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Die
Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der
Technik
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Beschleunigungssensoren
sind bekannt. Diese werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt,
um bestimmte auf das Kraftfahrzeug einwirkende Beschleunigungskräfte zu detektieren
und in Abhängigkeit
dessen ein Steuersignal zur Verfügung zu
stellen. Die Steuersignale dienen beispielsweise dazu, in kurzer
Zeit Sicherheitseinrichtungen wie Airbags, Gurtstraffer oder ähnliches
auszulösen.
Die Beschleunigungssensoren weisen hierzu ein Sensorelement auf,
das sehr empfindlich auf eine auftretende, in eine bestimmte Richtung
wirkende Beschleunigung reagiert. Bekannt sind hierzu beispielsweise
als Biegeschwinger ausgebildete piezoelektrische Sensorelemente,
die aufgrund einer auftretenden Beschleunigung auslenken. Durch diese
Auslenkung findet in dem piezoelektrischen Sensorelement 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 Spannungssignale können
abgegriffen und einer Auswerteschaltung zugeführt werden. Damit die piezoelektrischen Sensorelemente
die notwendigen Spannungssignale erzeugen können, bestehen diese aus zwei
gegenpolig angeordneten Lagen eines piezokeramischen Materials,
die in einem Aufnahmemodul gelagert sind, das unter dem Einfluß einer
Beschleunigung ein Verbiegen des Sensorelements zuläßt. Bei
den bekannten Beschleunigungssensoren ist nachteilig, daß die Einrichtungen
zur Aufnahme des Sensorelements und für dessen elektrische Kontaktierung
nur sehr aufwendig und damit teuer herzustellen sind. Weiterhin
ist eine definierte Festlegung einer Sensierrichtung des Sensorelements
nur sehr schwer möglich.
Hierzu sind Hilfseinrichtungen notwendig, die das Sensorelement
in einer bestimmten Lage in bezug auf eine Montagefläche halten.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Beschleunigungssensor
mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den
Vorteil, daß das
Sensorelement exakt in einer bestimmten, insbesondere parallel zu
einer Montage- beziehungsweise Referenzfläche verlaufenden Sensierrichtung,
ausrichtbar ist und in einfacher Weise Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 41 35 369 A1 ist
ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor bekannt. Ein Piezoelement
ist über
einen Sockel mit einem Substrat verbunden. Auf dem Sockel können Leiterbahnen
für die Kontaktierung
einer Elektrode an der Unterseite des Piezoelements angeordnet sein. gleichzeitig
eine mechanische und elektrische Ankopplung 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 gleichzeitig das
piezoelektrische Sensorelement mechanisch zu fixieren und elektrisch
zu kontaktieren. Jeweils separate zusätzliche Maßnahmen für eine Lagestabilisierung und
eine Ausrichtung des Sensorelementes beziehungsweise ein Abgreifen
der Spannungssignale ist nicht notwendig. Das Aufnahmemodul läßt sich somit
sehr einfach und kostengünstig
herstellen.
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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. Hierdurch wird es sehr vorteilhaft möglich, die
Sensorelemente in einem selbstjustierten Montageprozeß in die
Aufnahmemodule einzubringen, wobei durch die Ausbildung der mechanischen
Hilfsanschläge
eine exakte und bei einer Massenfertigung genau wiederholbare Ausrichtung
der Sensorelemente in einer x-y-z-Richtung erfolgen kann. Hierdurch sind
in einem sogenannten Nutzen-Fertigungsverfahren mit geringen Herstellungskosten
Beschleunigungssensoren herstellbar, die durch ihre jeweilige exakt
gleiche Ausrichtung des Sensorelements und damit exakt gleiche Ausbildung eines
Biegebalkens bei gleicher Beeinflussung durch eine Beschleunigung
Sensorsignale in einem eng eingegrenzten Streubereich erwarten lassen.
Somit wird einerseits die Austauschbarkeit der Beschleunigungssensoren
untereinander erleichtert, da diese jeweils in engen Toleranzbereichen
gleiche Signale bereitstellen. Andererseits wird eine Abstimmung
der Beschleunigungssensoren auf die Auswerteschaltung erleichtert,
da nicht jeder Beschleunigungssensor einzeln aufgrund eines relativ
großen
Streubereiches der Sensorsignale abgestimmt zu werden braucht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen in
den Unteransprüchen genannten
Merkmalen.
