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Patent Searching and Data


Title:
MICROMECHANICAL DETECTOR FOR DETECTING ACCELERATIONS THAT OCCUR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/042053
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a micromechanical detector for detecting accelerations that occur. In order to enable low-cost, continuous monitoring of objects in regard to the acceleration thereof in the most energy-efficient manner possible, a micromechanical detector (1) for detecting accelerations that occur comprises a micromechanical main body (2), a micromechanical mass body (3), which is movably supported relative to the main body (2) and which is designed to carry out a first state change from a first position to a second position that is different from the first position relative to main body (2) if a first acceleration of the micromechanical detector is exceeded, wherein at least part of the mass body (3) and part of the main body form a signal unit (4), which is designed to assume a first signal state in the first position and a second signal state different from the first signal state in the second position, wherein the main body (2) comprises engaging means (5), which are designed to prevent the mass body (3) from performing a further state change back to the first position after the first state change.

Inventors:
KLOS HANS-HENNING (DE)
SCHIMMER JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/063030
Publication Date:
April 14, 2011
Filing Date:
October 07, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KLOS HANS-HENNING (DE)
SCHIMMER JUERGEN (DE)
International Classes:
G01P15/03; G01P15/08; G01P15/135
Foreign References:
US6737979B12004-05-18
US6130464A2000-10-10
US6617963B12003-09-09
US6167809B12001-01-02
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Mikromechanischer Detektor (1) zur Detektion auftretender Beschleunigungen umfassend:

- einen mikromechanischen Grundkörper (2),

einen in Bezug auf den Grundkörper (2) beweglich gelagerten mikromechanischen Massekörper (3) , welcher dazu ausgebildet ist, in Bezug auf den Grundkörper (2) bei Überschreitung einer ersten Beschleunigung des mikromechani- sehen Detektors einen ersten Zustandswechsel von einer erste Position in eine zweite Position, welche von der ersten Position unterschiedlich ist, durchzuführen, wobei zumindest ein Teil des Massekörpers (3) und des Grund¬ körpers eine Signaleinheit (4) bilden, welche dazu ausgebil- det ist, in der ersten Position einen ersten Signalzustand und in der zweiten Position einen vom ersten Signalzustand unterschiedlichen zweiten Signalzustand einzunehmen, wobei der Grundkörper (2) Einrastmittel (5) aufweist, welche dazu ausgebildet sind, den Massekörper (3) nach dem ersten Zu- Standswechsel von einem weiteren Zustandswechsel zurück in die erste Position zu hindern.

2. Mikromechanischer Detektor (1) nach Anspruch 1, wobei bei Überschreitung einer gegenüber der ersten Beschleunigung grö- ßeren zweiten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors der Massekörper (3) dazu ausgebildet ist, in Bezug auf den Grundkörper (2) einen zweiten Zustandswechsel in eine dritte Position, welche von der ersten und zweiten Position unterschiedlich ist, durchzuführen,

- die Signaleinheit (4) dazu ausgebildet ist, in der dritten Position einen von dem ersten und dem zweiten Signalzustand unterschiedlichen dritten Signalzustand einzunehmen, und

das Einrastmittel (5) dazu ausgebildet ist, den Massekör- per (3) bei dem zweiten Zustandswechsel in der dritten Po¬ sition zu halten, so dass der erste und zweite Zustand nicht eingenommen werden kann.

3. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massekörper (3) und der Grundkörper (2) einstückig ausgebildet ist. 4. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der mikromechanische Detektor ferner eine mikro¬ mechanische Feder (6) aufweist, welche mit dem einen Ende an dem Grundkörper (2) und mit dem anderen Ende an dem Massekörper (3) befestigt ist, so dass der Massekörper (3) von dem Grundkörper (2) über die Feder (6) führbar ist.

5. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einrastmittel (5) durch eine Rastna¬ se (7) des Grundkörpers (2) und einen entsprechenden Rastna- sengegenspieler (8) des Massekörpers (3) ausgebildet ist.

6. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine kapazitive Struktur auf dem Masse¬ körper (3) und dem Grundkörper (2) die Signaleinheit (4) bil- det, wobei der Massekörper (3) gegenüber dem Grundkörper (2) in der ersten Position eine erste Kapazität, in der zweiten Position eine von der ersten Kapazität unterschiedliche zwei¬ te Kapazität, und sofern vorhanden in der dritten Position eine von der ersten und zweiten Kapazität unterschiedliche dritte Kapazität aufweist.

