DE3805161C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Beschleunigung, bei dem mittels einer bei Überschreiten eines Beschleunigungs-Grenzwertes ein vorgegebenes logisches Signal erzeugenden Sensoranordnung ein der zu messenden Beschleunigung entsprechendes elektrisches Signal gebildet und als Meßwert ausgewertet wird.

Die Erfindung betrifft ferner einen Beschleunigungssensor mit einer Mehrzahl von Zungen, die auf einer gemeinsamen Platte um eine im Bereich eines ihrer freien Enden befindliche Achse verschwenkbar sind, wobei die Zungen massebehaftet und derart angeordnet sind, daß sie bei vorgegebenen unterschiedlichen Beschleunigungswerten in vorbestimmter Weise um die Achse verschwenkt werden.

Ein Beschleunigungssensor der vorstehend genannten Art ist aus der US-PS 21 90 866 bekannt.

Dieser bekannte Beschleunigungssensor ist als tragbares Beschleunigungs-Anzeigegerät ausgebildet. In einem im wesentlichen quaderförmigen Kasten sind insgesamt acht gleiche Zungen im Bereich eines ihrer freien Enden um eine gemeinsame horizontale Achse verschwenkbar angeordnet. Die Zungen können in Richtung ihrer Breitseite aus dem Gehäuse herausgeschwenkt werden, woraufhin ein Gehäusedeckel wieder teilweise geschlossen werden kann, damit sich die Zungen gegen den teilweise eingeschobenen Gehäusedeckel anlehnen können. Die Auflagepunkte der Zungen sind dabei in der Horizontalen gestuft, so daß die Zungen in diesem vorbereiteten Zustand um unterschiedliche Winkel zur Horizontalen angestellt sind. In diesem vorbereiteten Zustand wird das Beschleunigungs-Anzeigegerät in einem Kraftfahrzeug angebracht. Durch zwei mit jeweils gestuften Auflagepunkten versehene Deckelteile ist es dabei möglich, die Zungen entweder in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges anzustellen.

Wird nun das Fahrzeug einer steigenden Beschleunigung oder Verzögerung ausgesetzt, so kippen die Zungen nacheinander aus ihrer Ruhelage in die jeweils entgegengesetzte Ruhelage auf dem anderen Teil des Gehäusedeckels. Der zum Auslösen der Kippbewegung erforderliche Beschleunigungs-Grenzwert bestimmt sich dabei aus dem Anstellwinkel der Zungen, weil sich mit dem Anstellwinkel der horizontale Abstand und der vertikale Abstand des Schwerpunktes der Zungen von der Drehachse und damit die einwirkenden Drehmomente aufgrund der Gewichtskraft und der Trägheitskraft gegenläufig ändern.

Bei einem anderen, in der gleichen US-PS 21 90 866 geschilderten Beschleunigungssensor werden in dem Gehäuse wiederum mehrere Zungen verwendet, die jedoch in diesem Falle sämtlich senkrecht nach oben stehen, jedoch unterschiedlich lang sind und daher mit unterschiedlicher Masse behaftet sind. Da bei dieser Variante des bekannten Beschleunigungssensors der horizontale Abstand des Schwerpunktes der Zungen von der gemeinsamen Schwenkachse konstant ist, ist zur Variation der jeweils erforderlichen Kippbeschleunigung der vertikale Abstand des Schwerpunktes von der gemeinsamen Schwenkachse durch die unterschiedliche Länge der Zungen variiert. Im übrigen arbeitet auch diese Variante des bekannten Beschleunigungssensors nach dem vorstehend erläuterten physikalischen Prinzip.

Aus der DE-OS 20 37 704 ist ein weiteres Anzeigegerät für Maximalbeschleunigung bekannt. Bei diesem Gerät sind in einem Gehäuse aus unmagnetischem Material in einer Vorderwand und einer Rückwand mehrere horizontale Bohrungen vorgesehen, in denen ferromonetische Kugeln unterschiedlichen Gewichtes laufen können. In der Mitte des Gehäuses zwischen Vorderwand und Rückwand ist ein Magnet angeordnet, um Kugeln in den Bohrungen im Ruhezustand festzuhalten.

Dieses bekannte Anzeigegerät soll an Bord eines Kraftfahrzeuges untergebracht werden, um im Falle eines Zusammenstoßes die von dem Fahrzeug erreichte Maximalbeschleunigung zu dokumentieren. Die ferromonetischen Kugeln unterschiedlichen Gewichtes lösen sich nämlich bei unterschiedlichen Beschleunigungswerten nacheinander von dem Dauermagneten und können in geeigneten Auffangeinrichtungen festgehalten werden, so daß, je nachdem welches die größte abgelöste Kugel ist, das Erreichen einer bestimmten Maximalbeschleunigung dokumentiert werden kann.

Die vorstehend erläuterten bekannten Beschleunigungssensoren dienen damit ausschließlich Anzeigezwecken, und zwar im wesentlichen für den Einmalgebrauch. Nach Durchführung einer Messung müssen die Sensoren nämlich von Hand wieder in einen Ausgangszustand versetzt werden, indem beim erstgenannten Sensor mit verschwenkbaren Zungen die Zungen wieder in ihre beispielsweise gestuften Ausgangslagen zurückgeschenkt werden, während im zuletzt genannten Falle die ferromonetischen Kugeln wieder in die horizontalen Bohrungen eingefüllt und in Kontakt mit den Dauermagneten gebracht werden müssen.

Eine kontinuierliche Erfassung der Beschleunigung, insbesondere das Über- und Unterschreiten von vorgegebenen Stufen der Beschleunigung ist bei den bekannten Anordnungen nicht möglich, und es bestehen daher auch keine Möglichkeiten, die Funktion der bekannten Sensoren auf Plausibilität und damit Störfreiheit zu überprüfen.

Demgegenüber interessieren im vorliegenden Zusammenhang Verfahren und Sensoren, bei denen ein Überschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwertes erfaßt werden soll, um bei höchstmöglicher Sicherheit gegen Fehlauslösungen daraus bestimmte Reaktionen abzuleiten.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors der vorstehend genannten Art.

Ein typischer Anwendungsfall für ein solches Verfahren bzw. einen solchen Sensor sind Insassen-Sicherungssysteme in Kraftfahrzeugen. Derartige Systeme umfassen beispielsweise einen Airbag, d. h. einen sich bei Aufprall des Fahrzeuges selbsttätig aufblasenden Luftsack oder einen Gurtstraffer, d. h. eine Einheit, die bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs die angelegten Sicherheitsgurte der Insassen strammziehen.

