WO2001029508A1 - Sensorelement, insbesondere drehratensensor - Google Patents

Sensorelement, insbesondere drehratensensor Download PDF

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WO2001029508A1
WO2001029508A1 PCT/DE2000/003312 DE0003312W WO0129508A1 WO 2001029508 A1 WO2001029508 A1 WO 2001029508A1 DE 0003312 W DE0003312 W DE 0003312W WO 0129508 A1 WO0129508 A1 WO 0129508A1
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spring
oscillating
plane
sensor
oscillating structure
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PCT/DE2000/003312
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Inventor
Dirk Bueche
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5705—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis
    • G01C19/5712—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis the devices involving a micromechanical structure

Definitions

  • the invention relates to a sensor element, in particular rotation rate sensor, with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Sensor elements of the generic type are known. These have a vibration structure which is suspended in a vibration plane about a rotational axis running perpendicular to the vibration plane and is designed as a seismic mass.
  • the vibrating structure are
  • Drive elements for example electrostatically acting drive elements, are assigned, by means of which the oscillating structure can be set into a rotational oscillation about the axis of rotation running perpendicular to the oscillating plane.
  • a disadvantage of the known sensor elements is that the etching process, which runs perpendicular to the later oscillation plane, does not allow structures to be created that are exactly vertical. According to process-related or system-specific preferred directions of the anisotropic etching process (perpendicular to the later vibration plane), asymmetrical cross-sectional profiles of the spring elements result. These asymmetrical cross-sectional profiles of the spring elements lead to a rotational oscillation in the plane of vibration due to bending moments acting on the spring elements
  • Deflection of the vibration structure comes from the vibration level.
  • the level rotary oscillation movement is thus overlaid by a tilting movement.
  • This tilting movement superimposing the plane oscillation movement leads to a falsification of the output signal of the sensor element, in particular rotation rate sensor.
  • the sensor element according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that a tilting movement superimposed on the rotational vibration is largely reduced.
  • the fact that the spring elements between a first fastening point on the substrate and a second fastening point on the oscillating structure have at least two spring arms, which are arranged in such a way that a bending moment acting on the entire spring element in the oscillation plane is compensated in amount and direction compensate for the asymmetries in the cross-sectional profile of the spring elements that occur due to production. In particular, the occurrence of interference on the actual sensor signal is thus avoided.
  • the at least two spring arms resulting from the spring element are designed as a spring arm running back and forth between the fastening points on the substrate or on the oscillating structure. It is hereby advantageously achieved that bending moments acting on the spring arms act on them by the opposite arrangement of the spring arms with different signs, so that the resulting bending moment for the entire spring element is close to zero. Since the manufacturing asymmetries in the Cross-sectional profile of the spring element in both spring arms of the spring element are substantially identical, the resulting bending moment is almost completely compensated by the resulting action with opposite signs.
  • the compensation of the bending moment is independent of the actual asymmetry of the cross-sectional profiles of the spring arms, since this actual asymmetry is the same for the at least two spring arms of a spring element.
  • a spring length of the two spring arms of the spring element is essentially of the same length in the oscillation plane. This almost completely compensates for the amount and direction of the applied bending moment.
  • the two spring arms of the spring element run parallel to one another.
  • Such a geometry can be produced in a simple manner and guarantees adequate compensation of the bending moment applied.
  • the two spring arms of the spring element are arranged at an angle, one of the spring arms preferably being located on a radial extending through the axis of rotation. This advantageously ensures that a certain particularly good compensation of attacking bending moments results.
  • Figure 1 is a schematic schematic view of a vibrating structure
  • Figures show different design variants from 2 to 5 sensor elements having the oscillating structure
  • Figures further variants of the sensor elements having the 9 to 12 vibrating structure.
  • FIG. 1 schematically shows a vibrating structure 10 designed as a seismic mass.
