DE4428124A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Beschleunigungssensoren sind bekannt. Diese werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um be­ stimmte auf das Kraftfahrzeug einwirkende Beschleuni­ gungskräfte zu detektieren und in Abhängigkeit dessen ein Steuersignal zur Verfügung zu stellen. Die Steu­ ersignale dienen beispielsweise dazu, in kurzer Zeit Sicherheitseinrichtungen wie Airbags, Gurtstraffer oder ähnliches auszulösen. Die Beschleunigungssen­ soren weisen hierzu ein Sensorelement auf, das sehr empfindlich auf eine auftretende, in eine bestimmte Richtung wirkende Beschleunigung reagiert. Bekannt sind hierzu beispielsweise als Biegeschwinger ausge­ bildete piezoelektrische Sensorelemente, die aufgrund einer auftretenden Beschleunigung auslenken. Durch diese Auslenkung findet in dem piezoelektrischen Sen­ sorelement aufgrund des piezoelektrischen Effektes, das heißt, durch ein Verschieben von positiven und negativen Ladungsträgern, eine Polarisierung statt, die zu einem Entstehen einer Spannung zwischen zwei Elektroden des Sensorelements führt. Diese Spannungs­ signale können abgegriffen und einer Auswerteschal­ tung zugeführt werden. Damit die piezoelektrischen Sensorelemente die notwendigen Spannungssignale er­ zeugen können, bestehen diese aus zwei gegenpolig an­ geordneten Lagen eines piezokeramischen Materials, die in einem Aufnahmemodul gelagert sind, das unter dem Einfluß einer Beschleunigung ein Verbiegen des Sensorelements zuläßt. Bei den bekannten Beschleuni­ gungssensoren ist nachteilig, daß die Einrichtungen zur Aufnahme des Sensorelements und für dessen elek­ trische Kontaktierung nur sehr aufwendig und damit teuer herzustellen sind. Weiterhin ist eine definier­ te Festlegung einer Sensierrichtung des Sensorele­ ments nur sehr schwer möglich. Hierzu sind Hilfs­ einrichtungen notwendig, die das Sensorelement in einer bestimmten Lage in bezug auf eine Montagefläche halten.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß das Sensorelement exakt in einer be­ stimmten, insbesondere parallel zu einer Montage- be­ ziehungsweise Referenzfläche verlaufenden Sensier­ richtung, ausrichtbar ist und in einfacher Weise gleichzeitig eine mechanische und elektrische An­ kopplung des Sensorelements möglich ist. Dadurch, daß das Modul vorzugsweise von zwei getrennten, mit der Auswerteschaltung verbundenen, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Haltemitteln gebildet wird, ist es vorteilhaft möglich, mit diesen gleich­ zeitig das piezoelektrische Sensorelement mechanisch zu fixieren und elektrisch zu kontaktieren. Jeweils separate zusätzliche Maßnahmen für eine Lagestabi­ lisierung und eine Ausrichtung des Sensorelementes beziehungsweise ein Abgreifen der Spannungssignale ist nicht notwendig. Das Aufnahmemodul läßt sich somit sehr einfach und kostengünstig herstellen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß das Aufnahmemodul als Stanzteil ausgebildet ist, das durch eine Biegebearbeitung die endgültige Form des Aufnahmemoduls erhält, wobei während des Einbringens des Sensorelements in das Aufnahmemodul zusätzliche, zunächst mit dem Aufnahmemodul verbundene mechanische Hilfsanschläge für die Montage vorhanden sind. Hier­ durch wird es sehr vorteilhaft möglich, die Sensor­ elemente in einem selbstjustierten Montageprozeß in die Aufnahmemodule einzubringen, wobei durch die Ausbildung der mechanischen Hilfsanschläge eine ex­ akte und bei einer Massenfertigung genau wiederhol­ bare Ausrichtung der Sensorelemente in einer x-y-z- Richtung erfolgen kann. Hierdurch sind in einem sogenannten Nutzen-Fertigungsverfahren mit geringen Herstellungskosten Beschleunigungssensoren herstell­ bar, die durch ihre jeweilige exakt gleiche Aus­ richtung des Sensorelements und damit exakt gleiche Ausbildung eines Biegebalkens bei gleicher Beeinflus­ sung durch eine Beschleunigung Sensorsignale in einem eng eingegrenzten Streubereich erwarten lassen. Somit wird einerseits die Austauschbarkeit der Beschleuni­ gungssensoren untereinander erleichtert, da diese jeweils in engen Toleranzbereichen gleiche Signale bereitstellen. Andererseits wird eine Abstimmung der Beschleunigungssensoren auf die Auswerteschaltung er­ leichtert, da nicht jeder Beschleunigungssensor ein­ zeln aufgrund eines relativ großen Streubereiches der Sensorsignale abgestimmt zu werden braucht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merk­ malen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors;