Ein anderes Anwendungsbeispiel für ein derartiges Verfahren bzw. einen derartigen Sensor ist die Überwachung von Maschinen aller Art, wobei z. B. erkannt werden kann, ob eine Maschine in eine unzulässige Resonanz gerät.

Bei all diesen Anwendungsbeispielen ist von zentraler Wichtigkeit, daß Fehlauslösungen vermieden werden, weil bei den genannten Anwendungsfällen Notsituationen erkannt werden, in denen außergewöhnliche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um Schäden zu vermeiden. Man nimmt dabei unter Umständen das Auftreten kleinerer Schäden oder zumindest unangenehmer Begleiterscheinungen in Kauf, was jedoch voraussetzt, daß diese Maßnahmen wirklich nur im Notfall ausgelöst werden sollten.

Aus diesem Grunde sind insbesondere bei der Anwendung in Insassen-Sicherungssystemen von Kraftfahrzeugen zahlreiche Sicherheitsvorkehrungen bekannt, indem z. B. nicht nur erkannt wird, daß ein bestimmter Beschleunigungs-Grenzwert überschritten wurde, sondern indem vielmehr zusätzlich erkannt wird, ob die Überschreitung des Beschleunigungs-Grenzwertes eine vorgegebene Mindestzeit lang anhält.

Für die genannten Anwendungsfälle werden heute im wesentlichen analog arbeitende Verfahren bzw. Sensoren eingesetzt, bei denen man sich üblicherweise eines Feder-Masse-Systems bedient und diejenige Kraft mißt, die durch die Beschleunigung der seismischen Masse hervorgerufen wird. Um das Überschreiten eines Beschleunigungs-Grenzwertes zu erkennen, wird zunächst ein der analog ansteigenden Kraft entsprechendes, ebenfalls analoges elektrisches Signal gebildet und dieses dann über einen Komparator geführt, dessen Schwellwert dem zu überwachenden Beschleunigungs-Grenzwert entspricht.

Ein Beispiel hierfür sind Verfahren, die mit piezoresistiven Sensoren arbeiten, d. h. Sensoren mit einem in einer Brückenschaltung angeordneten druckempfindlichen Widerstand, auf den die seismische Masse einwirkt. Die Brückenverstimmung kann dann als analoges elektrisches Signal herangezogen und in der beschriebenen Weise ausgewertet werden.

Allerdings sind auch binär arbeitende Beschleunigungssensoren bekannt, bei denen eine seismische Masse durch die einwirkende Beschleunigung ausgelenkt oder abgelöst wird, und zwar derart, daß bei Überschreiten eines bestimmten Beschleunigungs-Grenzwertes auch eine bestimmte Auslenkung der seismischen Masse vorliegt und die Masse bei dieser vorgegebenen Auslenkung ein elektrisches Signal erzeugt.

Ein Beispiel eines derartigen Sensors ist in der EP-OS 2 51 048 beschrieben.

Die bekannten Beschleunigungssensoren werden in herkömmlicher Weise aus diskreten Bauelementen zusammengefügt, wobei das eigentliche Meßsystem, nämlich das Feder-Masse-System häufig aus einer Mehrzahl von Komponenten zusammengesetzt wird.

Die vorstehend noch erläuterten Verfahren und Sensoren, soweit sie Beschleunigungswerte kontinuierlich überwachen und beim Erreichen bestimmter Grenzwerte Reaktionen auslösen, haben die folgenden Nachteile:

Zum einen sind analoge Meß- und Auswerteverfahren relativ schwierig in Ausführung und Handhabung sowie empfindlich gegenüber Störungen und schließlich nicht kompatibel mit modernen Datenverarbeitungsanlagen, wie sie auch an Bord von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Zum anderen haben die bekannten analogen Meßverfahren und Sensoren den Nachteil, daß das Erkennen eines vorbestimmten Beschleunigungs-Grenzwertes infolge von Drifterscheinungen u. dgl. problematisch werden kann, und es ist vor allem sehr schwierig, für die erforderliche Sicherheit gegenüber Fehlanzeigen und damit Fehlauslösungen zu sorgen. Schließlich ist ein Nachteil bekannter Sensoren, daß sie infolge der verwendeten Bauelemente relativ aufwendig in der Fertigung sind, vor allem aber auch relativ große Abmessungen aufweisen, so daß der Einsatz derartiger Sensoren bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen entweder sehr erschwert oder sogar ausgeschlossen wird.

Schließlich ist aus der US-Z-IEEE "Transactions on Electron Devices, ED-26 Nr. 12, Dezember 1979, Seiten 1911 bis 1917" noch ein Verfahren bekannt, um mittels einer Ätztechnik aus einem Silizium-Substrat ein Meßelement eines Beschleunigungssensors herzustellen, das aus einer einseitig eingespannten Zunge besteht.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren, einen Beschleunigungssensor sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung dahingehend weiterzubilden, daß Messungen bei geringem Aufwand möglich sind und Fehlauslösungen sicher vermieden werden.

Gemäß dem eingangs genannten Meßverfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere, bei unterschiedlichen Beschleunigungs-Grenzwerten ansprechende Sensoren verwendet werden, daß ein aus den vorgegebenen logischen Signalen der Sensoren gebildetes erstes Bitmuster mit vorgegebenen, physikalisch mögliche oder nicht-mögliche Zustände wiedergebenden zweiten Bitmustern verglichen wird und daß die logischen Signale nur dann als Meßwerte ausgewertet werden, wenn das erste Bitmuster einen physikalisch möglichen Zustand wiedergibt.

Gemäß dem eingangs genannten Beschleunigungssensor wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zungen auf der gemeinsamen Platte als Feder-Masse-System mit unterschiedlichen Feder-Masse-Eigenschaften einseitig elastisch eingespannt sind, bei Überschreiten der vorgegebenen Beschleunigungsgrenzwerte einen elastischen Kontakt betätigen und mit einer digitalen Auswerteinheit verbunden sind.

Schließlich wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gemäß dem eingangs genannten Herstellungsverfahren dadurch gelöst, daß die Zungen, die Substratplatte und eine Anschlagwand mittels eines lithographisch-galvanotechnischen Abformverfahrens (LIGA) hergestellt werden.

Einzelheiten des LIGA-Verfahrens sind z. B. in dem KfK-Bericht Nr. 3995 "Herstellung von Mikrostrukturen. . . ." des Kernforschungs­ zentrums Karlsruhe vom November 1985 beschrieben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die eingangs genannten Merkmale des Meßverfahrens gewährleisten nämlich, daß eine extreme Sicherheit gegenüber Fehlauslösungen erreicht wird, weil infolge der Mehrzahl verwendeter Sensoren Bitmuster gebildet werden können, d. h. Gruppen von Ausgangssignalen der Sensoren, die auf ihre Plausibilität hin überprüft werden, so daß bei einer physikalisch nicht-möglichen Menge von Ausgangssignalen der Sensoren eine Weiterverarbeitung der Meßwerte und damit ein Auslösen, beispielsweise eines Airbags, vermieden wird.