  • the vibrating structure 10 is part of a provided sensor element and can be set in the XY plane in a rotational oscillation about an axis of rotation 12 running in the Z direction, that is perpendicular to the XY plane.
  • drive elements not shown in detail, for example electrostatic drive elements, are provided.
  • the vibrating structure 10 experiences a torsional vibration ⁇ .
  • it is fastened to a substrate via spring elements 14.
  • FIG. 2 shows a top view of an oscillating structure 10 which is fastened to a substrate via two spring elements 14 arranged diametrically opposite one another.
  • the spring elements 14 are connected to the substrate at a first fastening point 16 and to the oscillating structure 10 at a second fastening point 18.
  • the spring elements 14 comprise a first spring arm 20 and a second spring arm 22.
  • the first spring arm 20 extends from the attachment point 16 to a deflection point 24, while the second spring arm 22 extends from the deflection point 24 to a further deflection point 26.
  • the attachment point 16, the attachment point 18 and the axis of rotation 12 run on an imaginary line which corresponds to a radial through the oscillating structure 10.
  • the spring arms 20 and 22 extend at an angle ⁇ , which is approximately 20 °, for example.
  • An effective length of the spring arm 20 corresponds approximately to an effective length of the spring arm 22.
  • two spring elements 14 are provided which act diametrically opposite one another on the outer circumference of the oscillating structure 10.
  • the oscillating structure 10 is of annular design, the spring elements 14 engaging the oscillating structure from the inside.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which four spring elements 14 are provided which act symmetrically on the oscillating structure 10 from the outside, while in the exemplary embodiment shown in FIG. 5, four spring elements 14 act on the inside of an oscillating structure 10 which is annular in shape.
  • FIG. 6 shows, in a schematic perspective view, the cross-sectional profile of the spring arm 20, the relationship 22 of the spring element 14.
  • the spring arms 20 and 22 and also the retaining web 28 and the oscillating structure 10 are etched from a polycrystalline silicon substrate in an anisotropic etching process.
  • FIG. 7 shows — based on the exemplary embodiment according to FIG. 5 — the spring arm 20
  • FIG. 8 based on the exemplary embodiment according to FIG. 5 — shows the spring arm 22.
  • the spring arms 20 and 22 in are shown the plane of vibration, so that the side walls 30 (FIG. 6) according to FIGS. 7 and 8 run in the paper plane.
  • FIGS. 7 and 8 each show a course 34 of the bending moment M acting on the spring arms 20 or 22, which results when the oscillation structure 10 in the oscillation plane (X-Y-Eb ⁇ n ⁇ ) is set in the rotational oscillation ⁇ . It is clear from the illustration in FIGS. 7 and 8 that the bending moment M with different signs run in the direction of the deflection point 24. Because the effective length of the spring arms 20 and 22 is essentially the same, there is a zero crossing of the course of the bend moment M in d ⁇ r
  • FIGS. 9 to 12 further geometries of the spring elements 14 are shown in schematic top views, in which a deflection of the spring arms 20 and 22 also compensates for the attacking bending moment M on the spring element 14.
  • the same parts as in the previous figures are provided with the same reference numerals for better clarification, in spite of a slight deviation.
  • two internal spring elements 14 are provided, the effective spring length of the spring arms 20 and 22 not being exactly the same. The resulting difference in the effective spring lengths is, however, negligible in certain cases.
  • the geometry shown in FIG. 9 can be produced simply because the additional arrangement of the retaining web 28 is dispensed with.
  • FIG. 9 can be produced simply because the additional arrangement of the retaining web 28 is dispensed with.
  • FIG. 11 shows a variant in which the spring arms 20 and 22 run essentially parallel to one another and the spring elements 14 are arranged on the inside of the oscillating structure 10. This makes it possible to structure the spring element 14 in an interlocking manner, so that a particularly long, effective length of the spring, which results from the sum of the effective spring lengths of the spring arms 20 and 22, can be achieved without requiring additional space.