Fig. 2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 die Herstellungsschritte eines Aufnahmemoduls;

Fig. 4 fertig hergestellte Aufnahmemodule;

Fig. 5 die Montageschritte zur Herstellung eines Beschleunigungssensors;

Fig. 6 schematisch eine perspektivische Ansicht einer kompletten Beschleunigungssensorein­ heit und

Fig. 7 schematisch eine perspektivische Ansicht einer kompletten Beschleunigungssensorein­ heit nach einem weiteren Ausführungs­ beispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen allgemein mit 10 bezeichneten Be­ schleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor 10 be­ sitzt ein Sensorelement 12, das aus einer zweilagigen Piezokeramik besteht. Die Lagen 14 und 16 des Sensor­ elements 12 sind dabei so zueinander ausgerichtet, daß eine Polarisationsrichtung 18 innerhalb der Lagen 14 und 16 gegeneinander gerichtet ist. Das Sensor­ element 12 ist insgesamt als ein streifenförmiger Körper ausgebildet. Jede der Lagen 14 und 16 besitzt an ihrer Außenseite eine metallische Oberfläche, die Elektroden 20 beziehungsweise 22 ergeben.

Das Sensorelement 12 ist in einem Aufnahmemodul 24 eingespannt. Das Aufnahmemodul 24 besitzt hierzu zwei mechanisch nicht miteinander verbundene Haltemittel 26 beziehungsweise 28. Die Haltemittel 26 beziehungs­ weise 28 können beispielsweise durch einen eine ent­ sprechende Biegekontur aufweisenden Materialstreifen gebildet sein, der aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Die Haltemittel 26 und 28 sind symmetrisch aufgebaut und symmetrisch zu dem Sensor­ element 12 angeordnet. Der konkrete Aufbau soll an­ hand des Haltemittels 26 verdeutlicht werden. Dieses besitzt einen Grundkörper 30, der im wesentlichen streifenförmig ausgebildet ist und eine obere Stirn­ fläche 32 und eine untere Stirnfläche 34 aufweist. Von der oberen Stirnfläche 32 verläuft unter einem Winkel ein Haltesteg 36, der in ein parallel zum Sensorelement 12 verlaufendes Justierteil 38 über­ geht. Der Haltesteg 36 und das Justierteil 38 sind einstückig mit dem Grundkörper 30 ausgebildet und durch einen - in den nachfolgenden Figuren noch zu erläuternden - Biegevorgang in ihre entsprechende Form gebracht. Das Justierteil 38 ist im wesentlichen plattenförmig ausgebildet und bildet einen ersten Kontaktbereich 40 des Haltemittels 26. Der Kontakt­ bereich 40 ist unter Zwischenschaltung eines Haft­ mittels 42 mechanisch und elektrisch leitend mit dem Sensorelement 12, insbesondere mit dessen Elektrode 22 verbunden. Die untere Stirnfläche 34 bildet einen zweiten Kontaktbereich 44 des Haltemittels 26 aus.