Die hinsichtlich des Beschleunigungssensors vorstehend angegebenen Merkmale lösen die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe deswegen, weil im Gegensatz zu den eingangs erläuterten Beschleunigungs-Anzeigegeräten eine kontinuierliche Erfassung und Überwachung eines variierenden Beschleunigungs- oder Verzögerungswertes möglich ist. Durch die einseitige elastische Einspannung der Zungen kehren diese immer wieder selbsttätig in ihre Ausgangslage zurück, so daß ein manuelles Rücksetzen entfällt. Durch die vorgesehenen elektrischen Kontakte und die digitale Auswerteinheit können auf diese Weise beständig Plausibilitätskontrollen durchgeführt und defekte Zungen erkannt werden, oder, anders ausgedrückt, physikalisch nicht-mögliche Auslösezustände der einzelnen Zungen, so daß Fehlauslösungen sicher vermieden werden können.

Schließlich haben die vorstehend zum Herstellungsverfahren genannten Merkmale den zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wesentlichen Vorteil, daß mit dem LIGA- Verfahren eine Vielzahl von Formen aus nahezu frei wählbaren Ausgangsmaterialien, d. h. Metallen, Kunststoffen u. dgl. hergestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß nahezu beliebig geformte Feder-Masse-Systeme auf engstem Raum ausgebildet werden können, so daß Beschleunigungssensoren hergestellt werden können, deren Feder-Masse-System im Arbeitsbereich des Sensors keine Eigenresonanz aufweisen, gleichwohl aber schnell ansprechen und mit winzigen Abmessungen hergestellt werden können. Die so erzeugten Beschleunigungssensoren lassen sich damit auch unter schwierigsten Einbauverhältnissen integrieren und ggf. unmittelbar mit Elektronikbausteinen zu Einheiten von bisher nicht dagewesener Kleinheit kombinieren.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird ein physikalisch nicht-mögliches Bitmuster dann erkannt, wenn ein bei einem ersten Beschleunigungs-Grenzwert ansprechender erster Sensor das vorgegebene logische Signal erzeugt, ein zweiter, bei einem zweiten, niedrigeren Beschleunigungs-Grenzwert ansprechender Sensor hingegen nicht.

Diese Verfahrensvariante macht sich somit die Tatsache zunutze, daß bei gestuft ansprechenden Beschleunigungssensoren naturgemäß bei Ansprechen eines ersten Beschleunigungssensors mit höherem Ansprechwert sämtliche anderen Sensoren mit niedrigeren Ansprechwerten ebenfalls angesprochen haben müssen. Um die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhöhen, können insbesondere in dem interessierenden Beschleunigungsbereich mehrere, hinsichtlich ihres Ansprech-Grenzwertes der Beschleunigung fein abgestufte Zungen vorgesehen werden, wobei dann zum Auslösen des dem Sensor nachgeordneten Systems das Ansprechen mehrerer benachbarter Zungen erkannt werden muß.

Zwar bringt diese Verfahrensvariante eine gewisse Toleranz mit sich, erhöht jedoch die Sicherheit gegen Fehlauslösungen beträchtlich.

Bei einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist der erste Sensor mit einem Insassen-Sicherungssystem eines Kraftfahrzeugs verbunden und löst bei Überschreiten des ersten Beschleunigungs-Grenzwertes einen Airbag oder einen Gurtstraffer od. dgl. nur dann aus, wenn mindestens ein zweiter Sensor mit niedrigerem Beschleunigungs-Grenzwert ebenfalls anspricht.

Diese Merkmale haben die bereits weiter oben geschilderten Vorteile, mit denen sich das erfindungsgemäße Meßverfahren bei Insassen-Sicherungssystemen von Kraftfahrzeugen einsetzen läßt.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors sind die Zungen senkrecht zur Richtung der zu messenden Beschleunigung eingespannt und von ihrer Einspannung aus unterschiedlich lang ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Dicke der Zungen in Richtung der Beschleunigung unterschiedlich bemessen werden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Beschleunigungs-Grenzwerte in einfacher Weise durch Einstellen der unterschiedlichen Länge und/oder Dicke der Zungen vorgegeben werden können, weil die einseitig eingespannten Zungen im übrigen ein identisches Feder-Masse-Verhalten aufweisen. Auf diese Weise kann man also durch gestufte Längen bzw. Dicken von Zungen in einfacher Weise ebenso gestufte Beschleunigungs-Grenzwerte einstellen. Eine Stufung der Dicken mit den Faktoren 1// /2/ führt beispielsweise zu einer Stufung der Beschleunigungs- Grenzwerte von 1/2/3/4/5.

Besonders bevorzugt ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Zungen in miteinander fluchtender Lage eingespannt sind, in einer Betätigungsstellung an einer gemeinsamen Anschlagwand anliegen und dort einen elektrischen Kontakt schließen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein besonders kompakter Aufbau bei einfacher Fertigung des Sensors möglich wird, weil alle Zungen nebeneinander angeordnet sind und nur eine einzige gemeinsame Anschlagwand für alle Zungen erforderlich ist. Die Anschlagwand kann hierzu beispielsweise gesamthaft aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, so daß nur eine gemeinsame Rückleitung zum Erkennen des Öffnens oder Schließens des elektrischen Kontakts erforderlich ist.

Weiterhin ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors bevorzugt, bei der die Zungen als Wechselkontakte ausgebildet, in ihrer Ruhestellung in einem ersten Stromkreis in Serie und in ihrer Ansprechstellung in einem zweiten Stromkreis parallel geschaltet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mittels einer Ruhestromüberwachung in der Ruhestellung die Serienschaltung des ersten Stromkreises leicht überwacht werden kann, so daß sich feststellen läßt, ob nach einer Auslösung der Zungen alle Zungen wieder in ihre Ruhestellung zurückgekehrt sind. In der Ansprechstellung werden die Zungen hingegen parallel mit Spannung beaufschlagt, so daß selektiv erkannt werden kann, welche der Zungen angesprochen haben und welche nicht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kragen die Zungen in ihrer Ruhestellung ohne Anlage ihres freien Endes frei aus und bewegen sich bei Beschleunigung in diametral entgegengesetzten Richtungen auf Anschlagwände zu, die beidseits der Zungen angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein bidirektionaler Beschleunigungssensor realisiert werden kann, der Beschleunigungs-Grenzwerte in einander diametral gegenüberstehenden Richtungen zu detektieren gestattet.