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Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors
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2 schematisch
eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel;
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3 die
Herstellungsschritte eines Aufnahmemoduls
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4 fertig
hergestellte Aufnahmemodule
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5 die
Montageschritte zur Herstellung eines Beschleunigungssensors
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6 schematisch
eine perspektivische Ansicht einer kompletten Beschleunigungssensoreinheit
und
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7 schematisch
eine perspektivische Ansicht einer kompletten Beschleunigungssensoreinheit
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen allgemein mit 10 bezeichneten Beschleunigungssensor.
Der Beschleunigungssensor 10 besitzt ein Sensorelement 12,
das aus einer zweilagigen Piezokeramik besteht. Die Lagen 14 und 16 des
Sensorelements 12 sind dabei so zueinander ausgerichtet,
daß eine
Polarisationsrichtung 18 innerhalb der Lagen 14 und 16 gegeneinander
gerichtet ist. Das Sensorelement 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.
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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 entsprechende Biegekontur aufweisenden Materialstreifen
gebildet sein, der aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Die
Haltemittel 26 und 28 sind symmetrisch aufgebaut
und symmetrisch zu dem Sensorelement 12 angeordnet. Der
konkrete Aufbau soll anhand des Haltemittels 26 verdeutlicht
werden. Dieses besitzt einen Grundkörper 30, der im wesentlichen
streifenförmig
ausgebildet ist und eine obere Stirnfläche 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 übergeht.
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
Kontaktbereich 40 ist unter Zwischenschaltung eines Haftmittels 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.
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Das
zweite Haltemittel 28 ist vollkommen analog aufgebaut und
besitzt demnach – in
der 1 nicht dargestellt – ebenfalls einen ersten durch
ein Justierteil 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 streifenförmigen
Aufbaus des Sensorelements 12 ein hier mit 46 angedeuteter
freier Biegebalken ergibt.
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Der
in 1 dargestellte Beschleunigungssensor 10 übt folgende
Funktion aus: Der Beschleunigungssensor 10 wird mit seinen
Haltemitteln 26 beziehungsweise 28 auf einer in 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 allgemein bekannten piezoelektrischen Effekts in den gegenpolig
ausgerichteten Lagen 14 und 16 eine Ladungsträgerverschiebung
stattfindet. Diese Ladungsträgerverschiebung
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
Auslenkung des Biegebalkens 46 und damit ein stärkerer piezoelektrischer
Effekt auftritt. Die an den Elektroden 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
leitfähigen
Material bestehen, liegt das von dem Sensorelement 12 erzeugte
Spannungssignal gleichzeitig an deren zweiten Kontaktbereichen 44 beziehungsweise 44' an. Von den
zweiten Kontaktbereichen 44 beziehungsweise 44' kann das Spannungssignal
des Sensorelements 12 einer in 1 nicht
dargestellten Auswerteschaltung zugeführt werden, die je nach Größe des Spannungssignals
auf eine bestimmte Größe der Beschleunigung
a detektiert und gegebenenfalls ein Steuersignal an weiteren Einrichtungen,
beispielsweise Rückhaltesystemen
in Kraftfahrzeugen auslöst.
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Der
Beschleunigungssensor 10 zeichnet sich insgesamt durch
einen extrem einfachen Aufbau aus, wobei das Aufnahmemodul 24 einerseits
eine mechanische Fixierung des Sensorelements 12 und andererseits
gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung des Sensorelements 12 zum
Abgreifen der Spannungssignale übernimmt.
Somit wird erreicht, daß zusätzliche
Mittel 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 möglivh, das
Sensorelement 12 exakt in einer zu einer Montagefläche senkrecht
verlaufenden Position zu fixieren, so daß mit dem Beschleunigungssensor 10 eine
genau parallel zur Montagefläche
verlaufende Sensierrichtung detektiert werden kann. Somit können im
wesentlichen 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 Beschleunigungssensor 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, beispielsweise
auf eine im wesentlichen frontal auf ein Kraftfahrzeug wirkende
Beschleunigung, beispielsweise zur rechtzeitigen Auslösung eines
Airbags erleichtert.
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In 2 ist
ein Beschleunigungssensor 10 in einem weiteren Ausführungsbeispiel
gezeigt. Gleiche Teile wie in 1 sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Bei
dem in 2 dargestellten Beschleunigungssensor 10 ist das
Sensorelement 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 1 gezeigten
einseitigen Auslenkung des Sensorelements 12 zu dem Justierteil 38 erfolgt
bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ein beidseitiges Auslenken der Biegebalken 48 zu dem Justierteil 38.