Das zweite Haltemittel 28 ist vollkommen analog auf­ gebaut und besitzt demnach - in der Fig. 1 nicht dargestellt - ebenfalls einen ersten durch ein Ju­ stierteil 38′ gebildeten Kontaktbereich 40′ und einen zweiten Kontaktbereich 44′. Der Kontaktbereich 40′ ist dabei ebenfalls über ein Haftmittel 42 mit dem Sensorelement 12, allerdings mit dessen Elektrode 20, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Das Sensorelement 12 ist so zwischen den Justierteilen 38 und 38′ eingespannt, daß sich aufgrund des streifen­ förmigen Aufbaus des Sensorelements 12 ein hier mit 46 angedeuteter freier Biegebalken ergibt.

Der in Fig. 1 dargestellte Beschleunigungssensor 10 übt folgende Funktion aus:

Der Beschleunigungssensor 10 wird mit seinen Halte­ mitteln 26 beziehungsweise 28 auf einer in Fig. 1 nicht dargestellten Montagefläche angeordnet, so daß das Sensorelement 12 senkrecht zu der Montagefläche zu liegen kommt. Unter dem Einfluß einer hier mit einem Pfeil angedeuteten Beschleunigung a erfährt das Sensorelement 12 eine bestimmte Auslenkung seines Biegebalkens 46. Je nach Größe der Beschleunigung a wird die Auslenkung des Biegebalkens 46 kleiner oder größer sein. Infolge der Auslenkung werden die Lagen 14 und 16 des Sensorelements 12 einer mechanischen Beanspruchung unterzogen, so daß aufgrund des all­ gemein bekannten piezoelektrischen Effekts in den gegenpolig ausgerichteten Lagen 14 und 16 eine La­ dungsträgerverschiebung stattfindet. Diese Ladungs­ trägerverschiebung führt zum Entstehen einer Spannung an den Elektroden 20 und 22. Die entstehende Spannung ist dabei proportional der Beschleunigung a, da bei einer größeren Beschleunigung a eine stärkere Auslen­ kung des Biegebalkens 46 und damit ein stärkerer piezoelektrischer Effekt auftritt. Die an den Elek­ troden 20 und 22 anliegende Spannung wird über die ersten Kontaktbereiche 40 beziehungsweise 40′ der Haltemittel 26 beziehungsweise 28 abgegriffen. Da die Haltemittel 26 und 28 aus einem elektrisch leit­ fähigen Material bestehen, liegt das von dem Sensor­ element 12 erzeugte Spannungssignal gleichzeitig an deren zweiten Kontaktbereichen 44 beziehungsweise 44′ an. Von den zweiten Kontaktbereichen 44 beziehungs­ weise 44′ kann das Spannungssignal des Sensorelements 12 einer in Fig. 1 nicht dargestellten Auswerte­ schaltung zugeführt werden, die je nach Größe des Spannungssignals auf eine bestimmte Größe der Be­ schleunigung a detektiert und gegebenenfalls ein Steuersignal an weiteren Einrichtungen, beispiels­ weise Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen auslöst.

Der Beschleunigungssensor 10 zeichnet sich insgesamt durch einen extrem einfachen Aufbau aus, wobei das Aufnahmemodul 24 einerseits eine mechanische Fixie­ rung des Sensorelements 12 und andererseits gleich­ zeitig eine elektrische Kontaktierung des Sen­ sorelements 12 zum Abgreifen der Spannungssignale übernimmt. Somit wird erreicht, daß zusätzliche Mit­ tel zum Abgreifen der Spannung, die ein freies Schwingen des Biegebalkens 46 behindern könnten, nicht vorgesehen sind. Gleichzeitig ist es durch die Ausbildung der Haltemittel 26 beziehungsweise 28 mög­ lich, das Sensorelement 12 exakt in einer zu einer Montagefläche senkrecht verlaufenden Position zu fi­ xieren, so daß mit dem Beschleunigungssensor 10 eine genau parallel zur Montagefläche verlaufende Sensier­ richtung detektiert werden kann. Somit können im we­ sentlichen Fehler bei der Erfassung der Beschleu­ nigung a, die auf eine nicht exakte Ausrichtung des Sensorelements 12 zu der Montagefläche zurückzuführen sind, im wesentlichen ausgeschlossen werden. Es ist also sichergestellt, egal wie der Beschleunigungs­ sensor 10 auf einer Montagefläche montiert wird, daß die Sensierrichtung des Sensorelements 12 jederzeit parallel zu der Montagefläche verläuft. Hierdurch wird die Ausrichtung des Sensorelements 12, bei­ spielsweise auf eine im wesentlichen frontal auf ein Kraftfahrzeug wirkende Beschleunigung, beispielsweise zur rechtzeitigen Auslösung eines Airbags erleich­ tert.

