (335) is connected on one side (351) to the rotation body (1031) and fixed on one side (40).

Micromechanical structure according to one of the Claims 1 until 13 , wherein a functional actuation takes place by means of electrostatically actuatable (245, 645, 745, 845) and/or piezoelectrically actuatable (1045) and/or magnetically actuatable (1345) actuation elements and for this purpose a signal can be modulated onto the micromechanical structure (200).

Micromechanical structure according to Claim 14 , whereby the functional actuation can be set to unidirectional or bidirectional.

Micromechanical structure according to one of the Claims 1 until 15 , wherein the micromechanical structure (200) is designed to be functionally actuated to generate sound in order to form a micromechanical loudspeaker (100).

Micromechanical structure according to one of the Claims 1 until 15 , wherein the micromechanical structure (200) is designed to be functionally actuable for use as one of the following components: a gravimeter, a scale, in particular a nano-scale, an xy and/or rotary actuator, in particular for a translational or rotational micropositioning element, an energy harvester, a relay which is designed to be monostable or bistable.

Micromechanical loudspeaker (100), comprising a micromechanical structure (200) with a movable bending unit (220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220) which has a plurality of bending elements (225) designed as spring elements (230, 235, 330, 335, 430, 530, 630, 730), according to one of the Claims 1 until 16 , wherein at least a first spring element (230, 330, 430, 530, 630, 730) and/or a second spring element (235, 335) are designed to be functionally actuable for generating sound, and a signal processing unit (105) for applying and processing signals of the micromechanical structure (200).