7. Mikromechanischer Detektor (1) nach Anspruch 6, wobei die kapazitive Struktur durch eine erste Kammstruktur (12) des Massekörpers (3) und eine zweite Kammstruktur (13) des Grund- körpers (2) ausgebildet ist.

8. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mikromechanische Detektor einen Dehnungs¬ messstreifen (14), welcher zwischen dem Massekörper (3) und dem Grundkörper (2) angeordnet ist umfasst, wobei die Signal¬ einheit (4) den Dehnungsmessstreifen (14) umfasst, wobei der Massekörper (3) gegenüber dem Grundkörper (2) in der ersten Position eine erste Form des Dehnungsmessstreifens (14) auf- weist, in der zweiten Position eine von der ersten erste Form unterschiedliche zweite Form des Dehnungsmessstreifens (14) aufweist, und sofern vorhanden in der dritten Position eine von der ersten und zweiten Form unterschiedliche dritte Form des Dehnungsmessstreifens (14) aufweist.

9. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine optische Anzeige (15), welche durch einen Bereich des Massekörpers (3) und des Grundkörpers (2) ausge- bildet ist, die Signaleinheit (4) bildet, wobei der Massekör¬ per (3) derart angeordnet ist, dass in der ersten Position ein erstes optisches Muster und in der der zweiten Position ein von dem ersten Muster unterschiedliches zweites optisches Muster vorliegt, so dass anhand einer Betrachtung des opti- sehen Musters die jeweilige Position des Massekörpers (3) er¬ mittelbar ist.

10. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Detektor ferner eine RFID-Schaltung (16) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Signalzustand zu detektiert.

11. Mikromechanischer Detektor (1) nach Anspruch 10, wobei die RFID-Schaltung (16) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Signalzustand über ihren Schwingkreis auszugeben.

12. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Detektor ferner eine Ausleseschaltung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Signalzustand auszugeben.

13. Mikromechanischer Detektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Detektor ferner ein Lösemittel aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das Einrastmittel (5) zu lösen, so dass der Massekörper (3) die erste Position wieder einnehmen kann.

Description:
Beschreibung

Mikromechanischer Detektor zur Detektion auftretender Beschleunigungen

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Detektor zur Detektion auftretender Beschleunigungen.

Das Überwachen von Objekten bezüglich deren Beschleunigungen ist in vielen Bereichen wünschenswert. Treten beispielsweise an Elektronikgütern unzulässig hohe Beschleunigungen auf, so kann dies zu deren Beschädigung führen. Ein ständiges Überwachen der auftretenden Beschleunigungen bzw. Detektieren der maximal aufgetretenen Beschleunigung ist hierbei wünschens- wert. Die Detektion sollte zudem ohne elektrische Energiezu ¬ fuhr funktionieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünsti ¬ ge, ständige Überwachung von Objekten hinsichtlich ihrer Be- schleunigung möglichst energieeffizient zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrich ¬ tung gemäß Anspruch 1, d.h. durch einen mikromechanischen Detektor zur Detektion auftretender Beschleunigungen umfassend: - einen mikromechanischen Grundkörper,

- einen in Bezug auf den Grundkörper beweglich gelagerten mikromechanischen Massekörper, welcher dazu ausgebildet ist, in Bezug auf den Grundkörper bei Überschreitung einer ersten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors ei- nen ersten Zustandswechsel von einer erste Position in eine zweite Position, welche von der ersten Position unterschiedlich ist, durchzuführen,

wobei zumindest ein Teil des Massekörpers und des Grundkör ¬ pers eine Signaleinheit bilden, welche dazu ausgebildet ist, in der ersten Position einen ersten Signalzustand und in der zweiten Position einen vom ersten Signalzustand unterschiedlichen zweiten Signalzustand einzunehmen, wobei der Grundkörper Einrastmittel aufweist, welche dazu ausgebildet sind, den Massekörper nach dem ersten Zustandswechsel von einem weiteren Zustandswechsel zurück in die erste Position zu hindern.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jewei- ligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Dadurch, dass der mikromechanische Massekörper beweglich gegenüber dem Grundkörper gelagert ist, kann dieser unterschiedliche Positionen einnehmen. Über ein Einrastmittel wird der Massekörper in der jeweiligen Position gehalten. Der mikromechanische Massekörper befindet sich in einem Grundzustand in einer ersten Position. Wird der mikromechanische Detektor einer Beschleunigung ausgesetzt und kommt es zu einer Überschreitung der ersten Beschleunigung, so wird der mikromecha- nische Massekörper von der ersten Position in die zweite Position bewegt. Das Einrastmittel wird somit „überwunden" und der erste Zustandswechsel liegt vor.