In Fig. 2 ist ein Beschleunigungssensor 10 in einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen und nicht nochmals erläutert. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beschleunigungssensor 10 ist das Sen­ sorelement 12 zwischen den Justierteilen 38 und 38′ des Aufnahmemoduls 24 derart eingespannt, daß sich beidseitig der Justierteile 38 und 38′ jeweils ein Biegebalken 48 ergibt. Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten einseitigen Auslenkung des Sensorelements 12 zu dem Justierteil 38 erfolgt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein beidseitiges Auslenken der Biegebalken 48 zu dem Justierteil 38. Durch die Wahl der Längen der Biegebalken 46 bezie­ hungsweise 48 kann auf unterschiedliche piezoelektri­ sche Eigenschaften der verwendeten Materialien für die Lagen 14 und 16 des Sensorelements 12 Rücksicht genommen werden. Je länger der freie Biegebalken des Sensorelements 12 ist, um so größer ist eine Auslen­ kung unter dem Einfluß einer Beschleunigung a mög­ lich. Der Grad der Auslenkung bewirkt eine bestimmte mechanische Beanspruchung des Sensorelements 12, in­ folgedessen der piezoelektrische Effekt auftritt. Es ist also eine Abstimmung des dem jeweiligen Material innewohnenden piezoelektrischen Effekts auf eine be­ stimmte Auslenkung des Sensorelements 12 möglich.

In den Fig. 3 bis 5 wird die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensors 10 verdeut­ licht. Fig. 3 zeigt den Herstellungsprozeß des Auf­ nahmemoduls 24 des Beschleunigungssensors 10. In ei­ nem ersten Schritt 52 wird aus einem Blechstreifen 50 eine Kontur 54 ausgestanzt, die entsprechend der Kon­ tur des späteren Aufnahmemoduls 24 und der Konturen der für eine spätere Montage des Sensorelements 12 benötigten Hilfsstrukturen gewählt ist. Insbesondere sind die Grundkörper 30 beziehungsweise 30′ und die Justierteile 38 beziehungsweise 38′ zu erkennen. Die Grundkörper 30 sind über hier angedeutete Biegefedern 56 mit dem Blechstreifen 50 verbunden. Von dem Blech­ streifen 50 gehen weiterhin parallel zu den Grund­ körpern 30 beziehungsweise 30′ verlaufende Zungen 58 aus. Eine der Zungen 58 besitzt eine Aussparung 60, so daß sich ein nasenartiger Abschnitt 62 ergibt.

In einem zweiten Schritt 64 wird eine Biegebear­ beitung derart durchgeführt, daß sich die die Justierteile 38 beziehungsweise 38′ mit dem Grund­ körper 30 beziehungsweise 30′ verbindenden Haltestege 36 und 36′ ergeben. Weiterhin werden die Zungen 58 derart aufgebogen, daß sie über das Niveau des Blechstreifens 50 angehoben werden, jedoch parallel zu einer Oberfläche 66 des Blechstreifens 50 zu lie­ gen kommen. Der nasenartige Abschnitt 62 der einen Zunge 58 wird gleichzeitig rechtwinklig zu den Zungen 58 beziehungsweise der Oberfläche 66 aufgebogen und bildet einen Anschlag 68 aus.