Durch die Wahl der Längen
der Biegebalken 46 beziehungsweise 48 kann auf
unterschiedliche piezoelektrische 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, umso größer ist
eine Auslen kung unter dem Einfluß einer Beschleunigung a möglich. Der
Grad der Auslenkung bewirkt eine bestimmte mechanische Beanspruchung
des Sensorelements 12, infolgedessen der piezoelektrische
Effekt auftritt. Es ist also eine Abstimmung des dem jeweiligen
Material innewohnenden piezoelektrischen Effekts auf eine bestimmte
Auslenkung des Sensorelements 12 möglich.
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In
den 3 bis 5 wird die Herstellung des in 1 gezeigten
Beschleunigungssensors 10 verdeutlicht. 3 zeigt
den Herstellungsprozeß des Aufnahmemoduls 24 des
Beschleunigungssensors 10. In einem ersten Schritt 52 wird
aus einem Blechstreifen 50 eine Kontur 54 ausgestanzt,
die entsprechend der Kontur 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 Blechstreifen 50 gehen weiterhin parallel zu den
Grundkörpern 30 beziehungsweise 30' verlaufende
Zungen 58 aus. Eine der Zungen 58 besitzt eine
Aussparung 60, so daß sich
ein nasenartiger Abschnitt 62 ergibt.
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In
einem zweiten Schritt 64 wird eine Biegebearbeitung derart
durchgeführt,
daß sich
die die Justierteile 38 beziehungsweise 38' mit dem Grundkörper 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 liegen 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.
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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
anschließenden
Justierteilen 38 beziehungsweise 38' umgeklappt, so daß das Justierteil 38 federnd
an dem Justierteil 38' anliegt.
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Die
in 3 gezeigten Fertigungsschritte 52, 64 und 70 können fortlaufend
an einem Endlosband eines Blechstreifens 50 durch geeignete
Stanz- und Biegewerkzeuge ausgeführt
werden, so daß sich
das in 4 gezeigte Band mit einzelnen vorgefertigten Aufnahmemodulen 24 ergibt.
Die Aufnahmemodule 24 sind über die Biegefedern 56 mechanisch
noch mit dem Blechstreifen 50 verbunden. Entsprechend der
Länge des
Blechstreifens 50 ergibt sich somit eine bestimmmmte Anzahl
von vorkonfektionierten Aufnahmemodulen 24, die sich in
einer definierten Position befinden. Durch die Wahl der Stanzwerkzeuge
und der Biegevorrichtungen kann hierbei eine hohe Montagegenauigkeit erreicht
werden, so daß im Prinzip
eine Vielzahl von sehr einfach und identisch aufgebauten Aufnahmemodulen 24 vorliegen.
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In
der 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 verschwenkt,
so daß sich
die Justierteile 38 und 38' auseinander bewegen. In den sich
ergebenden Zwischenraum zwischen den Justierteilen 38 beziehungsweise 38' wird nunmehr
ein Sensorelement 12 über
eine geeignete Vorrichtung eingeführt (mittlere Darstellung).
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 Aufstempeln eines elektrisch leitfähigen Klebers erfolgen. 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 beziehungsweise 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 beziehungsweise 38' (erste Kontaktbereiche 40, 1),
so daß nach
entsprechender Aushärtung
des Haftmittels 42 eine feste, elektrisch leitfähige Verbindung
besteht.
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Die
genaue Lage des Sensorelements 12 in bezug auf das gesamte
Aufnahmemodul 24 wird durch die Justierteile 38 beziehungsweise 38', die Zungen 58 und
den Anschlag 68 bestimmt. Somit ist eine genaue Ausrichtung
des Sensorelements 12 in x-y-z-Richtung möglich. Hierdurch
wird es möglich, die
geometrische Lage des Sensorelements 12 in bezug auf eine
Referenzfläche
(Oberfläche 66),
die einer späteren
Montagefläche
entspricht, genau zu bestimmen. Weiterhin kann hierdurch die Länge des Biegebalkens 46 ( 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 5 nicht dargestellten, Verfahrensschritt
werden die Beschleunigungssensoren 10 durch Freitrennen vereinzelt.
Hierzu werden die Arme 72 der Biegefedern 15 beispielsweise
durch Stanzen, Laserschneiden oder andere geeignete Verfahrensschritte
durchtrennt. Nach Durchtrennen der Arme 72 entsteht der in 1 gezeigte
Beschleunigungssensor 10.
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In
den 6 und 7 sind komplette den Beschleunigungssensor 10 enthaltende
Beschleunigungs-Sensoreinheiten 78 dargestellt. Die Einheit 78 besitzt
ein Trägersubstrat 80,
auf dem eine Auswerteschaltung 82 angeordnet ist. Die Auswerteschaltung 82 kann
beispielsweise durch einen integrierte elektronische Schaltkreise
enthaltenden Chip gebildet sein. Das Trägersubstrat 80 kann
beispielsweise weitere elektronische Bauelemente 84 und
Anschlußbereiche 86 aufweisen.