  • FIG. 12 finally shows an exemplary embodiment, in which inside the oscillating structure 10 there are arranged spring elements 14, which also have spring arms 20 and 22 that run essentially parallel.
  • the invention is of course not limited to the illustrated exemplary embodiments. Other geometries of the spring elements 14 are also possible in this way. It is crucial that by arranging at least two spring arms 20 and 22, it is possible to compensate for the bending moments on a whole spring element 14. For example, it can be provided that a spring element 14 has a multiple of two, for example four spring arms, which lead to the already explained compensation of the bending moments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbesondere Drehratensensor, mit einer rotationssymmettrisch ausgebildeten, in einer Schwingebene drehbeweglich an einem Substrat aufgehängten, aufgrund einer Krafteinwirkung um eine senkrecht zur Ebene verlaufende Drehachse auslenkbaren Schwingstruktur, wobei die Schwingstruktur über symmetrisch angeordnete Federelemente mit dem Substrat verbunden ist. Es ist vorgesehen, daß die Federelemente (14) zwischen einem ersten Befestigungspunkt (16) am Substrat und einem zweiten Befestigungspunkt (18) an der Schwingstruktur (10) wenigstens zwei Federarme (20, 22) aufweisen, die derart angeordnet sind, daß ein auf das gesamte Federelement (14) in der Schwingebene (X-Y-Ebene) wirkendes Biegemomnet (M) in Betrag und Richtung kompensiert ist.

Description

Sensorelement, insbesondere Drehratensensor
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbesondere Drehratensensor, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Sensorelemente der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese weisen eine, in einer Schwingebene um eine zur Schwingebene senkrecht verlaufende Drehachse dreh.be- weglich aufgehängte, als seismische Masse ausgebil- dete Schwingstruktur auf. Der Schwingstruktur sind
Antriebselemente, beispielsweise elektrostatisch wirkende Antriebselemente, zugeordnet, mittels der die Schwingstruktur um die senkrecht zur Schwingebene verlaufende Drehachse in eine Rotationsschwingung versetzbar ist.
Bekannt ist, derartige Sensorelemente als mikromechanische Elemente in einer polykristallinen Siliziumschicht auszubilden. Zum Erzielen der Schwingstruktur wird aus dem polykristallinen Silizium durch ein Ätz- verfahren im wesentlichen senkrecht verlaufende Gräben eingebracht, die die Kontur der Schwingstruktur definieren. Durch nachfolgendes Unterätzen der späteren Schwingstruktur wird diese vom Substrat gelöst. Um eine Befestigung der Schwingstruktur am Substrat zu erreichen, ist bekannt, zwischen Substrat und Schwingstruktur symmetrisch angeordnete Federelemεnte vorzusehen. Diese werden ebenfalls während des Ätz- schrittes definiert und anschließend unterätzt.
Nachteilig bei den bekannten Sensorelementen ist, daß durch den senkrecht zur späteren Schwingungsebene verlaufenden Ätzvorgang nicht exakt senkrechte Strukturen geschaffen werden können. Entsprechend prozeßbedingter beziehungsweise anlagenbedingter Vorzugsrichtungen des anisotropen (senkrecht zur späteren Schwingungsebene) verlaufenden Ätzprozesses ergeben sich unsymmetrische Querschnittsprofile der Federelemente. Diese unsymmetrischen Querschnittsprofile der Federelemente führen dazu, daß bei einer Rotationsschwingung in der Schwingungsebene infolge von an die Federelemente angreifende Biegemomente es zu einer
Auslenkung der Schwingstruktur aus der Schwingebene kommt. Die ebene Rotationsschwingbewegung wird somit von einer Kippbewegung überlagert. Diese, die ebene Schwingungsbewegung überlagernde Kippbewegung führt zu einer Verfälschung des Ausgangssignales des Sensorelementes, insbesondere Drehratensensor.