In einem dritten Schritt 70 werden die Grundkörper 30 beziehungsweise 30′ zuerst leicht angehoben und dann an einem Arm 72 der Biegefedern 50 umgeknickt, so daß diese mit ihren Stirnflächen 34 beziehungsweise 34′ auf an den Biegefedern 50 angeordneten Vorsprüngen 74 zu liegen kommen. Durch das Umklappen der Grundkörper 30 beziehungsweise 30′ werden gleichzeitig die Haltestege 36 beziehungsweise 36′ mit den daran an­ schließenden Justierteilen 38 beziehungsweise 38′ umgeklappt, so daß das Justierteil 38 federnd an dem Justierteil 38′ anliegt.

Die in Fig. 3 gezeigten Fertigungsschritte 52, 64 und 70 können fortlaufend an einem Endlosband eines Blechstreifens 50 durch geeignete Stanz- und Biege­ werkzeuge ausgeführt werden, so daß sich das in Fig. 4 gezeigte Band mit einzelnen vorgefertigten Aufnah­ memodulen 24 ergibt. Die Aufnahmemodule 24 sind über die Biegefedern 56 mechanisch noch mit dem Blech­ streifen 50 verbunden. Entsprechend der Länge des Blechstreifens 50 ergibt sich somit eine bestimmte Anzahl von vorkonfektionierten Aufnahmemodulen 24, die sich in einer definierten Position befinden. Durch die Wahl der Stanzwerkzeuge und der Biegevor­ richtungen kann hierbei eine hohe Montagegenauigkeit erreicht werden, so daß im Prinzip eine Vielzahl von sehr einfach und identisch aufgebauten Aufnahmemo­ dulen 24 vorliegen.

In der Fig. 5 wird der Montageprozeß des gesamten Beschleunigungssensors 10 verdeutlicht. Durch Ausüben einer hier mit den Pfeilen 76 angedeuteten Druckkraft auf die Biegefedern 56 werden die Grundkörper 30 um ihre Auflagepunkte auf den Vorsprüngen 74 ver­ schwenkt, so daß sich die Justierteile 38 und 38′ auseinander bewegen. In den sich ergebenden Zwischen­ raum zwischen den Justierteilen 38 beziehungsweise 38′ wird nunmehr ein Sensorelement 12 über eine geeignete Vorrichtung eingeführt (mittlere Darstel­ lung). Das Sensorelement 12 kommt hierbei auf den Zungen 58 zu liegen und schlägt mit einer Stirnfläche an den Anschlag 68 an. Das Sensorelement 12 kann zuvor in den dem Justierteil 38 beziehungsweise 38′ gegenüberliegenden Bereichen mit dem Haftmittel 42 versehen werden. Dies kann beispielsweise durch Auf­ stempeln eines elektrisch leitfähigen Klebers erfol­ gen. Nachdem das Sensorelement 12 auf den Zungen 58 beziehungsweise an dem Anschlag 68 positioniert wurde, wird die Druckkraft 76 auf die Biegefedern 56 zurückgenommen, so daß die Grundkörper 30 beziehungs­ weise 30′ zurückschwenken und die Justierteile 38 beziehungsweise 38′ gegen das Sensorelement 12 zurückfedern. Über das Haftmittel 42 erfolgt eine mechanische und elektrisch leitfähige Ankopplung des Sensorelements 12 an die Justierteile 38 beziehungs­ weise 38′ (erste Kontaktbereiche 40, Fig. 1), so daß nach entsprechender Aushärtung des Haftmittels 42 eine feste, elektrisch leitfähige Verbindung besteht.

Die genaue Lage des Sensorelements 12 in bezug auf das gesamte Aufnahmemodul 24 wird durch die Justier­ teile 38 beziehungsweise 38′, die Zungen 58 und den Anschlag 68 bestimmt. Somit ist eine genaue Aus­ richtung des Sensorelements 12 in x-y-z-Richtung möglich. Hierdurch wird es möglich, die geometrische Lage des Sensorelements 12 in bezug auf eine Refe­ renzfläche (Oberfläche 66), die einer späteren Mon­ tagefläche entspricht, genau zu bestimmen. Weiterhin kann hierdurch die Länge des Biegebalkens 46 (Fig. 1) des Sensorelements 12 bestimmt werden. Die fertig montierten Beschleunigungssensoren 10 können nunmehr beispielsweise durch einen Tunnelofen geführt werden, so daß das Haftmittel 42 aushärten kann. In einem letzten, in Fig. 5 nicht dargestellten, Verfahrens­ schritt werden die Beschleunigungssensoren 10 durch Freitrennen vereinzelt. Hierzu werden die Arme 72 der Biegefedern 15 beispielsweise durch Stanzen, Laser­ schneiden oder andere geeignete Verfahrensschritte durchtrennt. Nach Durchtrennen der Arme 72 entsteht der in Fig. 1 gezeigte Beschleunigungssensor 10.