Von der Auswerteschaltung 82 führen elektrisch leitende Verbindungen 88 und 90 zu
dem Beschleunigungssensor 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' ergebenden
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 leitfähige Verbindung zwischen den
Kontaktbereichen 44 beziehungsweise 44' und den Verbindungen 88 beziehungsweise 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 beziehungsweise 28 auf die elektrischen
Verbindungen 88 beziehungsweise 90 und von diesen
zu der Auswerteschaltung 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 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 Ausführungsbeispiel ist
es jedoch auch möglich,
den Beschleunigungssensor 10 unter einem bestimmten Winkel
a 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-Sensoreinheit 78 möglich. Somit kann mit einem
einzigen einfach herzustellenden Beschleunigungssensor 10 das
Trägersubstrat 80 verschieden
bestückt
werden, um so Beschleunigungs-Sensoreinheiten 78 für unterschiedliche
Sensierrichtungen zu erhalten.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt,
bei dem gleiche Teile wie in 6 mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals erläutert sind.
In der hier gezeigten Ausführungsvariante
ist der Beschleunigungssensor 10 mit seinem Aufnahmemodul 24 direkt
auf die Oberfläche 92 des
Trägersubstrats 80 aufgesetzt.
Eine mechanische Verbindung kann beispielsweise durch Löten, Schweißen oder ähnliches
erfolgen. Die elektrische Kontaktierung 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 6)
zu der Oberfläche 92 des
Trägersubstrats 80 anzuordnen
und gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem
Sensorelement 12 und der Auswerteschaltung 82 zu
erreichen, Anhand der in den 1 bis 7 gezeigten
Ausführungsbeispiele
wird deutlich, daß es
in einfacher Weise möglich
ist, einen Beschleunigungssensor 10 herzustellen, der ein
einfach aufgebautes Aufnahmemodul 24 aufweist, welches gleichzeitig
eine mechanische und elektrisch leitende Ankopplung des Beschleunigungssensors 10 an
ein Trägersubstrat 80 gestattet.
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 Sensorelement 12 möglich
ist, wird eine definierte Ausrichtung 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 Sensorelements 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 Sensorelement 12 ein Aufliegen des Sensorelements 12 auf das
Trägersubstrat 80 während seines
bestimmungsgemäßen Einsatzes
in einer Beschleunigungs-Sensoreinheit 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
Hilfsvorrichtungen, die das Sensorelement 12 in einer bestimmten
Lage halten, nicht notwendig sind. Die Montage erfolgt somit insgesamt kräftefrei
für das
Sensorelement 12, so daß hier auch spröde Materialien,
wie beispielsweise Piezokeramiken, eingesetzt werden können. Insgesamt
ist eine sehr hohe Montagegenauigkeit durch die einfach und hochpräzis beherrschbaren
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 insbesondere auch in sehr
kleinen Baugrößen mit
extrem geringem Gewicht gefertigt werden.
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Durch
eine geeignete Formgebung des Aufnahmemoduls 24, wie beispielsweise
Biegekanten, Sicken usw., kann die Steifigkeit des Aufnahmemoduls 24 für die Übertragung
von Beschleunigungen in weiten Grenzen frei gestaltet werden, Hierdurch
wird es möglich,
einen günstigen
Kompromiß zwischen der
mechanischen Übertragung
von Schockbeschleunigungen (freier Fall), Eigenresonanzfrequenz des
Sensorelements 12 (Biegeschwinger) und der mechanischen
Verspannung durch die Montage auf das Trägersubstrat 80 zu
erzielen. Durch den symmetrischen Aufbau des Aufnahmemoduls 24 erfolgt eine
eventuelle Wärmeeinleitung
in das Sensorelement 12 ebenfalls symmetrisch, so daß eine ideale pyroelektrische
Kompensation der Wärmeeinleitung 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
Temperaturbelastung minimiert wird. Insgesamt kann das Material
für das
Aufnahmemodul 24 aus einem leicht zu verarbeitenden, insbesondere
für eine
Verklebung, Verlötung
oder Bondbarkeit geeignetem Material ausgewählt sein. Gegebenenfalls kann
eine ganzflächige
oder partielle Oberflächenbehandlung
des Aufnahmemoduls 24 erfolgen, so daß die Kleb-, Löt- oder
Bondbarkeit verbessert wird.