本发明涉及一种用于惯性传感器的微机械弹簧。本发明还涉及一种用于制造用于惯性传感器的微机械弹簧的方法。本发明还涉及一种具有至少一个微机械弹簧的惯性传感器。
背景技术：
微机械惯性传感器(加速度和转速传感器)在它的运动自由度方面受到止挡元件的限制。该止挡元件的任务在于，当可运动的质量接触惯性传感器的固定电极时，通过将变形施加到惯性传感器上使该可运动的质量所具有的动能最小化。由此可以使所提到的电极上的损坏最小化。
在微机械中为了满足特定的测量任务例如由wo2005/067379a2已知非线性的梁结构。在那里公开了用于测量作用到可变形的微机械结构(mems结构)上的力的检验装置和方法。在此，mems结构的具有自由端和固定端的悬臂梁朝着弯曲区段如此长时间地弯曲，直到悬臂梁折断。根据保留的梁的剩余长度可以推断引起梁折断的力。
技术实现要素：
本发明的任务是，提供改进的用于惯性传感器的微机械弹簧。
根据第一方面，所述任务通过用于惯性传感器的微机械弹簧解决，所述微机械弹簧具有：
-第一和第二弹簧元件，所述弹簧元件相对彼此平行地布置并且锚固在惯性传感器的锚固元件上；和
-在这两个弹簧元件之间布置的、锚固在锚固元件上的第三弹簧元件，该第三弹簧元件在两个外侧上具有确定数量的节状元件，所述节状元件构造为随着相对于锚固元件的距离的增大而相对于弹簧元件限定地增大距离。
以该方式，根据节状元件分别与平行的弹簧元件中的一个弹簧元件的接触来缩短弹簧的有效长度，由此结果是，对于微机械弹簧实现一种有关复位力的调节机制。结果是，由此根据止挡在平行的弹簧元件中的一个弹簧元件上的节状元件的数量非线性地产生复位力。有利地，以该方式支持用于微机械弹簧的大的设计余量。
根据第二方面，所述任务通过用于制造用于惯性传感器的微机械弹簧的方法解决，所述方法具有以下步骤：
-提供第一弹簧元件和第二弹簧元件；
-使第一弹簧元件和第二弹簧元件平行锚固在惯性传感器的锚固元件上；
-提供第三弹簧元件并且将第三弹簧元件锚固在两个弹簧元件之间，其中，在第三弹簧元件上在两个外侧上布置有限定数量的节状元件，所述节状元件构造为随着相对于锚固元件的距离的增大而相对于弹簧元件增大距离。
所述微机械弹簧的优选扩展方案是从属权利要求的主题。
所述微机械弹簧的有利扩展方案的特征在于，所述弹簧元件在它们的端部区域上借助于连接元件相互连接。以该方式实现一种u形弹簧，通过该u形弹簧支持微机械弹簧的稳定的运行特性。
所述微机械弹簧的另一有利扩展方案的特征在于，在所述弹簧元件的外侧上在两侧分别布置有至少一个节状元件。以该方式，可以有利地更好地限定震动质量到微机械弹簧上的止挡。
附图说明
下面通过其他特征和优点参照多个附图详细描述本发明。在此，所有所描述的特征与它们在权利要求中的引用关系无关地以及与它们在说明书和附图中的描述无关地形成本发明的主题。附图尤其被考虑用于阐明本发明的基本原理并且不一定按正确比例显示。相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。
由相应公开的方法特征类似地得到公开的装置特征，反之亦然。这尤其意味着，以类似的方式由相应的有关用于惯性传感器的微机械弹簧的实施方案、特征和优点得到有关用于制造用于惯性传感器的微机械弹簧的方法的特征、技术优点和实施方案，反之亦然。
在附图中示出：
图1传统的微机械弹簧；
图2所提出的微机械弹簧的实施方式；和
图3用于制造用于惯性传感器的微机械弹簧的方法的原理流程图。
具体实施方式
用于惯性传感器的止挡元件可以构造为固定的或弹性的结构。弹性的止挡元件尤其具有以下两个功能：
-所述止挡元件通过其变形有助于降低动能，和
-所述止挡元件可以通过其复位力使传感器从“粘接的”或“钩卡的”状态中重新脱离出来。
在弹性的止挡元件的设计中的困难是所述止挡元件的正确尺寸。太软的止挡元件不能满足其任务，因为所述止挡元件几乎不能承受机械能并且只具有小的复位力。太硬的止挡元件有效地起到固定止挡的作用，并且以该方式也不能满足其任务。
图1示出传统的用于惯性传感器的微机械弹簧10。可看出，弹簧10基本上长形地构造，并且借助于锚固元件20锚固或固定在惯性传感器上。在弹簧10的顶端上构造有节状元件5a，该节状元件设置用于止挡到惯性传感器的震动质量30上。
在这种传统的设计中的问题是，只存在小的设计余量，并且弹簧10必须被精确地设计用于按照规定的工作原理的尺寸。即，如果弹簧10太软，那么几乎不能承受机械能并且只激活非常小的复位力。如果弹簧10太硬，则它起到固定质量的作用，该固定质量不能施加任何复位力到震动质量30上。出于该原因，传统的微机械弹簧10的设计必须准确地处于这两个极端之间，由此可以产生有效的复位力。