Bekannt ist, daß die Auslenkung des Rotationsschvin- gers aus der ebenen Schwingungsebene als Angreifen einer äußeren Beschleunigungskraft interpretiert wird. Erfolgt diese Auslenkung infolge der unsymmetrischen Profile der Federelemente senkrecht zur Schwingungsebene, kommt es zu einem das Ausgangssignal verfälschenden Störsignal.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß eine die Rotationsschwingung überlagernde Kippbewegung weitgehend reduziert ist. Dadurch, daß die Federelemente zwischen einem ersten Befestigungspunkt am Substrat und einem zweiten Befestigungspunkt an der Schwingstruktur wenigstens zwei Federarme aufweisen, die derart angeordnet sind, daß ein auf das gesamte Federelement in der Schwingungs- ebene wirkendes Biegemoment in Betrag und Richtung kompensiert ist, lassen sich in einfacher Weise die fertigungsbedingt auftretenden asymmetrien im Querschnittsprofil der Federelemente ausgleichen. Insbesondere wird somit das Entstehen von Störeinflüssen auf das eigentliche Sensorsignal vermieden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die wenigstens zwei, das Federelement ergebenden Federarme zwischen den Befestigungspunkten am Substrat beziehungsweise an der Schwingstruktur als hin- und rücklaufender Federarm ausgebildet sind. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß auf die Federarme wirkende Biegemomente durch die gegenläufige Anordnung der Federarme mit unterschiedlichen Vorzeichen auf diese wirken, so daß das resultierende Biegemoment für das gesamte Federelement gegen Null geht. Da die herstellungsbedingten Unsymmetrien im Querschnittsprofil des Federelementes in beiden Federarmen des Federelementes im wesentlichen identisch sind, wird das resultierende Biegemoment durch das sich ergebende Wirken mit entgegengesetzten Vor- zeichen nahezu vollständig kompensiert. Insbesondere ist vorteilhaft, daß bei derartiger Ausgestaltung der Federarme die Kompensation des Biegemomentes unabhängig von der tatsächlichen Unsymmetrie der Querschnittsprofile der Federarme ist, da diese tatsäch- liehe Unsymmetrie bei den wenigstens zwei Federarmen eines Federelementes gleich ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Federlänge der beiden Feder- arme des Federelementes in der Schwingebene im wesentlichen gleich lang ist. Hierdurch wird eine nahezu vollständige Kompensation des angreifenden Biegemomentes in Betrag und Richtung erreicht.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Federarme des Fedεrelemen- tes parallel zueinander verlaufen. Eine derartige Geometrie läßt sich in einfacher Weise herstellen und garantiert eine ausreichende Kompensation des angrei- fenden Biegemomentes.
Weiterhin ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Federarme des Federelementes unter einem Winkel angeordnet sind, wobei vorzugsweise einer der Federarmε sich auf einer durch die Drehachse verlaufenden Radialen befindet. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß sich eine be- sonders gute Kompensation angreifender Biegemomente ergibt .
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Prinzipansicht einer Schwingstruktur;
Figuren verschiedene Ausführungsvarianten von 2 bis 5 die Schwingstruktur aufweisenden Sensorelementen;
Figuren schematisch die Einwirkung von Biege o- 6 bis 8 menten auf ein Federelement und
Figuren weitere Ausführungsvarianten von die 9 bis 12 Schwingstruktur aufweisenden Sensorelementen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt schematisch eine als seismische Masse ausgebildete Schwingstruktur 10. Die Schwingstruktur 10 ist Bestandteil eines im einzelnen nicht darge- stellten Sensorelementes und ist planar in der X-Y- Ebene um eine in Z-Richtung, also senkrecht zur X-Y- Ebene verlaufende Drehachse 12 in Rotationsschwingung versetzbar. Hierzu sind im einzelnen nicht darge- stellte Antriebselemente, beispielsweise elektrostatische Antriebselemente, vorgesehen. Entsprechend dem Antrieb erfährt die Schwingstruktur 10 eine Drehschwingung ω. Um die Schwingstruktur 10 in der X-Y- Ebene zu halten und gleichzeitig die Drehschwingung ω zu ermöglichen, ist diese über Federelemente 14 an einem Substrat befestigt. Aufbau und Funktion derartiger, die Schwingstruktur 10 aufweisender Sensorelemente, insbesondere Drehratensensoren, sind bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Erfindungswesentlich ist die spezielle Ausgestaltung der Federelemente 14, die anhand der nachfolgenden Figuren verdeutlicht wird.