Weiterhin ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensors von Vorteil, wenn die Zungen einzeln mit elektrischen Anschlüssen versehen sind, während die Anschlagwand einen gemeinsamen Anschluß für alle Zungen aufweist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Verschaltungsaufwand minimiert wird.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Zungen in ihrer Ruhestellung oder ihrer Ansprechstellung dicht in Nuten einer Anschlagwand angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Zungen pneumatisch gefedert werden können, weil sie durch ihre dichte Führung in den Nuten während ihrer Ansprechbewegung ein bestimmtes Luftvolumen verdrängen müssen. Durch geeignete Wahl der Geometrie, insbesondere des verdrängten Luftvolumens und der Drosselwirkung der dichten Führung der Zungen in den Nuten, kann man daher nahezu beliebig gedämpfte Charakteristiken des Beschleunigungssensors einstellen. Die vorstehend erläuterte Luftspaltdämpfung ist vor allem dann von Vorteil, wenn nach einem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel die Zungen, die Substratplatte und die Anschlagwand gemeinsam als Mikro-Bauelemente mit extrem kleinen Abmessungen ausgeführt werden, weil nämlich dann mit einem gemeinsamen Herstellungsprozeß die Bauteile mit der erforderlichen Präzision und auch in Abmessungen hergestellt werden können, bei denen sich die Luftspaltdämpfungseffekte deutlich bemerkbar machen und zur Erzielung gewünschter Kennlinien ausgenutzt werden können.

Bevorzugt ist ferner, wenn die Zungen aus einem Werkstoff mit hoher innerer Reibung, vorzugsweise Kunststoff, bestehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Eigenresonanz des Beschleunigungssensors weitgehend bedämpft wird, so daß Fehlauslösungen durch Resonanzüberhöhung ausgeschlossen werden können.

Eine besonders gute Wirkung wird dabei dadurch erzielt, daß die Zungen aus einem metallisierten Kunststoff bestehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß trotz Verwendung eines elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoffs eine Kontaktanordnung mit beliebigen Kontaktflächen, Leiterbahnen u. dgl. hergestellt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors weist die Auswerteinheit einen Bitmuster-Speicher sowie einen digitalen Komparator auf.

Diese Maßnahmen haben den bereits weiter oben erläuterten Vorteil, daß durch Vergleich von physikalisch möglichen und physikalisch nicht-möglichen Bitmustern eine zusätzliche Sicherheit gegen Fehlauslösungen erreicht wird.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die Auswerteeinheit einen Umcodierer aufweist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der sich aus der unterschiedlichen Abstufung der Beschleunigungs-Grenzwerte ergebende Code in einen üblichen Code, beispielsweise einen BCD-Code oder einen anderen Code umgesetzt werden kann, wie er auf üblichen Datenverarbeitungsanlagen verarbeitet werden kann.

Schließlich ist noch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors bevorzugt, bei dem die Zungen nur einige µm, vorzugsweise 0,5 bis 10 µm dick und 200- bis 1000mal, vorzugsweise 500mal so lang wie dick sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Beschleunigungssensoren mit bislang unbekannt kleinen Abmessungen zur Verfügung gestellt werden, die nicht nur nahezu beliebige Variationsmöglichkeiten hinsichtlich ihres Einbauorts zulassen, sondern bei denen mit geringsten seismischen Massen und damit ohne die bei groß bauenden Beschleunigungssensoren bekannten Störeffekten, insbesondere Resonanzfrequenzen im Arbeitsbereich des Beschleunigungssensors, gearbeitet werden kann. Erzeugt man nämlich Beschleunigungssensoren im Mikrobereich, so liegen die Resonanz­ frequenzen der Zungen weit oberhalb des Frequenzbereichs, in dem die zu messenden Beschleunigungen auftreten.

Schließlich ist nach dem weiter oben genannten Herstellungsverfahren noch besonders bevorzugt, wenn die Zungen mit einem Längen-Dicken-Verhältnis von 200 : 1 bis 1000 : 1, vorzugsweise 500 : 1, hergestellt werden.

Diese Dimensionierung, wie sie durch das erfindungsgemäß verwendete LIGA-Verfahren möglich wird, hat den Vorteil, daß infolge des extremen Dünne der Zungen auf zusätzliche seismische Massen verzichtet werden kann, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit des Sensors erhöht und die Neigung zu Eigenresonanzen vermindert wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors mit unterschiedlicher Länge der Zungen;

Fig. 1a eine Ansicht eines einseitig eingespannten Biege­ balkens;

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1 mit unterschiedlicher Dicke der Zungen;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Sensors gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine äußerst schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäß verwendeten elektronischen Auswerte­ einheit;

Fig. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Beschleunigungssensors;

Fig. 6 ein elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 3 angedeuteten weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 7 eine Wahrheitstabelle zur Erläuterung des in Fig. 5 gezeigten Ersatzschaltbildes;

Fig. 8 eine Wahrheitstabelle zur Erläuterung des in Fig. 6 dargestellten Ersatzschaltbildes;

Fig. 9 einen Ausschnitt, in vergrößertem Maßstab, aus einer Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch für noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 10 eine schematisierte Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors mit bidirektionalem Meßver­ halten;

Fig. 11 eine Seitenansicht der in Fig. 9 verwendeten Zungen­ anordnung;

Fig. 12 und 13 eine Variante zum bidirektionalen Beschleunigungssensor der Fig. 10 und 11;

Fig. 14 eine weitere Variante zu den in den Fig. 10 bis 13 dargestellten bidirektionalen Beschleunigungs­ sensoren.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Beschleunigungssensor angedeutet. Auf einer gemeinsamen Substratplatte 11 befinden sich eine senkrecht davon abstehende Anschlagwand 12 sowie mehrere, in der Substratplatte 11 eingespannte und sich im wesentlichen parallel zur Anschlagwand 12 nach oben erstreckende Zungen 13, 14, 15, 16 und 17. Die Zungen 13 bis 17 sind derart in der Substratplatte 11 eingespannt, daß sie mit ihren freien Enden federelastisch an der Anschlagwand 12 anliegen.

Wie man aus Fig. 1 und auch aus Fig. 2 erkennen kann, weisen die Zungen 13 bis 17, von ihrer Einspannung in der Substratplatte 11 aus gesehen, unterschiedliche Längen l₁ bis l₅ und eine gleiche Dicke d auf. Die Breiten der Zungen 13 bis 17 sind hingegen gleich.