In den Fig. 6 und 7 sind komplette den Beschleuni­ gungssensor 10 enthaltende Beschleunigungs-Sensorein­ heiten 78 dargestellt. Die Einheit 78 besitzt ein Trägersubstrat 80, auf dem eine Auswerteschaltung 82 angeordnet ist. Die Auswerteschaltung 82 kann bei­ spielsweise durch einen integrierte elektronische Schaltkreise enthaltenden Chip gebildet sein. Das Trägersubstrat 80 kann beispielsweise weitere elek­ tronische Bauelemente 84 und Anschlußbereiche 86 auf­ weisen. Von der Auswerteschaltung 82 führen elek­ trisch leitende Verbindungen 88 und 90 zu dem Be­ schleunigungssensor 10. Der Beschleunigungssensor 10 ist mit seinen Haltemitteln 26 beziehungsweise 28 auf dem Trägersubstrat 80 derart angeordnet, daß die die zweiten Kontaktbereiche 44 beziehungsweise 44′ erge­ benden unteren Stirnflächen 34 beziehungsweise 34′ der Grundkörper 30 beziehungsweise 30′ direkt auf den als Leiterbahnen ausgebildeten Verbindungen 88 und 90 positioniert sind. Eine feste und elektrisch leit­ fähige Verbindung zwischen den Kontaktbereichen 44 beziehungsweise 44′ und den Verbindungen 88 bezie­ hungsweise 90 kann durch Auflöten oder durch einen elektrisch leitfähigen Kleber erfolgen. Die während des Auslenkens des Biegebalkens 46 des Sensorelements 12 erzeugten Spannungssignale werden somit auf kürzestem Wege direkt über die Haltemittel 26 be­ ziehungsweise 28 auf die elektrischen Verbindungen 88 beziehungsweise 90 und von diesen zu der Auswerte­ schaltung 82 übertragen. Insgesamt ist somit nur ein äußerst geringer Montage- und Verdrahtungsaufwand für die Anbringung des Beschleunigungssensors 10 auf dem Trägersubstrat 80 notwendig. Durch die in Fig. 6 gezeigte Anordnung des Beschleunigungssensors 10 ist eine Sensierrichtung exakt parallel zu einer Oberfläche 92 (Montagefläche) des Trägersubstrats 80 gegeben. Je nachdem, wie das Trägersubstrat 80 an einem Bauteil, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, angeordnet wird, kann damit die Sensierrichtung der gesamten Beschleunigungssensoreinheit 78 bestimmt werden. Nach einem nicht dargestellten Ausführungs­ beispiel ist es jedoch auch möglich, den Beschleuni­ gungssensor 10 unter einem bestimmten Winkel α auf der Oberfläche 92 und/oder in einem bestimmten Winkel β senkrecht zur Oberfläche 92 anzuordnen. Durch eine geeignete Auswahl der Winkel α und β wird jede beliebige Sensierrichtung der Beschleunigungs-Sensor­ einheit 78 möglich. Somit kann mit einem einzigen einfach herzustellenden Beschleunigungssensor 10 das Trägersubstrat 80 verschieden bestückt werden, um so Beschleunigungs-Sensoreinheiten 78 für unterschiedli­ che Sensierrichtungen zu erhalten.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ge­ zeigt, bei dem gleiche Teile wie in Fig. 6 mit glei­ chen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals erläutert sind. In der hier gezeigten Ausführungs­ variante ist der Beschleunigungssensor 10 mit seinem Aufnahmemodul 24 direkt auf die Oberfläche 92 des Trägersubstrats 80 aufgesetzt. Eine mechanische Ver­ bindung kann beispielsweise durch Löten, Schweißen oder ähnliches erfolgen. Die elektrische Kontak­ tierung des Beschleunigungssensors 10 mit den zu den Auswerteschaltungen 82 führenden Verbindungen 88 und 90 erfolgt durch Anbonden eines Drahtes zwischen der Verbindung 88 und dem Haltemittel 26 beziehungsweise der Verbindung 90 und dem Haltemittel 28. Hierdurch wird es einfach möglich, den Beschleunigungssensor 10 in jedem beliebigen Winkel α und/oder β (siehe Fig. 6) zu der Oberfläche 92 des Trägersubstrats 80 anzu­ ordnen und gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Sensorelement 12 und der Auswerteschaltung 82 zu erreichen.