提出一种微机械弹簧10，该微机械弹簧具有比图1的传统的弹簧10大得多的构型余量。
图2示出这种微机械弹簧10的实施方式的俯视图。可看出，弹簧10具有第一弹簧元件1和第二弹簧元件2，所述弹簧元件直地构造并且相对彼此平行布置地锚固在惯性传感器的锚固元件20上。两个弹簧元件1、2通过连接元件3在顶端连接。在替代的实施方式中也可以考虑，省去连接元件3(未示出)。第三弹簧元件4布置在两个弹簧元件1、2之间并且固定在锚固元件20上，该第三弹簧元件在两个外侧上具有节状元件5a…5n，这些节状元件随着相对于锚固元件20的距离的增大而具有相对于两个弹簧元件1、2的更大的距离。
以该方式实现，在震动质量30止挡到所述弹簧元件1、2中的一个弹簧元件上时，首先节状元件5a与所述弹簧元件1、2中的一个弹簧元件接触，由此减小弹簧10的有效长度。随着震动质量30作用到所述弹簧元件1、2中的一个弹簧元件上的力增大，越来越多的节状元件5a…5n与弹簧元件1、2接触。在第一节状元件5a接触的时刻与倒数第二节状元件5g接触的时刻之间实现弹簧10的弹簧力的非线性特性，其中，在此微机械弹簧10变得越来越刚性。
在微机械弹簧10的在附图中未示出的另一实施方式中也可以设置为，在弹簧元件1、2的外侧上布置至少一个节状元件5a…5n。以该方式可以实现震动质量30更好地限定止挡到弹簧元件1、2上。
弹簧力的非线性特性适用于所接触的节状元件5a…5n的以下数量k：
1＜k＜n-1
其中：
k…….所接触的节状元件的数量
n…….节状元件的总数量
非线性的弹簧力大于线性的弹簧力并且能够有效地实现弹簧10的作用到震动质量30上的非常有效的复位力。在最后的节状元件5a…5n也接触的情况下，即所有的节状元件5a…5n与弹簧元件1、2接触，微机械弹簧10的整体结构又表现出线性的弹簧特性。为了该目的，适合地设计节状元件5a…5n的数量，同样适合地设计节状元件5a…5n相对彼此的距离，同样适合地设计节状元件5a…5n相对于弹簧元件1、2的距离。
结果是，以该方式可以实现微机械弹簧10的三级运行特性：
低负载：在这种情况下通过弹簧元件1、2只引起弱的止挡。机械能主要在传感器的震动质量30中降低，其中，适用胡克定律。
中等负载：根据震动质量进行止挡的方向而定，从锚固元件20出发的一个接一个节状元件5a…5n与所述弹簧元件1、2中的一个弹簧元件接触。由此外部的、被接触的弹簧元件1、2变得有效，并且复位力比按照胡克定律所预期的更快地增长。优选地，微机械弹簧10的复位力随着被止挡的节状元件5a…5n的数量增大成平方地提升。
高负载：所有节状元件5a…5n与弹簧元件1、2接触。在这种情况下弹簧元件4和所述弹簧元件1、2中的一个弹簧元件的复位力起作用。在微机械弹簧10构造为u形弹簧(具有连接元件3)的情况下，所有三个弹簧元件1、2、4起作用。止挡主要有助于降低能量，其中，又适用胡克定律，但是开始时具有较大刚性。
微机械弹簧10的在附图中未示出的可能的替代实施方式可以通过以下方式实现：弹簧元件1、2和4弯曲地构造，其中，在这种情况下具有节状元件5a…5n的弹簧元件4也布置在弯曲的弹簧元件1、2之间。
结果是，通过本发明实现弹簧结构，该弹簧结构通过悬挂在锚固点上的平行弹簧引起非线性的弹性止挡，所述平行弹簧在其内部具有级联的固定止挡。内部弹簧元件的刚性由于节状元件而大于外部弹簧元件的刚性。由此从内部弹簧元件的第一节状元件被接触的时刻开始以动态的方式改变止挡的刚性。
图3示出用于制造用于惯性传感器的微机械弹簧的实施方式的原理流程图。
在步骤100中，提供第一弹簧元件1和第二弹簧元件2。
在步骤110中，实施第一弹簧元件1和第二弹簧元件2在惯性传感器的锚固元件20上的平行锚固。
在步骤120中，提供第三弹簧元件4，并且实施第三弹簧元件4在两个弹簧元件1、2之间的锚固，其中，在第三弹簧元件4上在两个外侧上布置有确定数量的节状元件5a…5n，所述节状元件构造为随着相对于锚固元件20的距离的增大而相对于弹簧元件1、2增大距离。
总结而言，通过本发明提供一个改进的、用于惯性传感器的微机械弹簧。在此，惯性传感器例如可以构造为加速度传感器。有利地，通过所提出的结构可以实现更大的动态范围，在该动态范围中微机械弹簧作为弹性结构起作用。
尽管参照具体的表现形式描述了本发明，但是本发明不局限于此。因此，本领域技术人员将看出，所提出的微机械弹簧的多个变型方案能够对应于所提出的原理。