Figur 2 zeigt in Draufsicht eine Schwingstruktur 10, die über zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Federelemente 14 an einem Substrat befestigt ist. Die Federelemente 14 sind an einem ersten Befestigungspunkt 16 mit dem Substrat verbunden und an einem zweiten Befestigungspunkt 18 mit der Schwingstruktur 10 verbunden. Die Federelemente 14 umfassen einen ersten Federarm 20 sowie einen zweiten Federarm 22. Der erste Federarm 20 erstreckt sich von dem Befesti- gungspunkt 16 zu einem Umlenkpunkt 24, während sich der zweite Federarm 22 von dem Umlenkpunkt 24 zu einem weiteren Umlenkpunkt 26 erstreckt. Über einen Haltesteg 28, der den Befestigungspunkt 18 mit dem Umlenkpunkt 26 verbindet, ist das Federelement 14 an der Schwingstruktur 10 befestigt. Der Befestigungs- punkt 16, der Befestigungspunkt 18 und die Drehachse 12 verlaufen auf einer gedachten Linie, die einer Ra- dialen durch die Schwingstruktur 10 entspricht. Die Federarme 20 und 22 verlaufen unter einem Winkel α, der beispielsweise zirka 20° beträgt. Eine effektive Länge des Federarmes 20 entspricht in etwa einer effektiven Länge des Federarmes 22. Gemäß Figur 2 sind zwei Federelemente 14 vorgesehen, die diametral gegenüberliegend an den Außenumfang der Schwingstruktur 10 angreifen.
Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsvarianten der Anordnung der Federelemente 14 gezeigt, wobei gleiche Teile wie in Figur 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingstruktur 10 ringförmig ausgebildet, wobei die Federelemente 14 von innen an die Schwingstruktur angreifen.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem vier Federelεmente 14 vorgesehen sind, die symmetrisch von außen an die Schwingstruktur 10 angreifen, während bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiεl viεr Federelemεntε 14 von innεn an eine wiedεrum ringförmig ausgebildete Schwingstruktur 10 angreifen. Hin- sichtlich des Aufbaus dεr Federelεmεnte 14 wird auf die Erläutεrung zu Figur 2 vεrwiesen. Figur 6 zεigt in εinεr schematischεn Perspektivansicht das Querschnittsprofil der Fedεrarmε 20 be- ziεhungswεisε 22 dεs Fedεrelementes 14. Die Federarme 20 und 22 und auch der Haltesteg 28 und die Schwing- Struktur 10 werden in einem anisotropen Ätzprozeß aus einem polykristallinen Siliziumsubstrat geätzt. Wäh- rεnd diεsεs anisotropen Ätzprozessεs entstehen die im wesentlichεn sεnkrεcht zur X-Y-Ebene vεrlaufεndεn seitlichen Begrenzungsflachen 30 der Federarmε 22 bε- ziεhungswεisε 20. Infolge prozeßbedingter oder anlagenbedingter Parameter ist das Querschnittsprofil 32 der Federarme 20 und 22 nicht exakt symmetrisch. Diese Unsymmetrie ist in dεr Darstεllung nicht erkennbar . Diese läuft jedoch darauf hinaus, daß die gegenübεrliεgenden Seitenwände 30 nicht exakt parallel zueinander vεrlaufen. Da die Federarme 20 und 22 während eines gemeinsamen anisotropen Ätzprozesses freigelegt werden, ergebεn sich diε prozeß- bezie- hungswεise anlagenbedingtεn Unsymmεtrien gleichmäßig bei den Federarmεn 20 und 22.