Anhand der in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Aus­ führungsbeispiele wird deutlich, daß es in einfacher Weise möglich ist, einen Beschleunigungssensor 10 herzustellen, der ein einfach aufgebautes Aufnahme­ modul 24 aufweist, welches gleichzeitig eine me­ chanische und elektrisch leitende Ankopplung des Be­ schleunigungssensors 10 an ein Trägersubstrat 80 ge­ stattet. Durch den selbstjustierenden Montageprozeß, der insbesondere durch die Ausbildung eines x-y-z- Anschlages der Justierteile 38 beziehungsweise 38′, der Zungen 58 und des Anschlages 68 für das Sensor­ element 12 möglich ist, wird eine definierte Aus­ richtung des Sensorelements 12 zu der während der Montage als Referenzfläche dienenden Oberfläche 66 des Blechstreifens 50 möglich. Die Zungen 58 und der Anschlag 68 dienen hierbei lediglich als mechanische Hilfsanschläge während der Montage, die nach dem Freitrennen des Beschleunigungssensors 10 entfallen. Es ist somit eine sehr präzise Anordnung des Sensor­ elements 12, insbesondere der Wahl der Länge des Biegebalkens 46 des Sensorelements 12 in bezug auf das gesamte Aufnahmemodul 24 möglich. Weiterhin wird durch den Wegfall der Montagehilfen für das Sensor­ element 12 ein Aufliegen des Sensorelements 12 auf das Trägersubstrat 80 während seines bestimmungs­ gemäßen Einsatzes in einer Beschleunigungs-Sensorein­ heit 78 sicher vermieden. Somit ist jederzeit die freie Auslenkung des Sensorelements 12 entsprechend der gewählten Länge des Biegebalkens 46 beziehungs­ weise der Biegebalken 48 möglich. Durch den gewählten Aufbau des Aufnahmemoduls 24 wird bereits während der Montage, das heißt, vor oder während des Aushärtens des Haftmittels 42, eine sichere Lagefixierung des Sensorelements 12 erreicht, so daß zusätzliche Hilfs­ vorrichtungen, die das Sensorelement 12 in einer be­ stimmten Lage halten, nicht notwendig sind. Die Mon­ tage erfolgt somit insgesamt kräftefrei für das Sen­ sorelement 12, so daß hier auch spröde Materialien, wie beispielsweise Piezokeramiken, eingesetzt werden können. Insgesamt ist eine sehr hohe Montage­ genauigkeit durch die einfach und hochpräzis be­ herrschbaren Stanz- und Biegevorgänge möglich, so daß für das Aufnahmemodul 24 preisgünstige Materialien eingesetzt werden können und insgesamt nur geringe Herstellungskosten für den Beschleunigungssensor 10 entstehen. Der Beschleunigungssensor 10 kann insbe­ sondere auch in sehr kleinen Baugrößen mit extrem geringem Gewicht gefertigt werden.