Damit dieser Zustandswechsel beschleunigungsabhängig erfolgt und letztendlich gehalten wird, weist der Grundkörper das

Einrastmittel auf. Das Einrastmittel sorgt dafür, dass zwi ¬ schen dem Massekörper und dem Grundkörper eine Gegenkraft einer insbesondere durch die Beschleunigung des mikromechanischen Detektors hervorgerufenen Zustandswechselkraft entge- genwirkt. Erst wenn die Überschreitung der ersten Beschleunigung vorliegt überwiegt die Zustandswechselkraft der Gegen ¬ kraft und es kommt zu dem ersten Zustandswechsel. Durch die Gegenkraft wird somit die benötigte Zustandswechselkraft festgelegt, welche einen Zustandwechsel herbeiführt. Das Ein- rastmittels charakterisiert folglich die erste Beschleunigung und somit den Zeitpunkt, wann eine Überschreitung vorliegt. Zudem kann durch das Einrastmittel sichergestellt werden, dass der Massekörper nach dem ersten Zustandswechsel nicht unerwünscht wieder die erste Position einnimmt. Ein ständiges Überwachen ohne externe Energiezufuhr wird somit durch das

Einrastmittel ermöglicht. Insbesondere über die geometrische Ausgestaltung des Einrastmittels wird die Gegenkraft charak- terisiert, welche erst durch die Überschreitung der ersten Beschleunigung überwunden wird.

Der Massekörper kann folglich in Abhängigkeit davon, ob ein Zustandswechsel eingetreten ist oder nicht, eine unterschied ¬ liche Position aufweisen, nämlich die erste Position oder die zweite Position. Dadurch, dass ein Teil des Massekörpers und ein Teil des Grundkörpers zusammen die Signaleinheit bilden, liegt der Signaleinheit in der ersten Position ein anderer Signalzustand vor als in der zweiten Position. Es kann somit ein erster Signalzustand, sofern der Massekörper in der ersten Position liegt, oder ein zweiter Signalzustand, sofern der Massekörper in der zweiten Position liegt, vorliegen. Durch ein Ermitteln des vorliegenden Signalzustandes der Sig- naleinheit kann somit die vorliegende Position des Massekör ¬ pers ermittelt werden. Folglich kann über den vorliegenden Signalzustand ermittelt werden, ob eine Überschreitung der ersten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors stattgefunden hat oder nicht.

Hierbei wird vorzugsweise der Signalzustand durch ein Be ¬ trachten einer charakterisierenden Größe zwischen dem Grundkörper und dem Massekörper, wie beispielsweise eine Kapazität oder eine optische Ausgestaltung, ermittelt. Es kann bei- spielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung kapazi ¬ tiver Strukturen auf dem Massekörper ein positionsabhängiger unterschiedlicher Kapazitätswert zwischen dem Grundkörper und dem Massekörper erzielt werden. Folglich kann durch eine Messung der Kapazität zwischen dem Grundkörper und dem Massekör- per erkannt werden ob ein Zustandswechsel vorliegt oder nicht .

Der Vorteil hierbei besteht darin, dass die Detektion auftre ¬ tender Beschleunigungen ohne zusätzliche Energiezufuhr andau- ernd erfolgt. Durch das Einrastmittel wird der Zustandswech ¬ sel mechanisch „gesteuert". Welcher Zustand vorliegt, wird letztendlich durch das Ermitteln des vorliegenden Signalzustandes der Signaleinheit detektiert. Eine interne Energie- quelle zur Detektion auftretender Beschleunigungen sowie zur Ermittlung der vorliegenden Position ist nicht erforderlich. Des Weiteren werden durch das Ausnutzen des mikromechanischen Detektors geringe Materialkosten erzielt. Zudem kann durch das Verwenden des mikromechanischen Detektors und die daraus resultierende Baugröße ein extrem platzsparender Detektor zur Detektion auftretender Beschleunigungen angeboten werden. Derartige Beschleunigungsdetektoren können folglich in Geräte eingebaut werden, welche einen begrenzten Platz für ihre Ein- bauelemente aufweisen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist bei Überschreitung einer gegenüber der ersten Beschleunigung größeren zweiten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors der Massekörper dazu ausgebildet, in Bezug auf den Grund ¬ körper einen zweiten Zustandswechsel in eine dritte Posi ¬ tion, welche von der ersten und zweiten Position unterschiedlich ist, durchzuführen,