Wiε diε Draufsichten in den Figuren 2 bis 5 verdeutlichen, erstrecken sich die Federarme 20 beziehungsweise 22 - vom Bef stigungspunkt 16 am Substrat gese- hen - entwεder von der Schwingstruktur 10 weg odεr in Richtung dεr Schwingstruktur 10 hin. Diεse Anordnung der Federarmε 20 und 22 führt zu den in den Figuren 7 und 8 vεrdεutlichtεn Auswirkungεn . Figur 7 zeigt - bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 - den Federarm 20, während Figur 8 - bezogen auf das Ausführungsbeispiεl gεmäß Figur 5 - den Fεdεrarm 22 zεigt. Dargεstεllt sind diε Fεderarme 20 und 22 in der Schwingungsebene, so daß die Seitenwände 30 (Figur 6) gemäß der Figurεn 7 und 8 in der Papiεrεbεne verlaufεn.
In dεn Figuren 7 und 8 ist jewεils εin Vεrlauf 34 des auf die Fεderarme 20 bεziεhungsweise 22 wirkεndεn Biεgεmomentes M dargestellt, der sich εrgibt, wenn die Schwingstruktur 10 in der Schwingungsεbεne (X-Y- Ebεnε) in diε Rotationsschwingung ω versetzt ist. An- hand der Darstellung in Figur 7 und 8 wird deutlich, daß hierbεi diε Biegemomεntε M mit unterschiεdlichεn Vorzeichen in Richtung des Umlenkpunktes 24 verlaufen. Dadurch, daß die effektive Länge der Fεderarme 20 und 22 im wesεntlichen gleich ist, ist εin Null- durchgang dεs Vεrlaufes des Biεgεmomεntεs M in dεr
Mittε zwischεn dem Umlenkpunkt 24 und dem Befεsti- gungspunkt 16 beziehungswεise dem Umlεnkpunkt 26
(siεhe auch Figur 2) . Hierdurch wird erreicht, daß die Verläufe der Biegemomente M in den Federarm 20 und den Federarm 22 sich gegenseitig kompensieren, so daß ein Auslenken der Schwingstruktur 10 aus der Schwingungsebene (X-Y-Ebene) verhindεrt ist.
In den Figuren 9 bis 12 sind in schematischεn Drauf- sichten weitεre Geometrien der Fedεrεlεmεntε 14 gezeigt, bεi dεnεn ebenfalls durch eine Umlenkung der Federarme 20 und 22 eine Kompensation dεs angreifen- dεn Biegemomentes M an das Federelεmεnt 14 erzielbar ist . Gleichε Tεile wie in den vorhergehenden Figuren sind - trotz geringer Abweichung - zur besseren Verdeutlichung mit gleichen Bezugszεichen versehεn. Gemäß Figur 9 sind zwei innenliegende Federelemente 14 vorgesehen, wobei die effektive Federlänge der Federarme 20 und 22 nicht exakt gleich ist. Die sich ergebεndε Diffεrenz der effektiven Federlängεn sind jεdoch in bestimmten Fällen vernachlässigbar. Die in Figur 9 gezeigte Geomεtriε läßt sich εinfach herstellen, da auf die zusätzlichε Anordnung dεs Haltesteges 28 verzichtet ist. Figur 10 zeigt im Vergleich nochmals die Ausbildung der Federele εnte 14 mit dεm Hal- testeg 28, um zu Erzielen, daß die Aufhängepunkte 16, 18 und die Drehachse 12 möglichst auf einer Linie liegen und die effektive Fedεrlänge der Federarme 20 und 22 möglichst gleich ist.