Durch eine geeignete Formgebung des Aufnahmemoduls 24, wie beispielsweise Biegekanten, Sicken usw., kann die Steifigkeit des Aufnahmemoduls 24 für die Über­ tragung von Beschleunigungen in weiten Grenzen frei gestaltet werden Hierdurch wird es möglich, einen günstigen Kompromiß zwischen der mechanischen Über­ tragung von Schockbeschleunigungen (freier Fall), Eigenresonanzfrequenz des Sensorelements 12 (Biege­ schwinger) und der mechanischen Verspannung durch die Montage auf das Trägersubstrat 80 zu erzielen. Durch den symmetrischen Aufbau des Aufnahmemoduls 24 er­ folgt eine eventuelle Wärmeeinleitung in das Sensorelement 12 ebenfalls symmetrisch, so daß eine ideale pyroelektrische Kompensation der Wärmeein­ leitung in den Lagen 14 und 16 des Sensorelements 12 durch deren gegensinnige Polarisationsrichtung 18 möglich ist. Das Material des Aufnahmemoduls 24 kann einen dem Material des Sensorelements 12 angepaßten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so daß einerseits eine streßfreie Montage, das heißt, keine mechanische Überbeanspruchung des Materials des Sensorelements 12, möglich wird und andererseits eine Alterung des Materials des Sensorelements 12 bei einer Temperatur­ belastung minimiert wird. Insgesamt kann das Material für das Aufnahmemodul 24 aus einem leicht zu verar­ beitenden, insbesondere für eine Verklebung, Ver­ lötung oder Bondbarkeit geeignetem Material ausge­ wählt sein. Gegebenenfalls kann eine ganzflächige oder partielle Oberflächenbehandlung des Aufnahme­ moduls 24 erfolgen, so daß die Kleb-, Löt- oder Bond­ barkeit verbessert wird.

Claims (13)

1. Beschleunigungssensor mit einem piezoelektrischen Sensorelement, das als Biegeschwinger in einem Auf­ nahmemodul gelagert ist und dessen Elektroden mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Aufnahmemodul (24) gleichzeitig eine mechanische Fixierung und eine elektrische Kontaktierung des Sensorelementes (12) übernimmt.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmemodul (24) von zwei getrennten, mit der Auswerteschaltung (82) verbunde­ nen, aus einem elektrisch leitenden Material beste­ henden Haltemitteln (26, 28) gebildet wird.

3. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (26, 28) symmetrisch zu dem Sensorelement (12) angeordnet sind.

4. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte­ mittel (26, 28) von einem, jeweils zwei Kontakt­ bereiche (40, 44) aufweisenden Biegeteil ausgebildet sind, wobei ein erster Kontaktbereich (40, 40′) mit den Elektroden (20, 22) des Sensorelements (12) und ein zweiter Kontaktbereich (44, 44′) mit der Auswer­ teschaltung (82) verbindbar ist.

5. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktbereich (40, 40′) gleichzeitig die mechanische Fixierung des Sensorelements (12) übernimmt.

6. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktbereich (40) als Kontaktfläche ausgebildet ist, die unter Zwischenschaltung eines elektrisch leitenden Haftmittels (42) an den Elektroden (20, 22) anliegt.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel ein Lot ist.

8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel (42) ein elek­ trisch leitfähiger Kleber ist.

9. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontaktbereich (44) von einer Stirnfläche (34) des Haltemittels (26, 28) gebildet ist.

10. Beschleunigungssensor nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (34) auf einer elektrisch leitenden Ver­ bindung (88, 90), insbesondere einer Leiterbahn, auf einem Trägersubstrat (80) angeordnet sind, die mit der Auswerteschaltung (82) in Verbindung stehen.

11. Beschleunigungssensor nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (26, 28) das Sensorelement (12) klammer­ artig einspannen.

12. Beschleunigungssensor nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) wenigstens einen über den ersten Kontaktbereich (40) überkragenden freibeweglich aus­ lenkbaren Biegebalken (46) aufweist.

13. Beschleunigungssensor nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) beidseitig des ersten Kontakt­ bereiches (40) überkragende freibeweglich auslenkbare Biegebalken (48) aufweist.