Von der Anschlagwand 12, die z. B. aus einem metallisch leitenden Werkstoff hergestellt sein kann, führt eine gemeinsame Anschlußleitung 20 zu einem ersten Kontaktpunkt 21. An die Zungen 13 bis 17 sind weitere Anschlußleitungen 22 bis 26 angeschlossen, die zu weiteren Kontaktpunkten 27 bis 31 führen.

Wie man aus der Seitenansicht der Fig. 3 erkennen kann, können die Zungen 13 bis 17 hierzu beispielsweise an ihrem freien Ende mit einem Kontaktknopf 32 versehen sein, der über eine Leitung 33 in den oder auf den Zungen 13 bis 17 mit den An­ schlußleitungen 22 bis 26 verbunden ist.

Die Anschlußleitungen 20, 22 bis 26 sowie die Leitung 33 können beispielsweise als Metallisierungen auf einen Kunststoff oder einer Keramik ausgebildet sein, aus denen die Zungen 13 bis 17 und/oder die Substratplatte 11 bestehen.

Allerdings ist bevorzugt, wenn die Zungen 13 bis 17 aus einem Material mit hoher innerer Reibung, insbesondere einem Kunststoff, bestehen, um die Neigung zu Eigenresonanzen zu ver­ mindern.

Es wurde bereits eingangs erwähnt, daß die Zungen 13 bis 17 auf der Substratplatte 11 einseitig eingespannt sind, und zwar beispielsweise in einem Abstand a von der Anschlagwand 12. Mit ihren freien Enden liegen sie in der Ansicht der Fig. 1 oben an der Anschlagwand 12 an. Wirkt nun eine Beschleunigung b in Richtung senkrecht auf die Anschlagwand 12, wie dies in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet ist, so werden die Zungen 13 bis 17 dann aus ihrer Anlagestellung abgelöst, wenn der Betrag der Beschleunigung b in Verbbindung mit der Masse und der Federkonstanten der Zungen 13 bis 17 die Kraft überwindet, mit der die Zungen 13 bis 17 elastisch an der Anschlagwand 12 anliegen. Ist dies der Fall, wird der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Kontaktpunkt 21 und einem oder mehreren der weiteren Kontaktpunkte 27 bis 31 aufgetrennt.

Durch die vorgegebene Länge der Zungen 13 bis 17 kann z. B. eine Anordnung realisiert werden, bei der die erste Zunge 13 bei einer Beschleunigung von 1 g abhebt, die zweite Zunge 14 bei einer Beschleunigung von 2 g, die dritte Zunge 15 bei einer Beschleunigung von 3 g usw.

Fig. 1a zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht einen unten einseitig eingespannten Biegebalken, der unter dem Einfluß einer senkrecht zur Einspannrichtung wirkenden Kraft in Richtung des Pfeiles y ausgelenkt wird. Bekanntlich gilt für die Auslenkung y:

wobei b die wirksame Beschleunigung ρ die Dichte des Werkstoffs des Biegebalkens, E der Elastizitätsmodul, l die Länge und d die Dicke des Biegebalkens sind. Möchte man mit einem solchen einseitig eingespannten Biegebalken einen vorgegebenen Schaltweg y=s durchmessen, so folgt für die Dimensionierung der Länge l der Schaltzungen:

wobei die Dicke d konstant sein soll und i die Stufung der Längen darstellt, die dann mit a _i zu Beschleunigungsschwellwerten für die i-te Schaltzunge führt.

Aus der vorstehenden Überlegung folgt ferner, daß man unterschiedliche Beschleunigungsschwellwerte auch dadurch einstellen kann, daß man die Dicke der Schaltzungen variiert. Dann gilt:

wobei in diesem Falle die Länge l als konstant angenommen wurde und sich für unterschiedliche Beschleunigungsschwellwerte a _i gestufte Dicken d _i der Zungen ergeben.

Fig. 2 zeigt hierzu ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungssensors 10 a, bei dem die Zungen 13 a bis 17 a in der vorstehend genannten Weise dieselbe Länge l, jedoch unterschiedliche Dicken d₁, d₂, d₃, d₄ und d₅ aufweisen.

Stuft man z. B. die Dicken der Zungen 13 a bis 17 a mit den Faktoren 1// /2/ , so führt dies zu Beschleunigungs- Schwellwerten mit der Stufung 1/2/3/4/5, jeweils bezogen auf den Beschleunigungsschwellwert der Zunge mit der kleinsten Dicke.

Es versteht sich, daß die Zungen 13 bis 17 bzw. 13 a bis 17 a auch so gestaltet werden können, daß sie sowohl in der Länge wie auch in der Dicke variieren, wenn dies im Einzelfall zweckmäßig sein sollte.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Auswerteinheit 40 mit Eingängen 41 und Ausgängen 42. Die Eingänge 41 sind mit den Kontaktpunkten 21 und 27 bis 31 verbunden. In der Auswerteinheit 40 befindet sich ein digitaler Komparator 43, der das an den Eingängen 41 anliegende Bitmuster mit in einem Bitmuster-Speicher 44 abgelegten weiteren Bitmustern vergleicht, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird. Ein Umcodierer 48 dient zur Umsetzung des von den Eingängen 41 dargestellten Eingangscodes in einen Ausgangscode üblicher Art, beispielsweise einen BCD-Code, der an Signal-Ausgängen 45 abgenommen und an weitere Auswerte- und Auslöseeinheiten weitergeführt werden kann.

Mit 46 ist ein Warnungsausgang 46 und mit 47 ein Störungsausgang bezeichnet, wobei der Warnungsausgang 46 dann ein Signal abgibt, wenn ein Defekt von noch nicht kritischer Eigenart erkannt wurde, während die Störungsanzeige 47 einen Systemfehler anzeigt.

Zur Differenzierung der Situation, die zur Abgabe eines Warnsignals bzw. eines Störsignals führen, sind verschiedene Kriterien denkbar und möglich.