Figur 11 zεigt εinε Variante, bei der die Federarme 20 und 22 im wesentlichεn parallεl zueinander verlaufen und die Fεdεrelemεnte 14 innenliegend zu der Schwingstruktur 10 angeordnet sind. Hierdurch wird es möglich, die Federelεmεnte 14 inεinandεr- greifend zu strukturieren, so daß ohne zusätzlichen Platzbedarf eine besonders lange, effektivε Fεdεr- längε εrzielbar ist, die sich aus der Summe der effεktivεn Fεderlängen der Fedεrarmε 20 und 22 ergibt.
Figur 12 zeigt schließlich ein Ausführungsbεispiεl, bεi dεm innεrhalb dεr Schwingstruktur 10 viεr Feder- εlementε 14 angεordnet sind, diε ebεnfalls im wesentlichen parallεl verlaufendε Fεderarme 20 und 22 be- sitzen. Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die dargestelltεn Ausführungsbεispiεle . So sind auch andere Geometrien der Federelεmente 14 möglich. Entscheidend ist, daß durch Anordnung wenig- stens zweier Federarmε 20 und 22 εinε Kompεnsation dεr Biεgemomente an einεm gεsamten Federεlεment 14 möglich ist. So kann beispiεlswεisε vorgesehen sein, daß ein Federelement 14 ein Viεlfachεs von zwεi, beispielsweise vier Federarmεn aufweist, die zur bεreits erläuterten Kompensation der Biegemomente führen.

Claims

Patentansprüche
1. Sεnsorεlement, insbesondere Drehratensensor, mit einer rotationssymmetrisch ausgεbildεtεn, in εinεr Schwingebene drehbeweglich an einem Substrat aufge- hängten, aufgrund einer Krafteinwirkung um einε senkrecht zur Ebenε vεrlaufende Drehachse auslenkbarεn Schwingstruktur, wobei die Schwingstruktur über symmetrisch angεordnεte Federelεmente mit dεm Substrat vεrbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fedεr- εlεmεntε (14) zwischen einem ersten Befestigungspunkt (16) am Substrat und einεm zweiten Bεfεstigungspunkt (18) an dεr Schwingstruktur (10) wenigstens zwei Federarme (20, 22) aufweisen, die derart angeordnεt sind, daß ein auf das gesamte Federelemεnt (14) in dεr Schwingεbεnε (X-Y-Ebεne) wirkendes Biegemomεnt
(M) in Bεtrag und Richtung kompεnsiert ist .
2. Sensorelemεnt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diε wεnigstεns zwei, das Federεlεmεnt (14) ergebεnden Federarmε (20, 22) zwischεn den Befestigungspunkten (16, 18) am Substrat beziehungs- wεisε an dεr Schwingstruktur (10) als hin- und rück- laufεndεr Federarm (20, 22) ausgebildet sind.
3. Sensorelemεnt nach εinεm dεr vorhεrgehendεn An- sprüchε , dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Schwingebenε (X-Y-Ebenε) liegende Federlänge der bei- dεn Fedεrarme (20, 22) des Federelεmentes (14) im wesentlichen gleich lang ist.
4. Sensorelement nach einem der vorhergehεnden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federarmε (20, 22) dεs Federεlε εntεs (14) parallεl zueinander verlaufεn.
5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die bεidεn Federarme (20,
22) des Federεlementes (14) unter einεm Winkεl (α) angeordnεt sind.
6. Sεnsorεlement nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß εinεr dεr Fεderarme (20, 22) auf einεr durch die Drehachsε (12) verlaufenden Radialen der Schwingstruktur (10) angeordnet ist.
7. Sensorelement nach einem der vorhergehendεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fedεrele- mentε (14) die Schwingstruktur (10) von außen angreifen.
8. Sensorεlement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federεlementε (14) diε Schwingstruktur (10) von innen angreifεn.
9. Sensorεlεmεnt nach Anspruch 8, dadurch geken - zeichnet, daß diε Federele εnte (14) ineinandergreifεnd angeordnet sind.
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