Als "physikalisch möglich" bzw. "physikalisch unmöglich" soll im vorliegenden Zusammenhang eine Situation verstanden werden, in der die Meßanordnung einen Meßwert generiert, der einer physikalisch möglichen Beschleunigungssituation oder einer nicht-möglichen Beschleunigungssituation entspricht. Im erstgenannten Fall können z. B. die Zungen 13, 14 und 15 angesprochen haben, die Zungen 16 und 17 hingegen nicht. In diesem Falle liegt die gemessene Beschleunigung zwischen den Grenzwerten der Zungen 15 und 16. Weil die Zunge 15 mit der Länge l₃ angesprochen hat, müssen zwangläufig auch die Zungen 13 und 14 mit den größeren Längen l₁ und l₂, d. h. geringerer Federkonstante angesprochen haben. Zeigt die Meßanordnung hingegen einen Beschleunigungswert an, bei dem die Zunge 15 anspricht, die Zungen 13 und 14 hingegen nicht, so entspricht dies einer nicht-möglichen Beschleunigungssituation, weil es keinen Beschleunigungswert gibt, der nur die Zunge 15, nicht jedoch die mit geringerer Federkonstante ausgestatteten Zungen 13 und 14 zur Auslenkung brächte.

Um derartige Fälle zu differenzieren, kann man beispielsweise dann, wenn die Meßanordnung Beschleunigungen in einem bestimmten Beschleunigungsbereich erfassen soll, die in diesem Bereich ansprechenden Zungen fein abstufen. Selbst wenn in diesem Bereich dann eine der Zungen ausfällt, würde die nächstniedrigere oder nächsthöhere Zunge noch ansprechen, und man könnte bei Vorgabe einer entsprechenden Meßtoleranz, die den Ansprechbereich zweier Zungen umfaßt, auch dann auslösen, wenn eine einem höheren Beschleunigungs-Grenzwert entsprechende Zunge angesprochen, die nächst niedrigere hingegen nicht angesprochen hat. Weiterhin kann man durch gezielten Bitmustervergleich verfolgen, wie sich der gemessene Beschleunigungswert über der Zeit entwickelt hat. Zeigen in kurzen Zeitabständen hintereinander aufgenommene Bitmuster, daß die gemessene Beschleunigung monoton ansteigt, so können diskrete Ausfälle von Zungen nach vorgegebenen Plausibilitätskriterien erkannt werden, z. B. wenn nacheinander die Zungen 13, 14, 16 und 17 ansprechen, weil in diesem Falle wahrscheinlich ist, daß die Zunge 15 defekt ist. In diesem Falle könnte man den Warnungsausgang 46 betätigen. Werden hingegen nacheinander die Zungen 13, 14 und dann 17 ausgelöst, ohne daß die Zungen 15 und 16 angesprochen haben, so ist wahrscheinlicher, daß die Zunge 17 defekt ist als daß beide Zungen 15 und 16 fehlerhaft sind, und man würde in diesem Falle die Störungsanzeige betätigen und eine der Zunge 17 zugeordnete Auslösevorrichtung nicht ansprechen lassen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbild ist die in Fig. 1 gezeigte Variante des Beschleunigungssensors 10 dargestellt. Man erkennt, daß die Zungen 13 bis 17 die Funktion von Öffnerkontakten haben, die also im Ruhezustand geschlossen sind. Wenn also über den ersten Kontaktpunkt 21 eine positive Spannung einer Spannungsquelle 50 zugeführt wird, so liegt diese positive Spannung dann, wenn alle Zungen 13 bis 17 an der Anschlagwand 12 anliegen, auch an den weiteren Kontaktpunkten 27 bis 31. Bei ansteigender Beschleunigung wird die Spannung zunächst am ersten Kontaktpunkt 27 verschwinden und dann, je nachdem, wie die Beschleunigung ansteigt, auch an den weiteren Kontaktpunkten 28 und 29 usw.

In der rechten Hälfte von Fig. 3 ist gestrichelt eine Variante zu dem Beschleunigungssensor 10 gemäß Fig. 1 dargestellt, bei dem eine zweite Anschlagwand 12 b im Abstand von der ersten Anschlagwand 12 angeordnet ist. Wirkt eine Beschleunigung b auf den Beschleunigungssensor ein, die z. B. zum Ablösen der ersten Zunge 13 führt, so wird bei dieser Variante die erste Zunge 13 so weit ausgelenkt, daß sie an der gegenüberliegenden weiteren Anschlagwand 12 zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 3 mit einem Pfeil 35 angedeutet ist. In schaltungstechnischer Hinsicht bedeutet dies also, daß jetzt Schließerkontakte durch die Zungen 13 bis 17 dargestellt werden, weil erst bei Überschreiten des vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwertes ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.

Sieht man beide Anschlagwände 12 und 12 b vor, die beide mit entsprechender Kontaktgabe bestückt sind, so läßt sich eine elektrische Verschaltung realisieren, wie sie andeutungsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Dort sind die Zungen dieses Ausführungbeispiels mit 13 c bis 17 c bezeichnet.

Man erkennt aus Fig. 6, daß in einem ersten Stromkreis, der mit Gleichstrom der Spannungswelle 50 c betrieben wird, die Zungen 13 c bis 17 c wiederum parallel mit Spannung beaufschlagt werden, so daß nunmehr an den Kontaktpunkten 27 bis 31 eine positive Spannung dann anliegt, wenn die Beschleunigung den jeweils zugeordneten Grenzwert überschritten hat.

In einem zweiten Stromkreis sind hingegen die Öffnerkontakte in Serie geschaltet, so daß mit Hilfe einer Ruhestromüberwachung erkannt werden kann, ob in der Ruhestellung alle Zungen 13 c bis 17 c an der ersten Anschlagwand 12 anliegen.

Um die beiden Stromkreise voneinander zu entkoppeln, kann man z. B. den einen Stromkreis mit Gleichspannungssignalen und den anderen mit Hochfrequenzsignalen betreiben und die beiden Stromkreise durch Kondensatoren bzw. Drosseln voneinander entkoppeln, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist.

Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Wahrheitstabellen geben die vorstehend beschriebenen Verhältnisse nochmals in Tabellenform wieder.

Betrachtet man zunächst Fig. 7, so ist in der linken Spalte die Beschleunigung in g aufgetragen, und in den fünf rechten Spalten sind die jeweils an den Kontaktpunkten 27 bis 31 anliegenden logischen Signale aufgetragen.

Bei einer Beschleunigung von 0 g liegen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3 alle Zungen 13 bis 17 bzw. 13 a bis 17 a an der Anschlagwand 12 bzw. 12 a an, so daß an allen Kontaktpunkten 27 bis 31 ein positives logisches Signal "1" anliegt.

Mit zunehmender Beschleunigung öffnen dann die Zungen 13 bis 17 nacheinander, und bei einer Beschleunigung von beispielsweise 3 g haben die Zungen 13 bis 15 abgehoben, während die Zungen 16 und 17 noch anliegen. Folglich liegt an den Kontaktpunkten 27 bis 29 ein logisches Nullsignal und an den Kontaktpunkten 30 und 31 noch ein positives logisches Signal an.

Die den Zeilen der Wahrheitstabelle gemäß Fig. 7 entsprechenden Bitmuster können nun im digitalen Komparator 43 auf Plausibilität hin untersucht werden. Würde z. B. an den Eingängen 41 der Auswerteinheit 40 ein Bitmuster von der Form

00010 oder 11011

anliegen, so wären dies physikalisch nicht-mögliche Zustände des Beschleunigungssensors 10. In beiden Fällen hat nämlich bereits eine einer größeren Federkonstante, d. h. einem höheren Beschleunigungs-Grenzwert entsprechende Zunge abgehoben, während eine einer kleineren Federkonstante, d. h. einem niedrigeren Beschleunigungs- Grenzwert entsprechende Zunge noch anliegt, obwohl diese bereits längst abgehoben haben müßte. In beiden Fällen muß also eine Störung des Systems vorliegen, und es kann nun entweder der Warnungsausgang 46 oder der Störungsausgang 47 angesteuert werden, wie dies weiter vorne bereits erläutert wurde.

Die Wahrheitstabelle der Fig. 8, die das Ersatzschaltbild der Fig. 6 betrifft, entspricht vollkommen der Wahrheitstabelle der Fig. 7, jedoch mit der Abweichung, daß sämtliche logischen Signale invertiert sind, weil beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 mit Schließern und nicht mit Öffnern gearbeitet wird. Auch ist eine weitere Spalte 51 vorgesehen, die anzeigt, daß nur im Ruhezustand (b = 0 g) sämtliche Zungen 13 c bis 17 c anliegen.

Fig. 9 zeigt eine Variante des Beschleunigungssensors 10 gemäß Fig. 1, bei der nicht Zungen 13, 14 usw. auf einer ebenen Oberfläche der Anschlagwand 12 aufliegen, sondern vielmehr eine Anschlagwand 12 d mit Vorsprüngen 60, 61, 62 usw. versehen ist, die zwischen sich Nuten 63, 64 einschließen. Zungen 13 d, 14 d liegen in diesen Nuten 63, 64 an der Anschlagwand 12 d an, und zwar in einer Weise, daß die Zungen 13 d, 14 d dicht in den Nuten 63, 64 geführt sind. Auf diese Weise entsteht eine Luftspalt-Dämpfung, weil das von den Zungen 13 d, 14 d in den Nuten 63, 64 eingeschlossene Luftvolumen nur durch die Drosseln ein- bzw. ausströmen kann, die infolge der dichten Führung der Zungen 13 d, 14 d in den Nuten 63, 64 verbleiben.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Sensoren 10 gemäß Fig. 1, 2, 3 oder 9 werden bevorzugt mittels eines lithographisch-galvanotechnischen Abformverfahrens hergestellt, wie es unter der Bezeichnung LIGA bekannt ist. Das LIGA-Verfahren gestattet, mittels Röntgen-Tiefenlithographie mikroskopische Abmessungen mit Mikrometerbereich mit Toleranzen von 0,1 µm herzustellen, wobei die Materialien weitgehend frei gewählt werden können. Es können auf diese Weise z. B. Kunststoffe oder Metalle oder metallisierte Kunststoffe verarbeitet werden. Insbesondere kann man mittels des LIGA-Verfahrens Zungen 13 bis 17 herstellen, bei denen das Verhältnis der Länge l zur Dicke d etwa 500 : 1 beträgt, wobei die Dicke d ungefähr 2 µm beträgt. Aufgrund dieser Formgebung und Abmessungen sind keine zusätzlichen seismischen Massen erforderlich, und es werden extrem kleine Abmessungen erreicht, die eine Kombination der mechanischen Sensorelemente mit mikroelektronischen Schaltungen gestatten, die ähnliche Abmessungen be­ sitzen.

Alternativ zum LIGA-Verfahren können die genannten Strukturen aber auch in Silizium-Technologie hergestellt werden, bei der in bekannter Weise aus einem Silizium-Substrat durch Ätzvorgänge die gewünschten räumlichen Strukturen hergestellt werden können.

Auch die in Fig. 9 gezeigte Struktur ist mittels des LIGA-Verfahrens oder in Silizium-Technologie herstellbar. Gerade bei den Strukturen mit Luftspaltdämpfung sind die mit den vorstehend beschriebenen Verfahren herstellbaren Mikrostrukturen besonders vorteilhaft, weil bei Abmessungen im µm-Bereich sich eine besonders wirkungsvolle Dämpfung infolge der nur sehr geringen seismischen Massen ergibt.

In den Fig. 10 bis 14 sind schließlich noch Ausführungsbeispiele von bidirektional wirkenden Beschleunigungssensoren dargestellt. Es sind wiederum gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen, lediglich unter Hinzufügen eines kleinen Buchstabens, bezeichnet.

Bei der Variante der Fig. 10 und 11 ist ein gemeinsamer Körper für die Zungen vorgesehen, von denen die dickste mit 17 e bezeichnet ist. Der durchgehende Zungenkörper befindet sich in der Symmetrieebene zwischen zwei klappsymmetrisch angeordneten Anschlagwänden 12 e und 12 e′. Mit (+) und (-) ist an der Zunge 17 e angedeutet, daß diese Zunge 17 e sich in diametral entgegengesetzten Richtungen auf die Anschlagwände 12 e und 12 e′ zu bewegen kann, je nachdem, in welcher Richtung eine Beschleunigung auf die Zunge 17 e einwirkt.

Die Anschlagwände 12 e und 12 e′ sind isoliert für jede der Zungen ausgebildet und jeweils mit getrennten Anschlüssen 70 bzw. 70′ versehen. Der gemeinsame Körper der Zungen 17 e ist hingegen lediglich mit einem einzigen gemeinsamen Anschluß 71 versehen.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel kann dies dadurch erzeugt werden, daß sämtliche Strukturelemente aus Keramik oder Kunststoff bestehen und an den einander zuweisenden Flächen mit einer Metallisierung versehen sind. Es kann aber auch z. B. der gemeinsame Körper der Zungen 17 e aus Metall ausgebildet sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 und 13 ist wiederum eine Luftspaltdämpfung für die Zungen 17 f vorgesehen, wie sie bereits weiter oben zum Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 11 erläutert wurde.

Die Variante des bidirektionalen Beschleunigungssensors 10 f gemäß Fig. 12 und 13 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 10 und 11 dadurch, daß nunmehr die Anschlagwände 12 f und 12 f′ einstückig ausgebildet sind, während die Zungen 17 f als voneinander elektrisch isolierte Elemente ausgebildet sind. Demzufolge können die Anschlagwände 12 f und 12 f′ mit jeweils gemeinsamen Anschlüssen 72 bzw. 73 versehen sein, während jeder der Zungen 17 f ein eigener Anschluß 74 zugeordnet werden muß.

Vergleicht man die erforderlichen Leitungsführungen bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 10/11 und 12/13, so zeigt sich, daß beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12/13, das elektrisch den Ausführungsbeispielen der Fig. 1/3 und 8 entspricht, der Ver­ schaltungsaufwand geringer ist.

Schließlich zeigt Fig. 14 noch eine weitere Variante, bei der ein bidirektionaler Beschleunigungssensor mit drei Anschlagwänden 12 g, 12 g′ und 12 g″ vorgesehen ist. Ähnlich wie bei dem in Fig. 3 gestrichelt eingezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Zungen 17 g bzw. 17 g′ als Wechselkontakte ausgebildet, die in der Ruhestellung an der gemeinsamen Anschlagwand 12 g″ anliegen, während sie bei Auslenkung in einer der (+)- bzw. (-)-Richtungen der Beschleunigung entweder an die in Fig. 14 obere Anschlagwand 12 g oder die untere Anschlagwand 12 g′ gelangen.

Selbstverständlich können bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 9 bis 14 statt unterschiedlich dicker Zungen auch unterschiedlich lange oder unterschiedlich dicke und lange Zungen verwendet werden.

Claims (18)

1. Verfahren zum Messen einer Beschleunigung (b), bei dem mittels einer bei Überschreiten eines Beschleunigungs- Grenzwertes ein vorgegebenes logisches Signal erzeugenden Sensoranordnung ein der zu messenden Beschleunigung (b) entsprechendes elektrisches Signal gebildet und als Meßwert ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, bei unterschiedlichen Beschleunigungs- Grenzwerten ansprechende Sensoren verwendet werden, daß ein aus den vorgegebenen logischen Signalen der Sensoren gebildetes erstes Bitmuster mit vorgegebenen, physikalisch mögliche oder nicht-mögliche Zustände wiedergebenden zweiten Bitmuster verglichen wird und daß die logischen Signale nur dann als Meßwerte ausgewertet werden, wenn das erste Bitmuster einen physikalisch möglichen Zustand wiedergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein physikalisch nicht-mögliches Bitmuster dann erkannt wird, wenn ein bei einem ersten Beschleunigungs-Grenzwert ansprechender erster Sensor das vorgegebene logische Signal erzeugt, ein zweiter, bei einem zweiten, niedrigeren Beschleunigungs-Grenzwert ansprechender Sensor hingegen nicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor mit einem Insassen-Sicherungssystem eines Kraftfahrzeuges verbunden ist und bei Überschreiten des ersten Beschleunigungs-Grenzwertes einen Airbag oder Gurtstraffer od. dgl. nur dann auslöst, wenn mindestens ein zweiter Sensor mit niedrigerem Beschleunigungs-Grenzwert ebenfalls anspricht.

4. Beschleunigungssensor mit einer Mehrzahl von Zungen (13 bis 17), die auf einer gemeinsamen Platte (11) um eine im Bereich eines ihrer freien Enden befindliche Achse verschwenkbar sind, wobei die Zungen (13 bis 17) massebehaftet und derart angeordnet sind, daß sie bei vorgegebenen unterschiedlichen Beschleunigungswerten in vorbestimmter Weise um die Achse verschwenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) auf der gemeinsamen Platte (11) als Feder-Masse-System mit unterschiedlichen Feder-Masse-Eigenschaften einseitig elastisch eingespannt sind, bei Überschreiten der vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwerte einen elastischen Kontakt betätigen und mit einer digitalen Auswerteinheit (40) verbunden sind.

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) senkrecht zur Richtung der zu messenden Beschleunigung (b) eingespannt und von ihrer Einspannung aus unterschiedlich lang (l) ausgebildet sind.

6. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 a bis 17 a) senkrecht zur Richtung der zu messenden Beschleunigung (b) eingespannt und in Richtung der Beschleunigung (b) unterschiedlich dick (d) ausgebildet sind.

7. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) in miteinander fluchtender Lage eingespannt sind, in einer Betätigungsstellung an einer gemeinsamen Anschlagwand (12, 12′) anliegen und dort einen elektrischen Kontakt schließen.

8. Beschleunigungsssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 a bis 17 a) als Wechselkontakte ausgebildet, in ihrer Ruhestellung in einem ersten Stromkreis in Serie und in ihrer Ansprechstellung in einem zweiten Stromkreis parallel geschaltet sind.

9. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (17 c; 17 d) in ihrer Ruhestellung ohne Anlage ihres freien Endes frei auskragen und sich bei Beschleunigungen in diametral entgegengesetzten Richtungen (+, -) auf Anschlagwände (12 c, 12 c′; 12 d, 12 d′) zu bewegen, die beidseits der Zungen (17 c, 17 d) angeordnet sind.

10. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17; 13 a bis 17 a; 17 d) einzeln mit elektrischen Anschlüssen (22 bis 26, 27 bis 31; 22 b, 23 b, 27 b, 28 b; 74) versehen sind, während die Anschlagwand (12; 12 b; 12 d; 12 d′) einen gemeinsamen Anschluß (20, 21; 20 b, 21 b; 72, 73) für alle Zungen (13 bis 17; 13 a bis 17 a; 17 d) aufweist.

11. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 b, 14 b) in ihrer Ruhestellung oder ihrer Ansprechstellung dicht in Nuten (63, 64) einer Anschlagwand (12 b) angeordnet sind.

12. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) aus einem Werkstoff mit hoher, innerer Reibung, vorzugsweise Kunststoff, bestehen.

13. Beschleunigungssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) aus einem metallisierten Kunststoff bestehen.

14. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinheit (40) einen Bitmuster-Speicher (44) sowie einen digitalen Komparator (43) aufweist.

15. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinheit (40) einen Umcodierer (48) aufweist.

16. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17) einige µm, vorzugsweise 0,5 bis 10 µm dick und 200- bis 1000mal, vorzugsweise 500mal so lang wie dick sind.

17. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17, 13 a bis 17 a, 17 c, 17 d, 17 e), die Substratplatte (11) und eine Anschlagwand (12; 12 a, 12 b; 12 c, 12 c′; 12 d, 12 d′; 12 e, 12 e′, 12 e″) mittels eines lithographisch-galvanotechnischen Abformverfahrens (LIGA) hergestellt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13 bis 17, 13 a bis 17 a) mit einem Längen- Dicken-Verhältnis (l/d) von 200 : 1 bis 1000 : 1, vorzugsweise 500 : 1, hergestellt werden.