die Signaleinheit dazu ausgebildet, in der dritten Posi ¬ tion einen von dem ersten und dem zweiten Signalzustand unterschiedlichen dritten Signalzustand einzunehmen, und das Einrastmittel dazu ausgebildet, den Massekörper bei dem zweiten Zustandswechsel in der dritten Position zu halten, so dass der erste und zweite Zustand nicht einge ¬ nommen werden kann.

Auf diese Weise können durch den mikromechanischen Detektor unterschiedliche und somit mehrere Überschreitungen von Be ¬ schleunigungen detektiert werden. Die Beschleunigung, die den ersten Zustandswechsel herbeiführt, ist hierbei niedriger als die Beschleunigung, die den zweiten Zustandswechsel herbei ¬ führt. Liegt für den in der ersten Position liegenden Massekörper nun eine Überschreitung der ersten Beschleunigung vor, so führt dies zu dem ersten Zustandswechsel. Mittels der Sig- naleinheit kann die Position des Massekörpers ermittelt wer ¬ den. Es wird erkannt, dass der Massekörper in der zweiten Position liegt und folglich eine Überschreitung der ersten Beschleunigung stattgefunden hat. Liegt dagegen eine Über- schreitung der zweiten Beschleunigung vor, so nimmt der Massekörper eine dritte Position ein. Die Signaleinheit würde ermitteln, dass der Massekörper die dritte Position eingenommen hat und es folglich zu einer Überschreitung der zweiten Beschleunigung kam. Ferner ist es denkbar, dass deren Massekörper weitere beschleunigungsabhängige Positionen einnehmen kann und der mikromechanische Detektor auf diese Weise mehre ¬ re unterschiedliche Überschreitungen von Beschleunigungen de- tektieren kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Massekörper und der Grundkörper einstückig ausgebildet . Hierdurch wird eine vereinfachte Herstellung des mikromecha ¬ nischen Detektors ermöglicht. Mikromechanische Strukturen lassen sich in hohen Stückzahlen sehr kostengünstig fertigen und ermöglichen trotz ihrer Baugröße sowohl die Realisierung der Sensorik als auch strukturelle Gestaltungsmöglichkeiten, insbesondere für nichtreversible Einrastmechanismen, welche elektrisch oder optisch ausgelesen werden können. Der Vorteil eines derartigen mikromechanischen Detektors ist, dass dieser nahezu keine elektrische Energie benötigt, da die Detektion der Beschleunigung und das Einrasten bzw. Speichern des Zu- Standes rein mechanisch erfolgt. Auf diese Weise wird ein vorteilhafter langer wartungsfreier Betrieb ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der mikromechanische Detektor ferner eine mikromechani- sehe Feder auf, welche mit dem einen Ende an dem Grundkörper und mit dem anderen Ende an dem Massekörper befestigt ist, so dass der Massekörper von dem Grundkörper über die Feder führbar ist. Durch die Federkraft der Feder kann die durch die Beschleunigung hervorgerufene Zustandswechselkraft gedämpft werden. Es kann somit ein Überschreiten einer unerwünschten Beschleunigung detektiert werden, welche alleine durch die Energie der unerwünschten Beschleunigung ein Überwinden des Einrastmittels herbeiführen würde. Dank der unterstützenden Feder kann folglich eine größere unerwünschte Beschleunigung detektiert werden .

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Einrastmittel durch eine Rastnase des Grundkörpers und einen entsprechenden Rastnasengegenspieler des Massekörpers ausgebildet.

Auf diese Weise kann nach einem Zustandswechsel sicherge ¬ stellt werden, dass der erste Zustand nicht mehr eingenommen wird. Ferner kann vorzugsweise durch die Positionierung der Signaleinheit an die Stelle des Einrastmittels die jeweilige Position des Massekörpers ermittelt werden. Der Massekörper weist in einer ersten Position einen anderen Rastnasengegenspieler gegenüber der Rastnase des Grundkörpers auf, als in einer zweiten Position. Vergleicht nun die Signaleinheit je ¬ weils einen Zustand zwischen der Rastnase und dem Rastnasen- gegenspieler, so kann bei einer unterschiedlichen Ausgestaltung jeweils eines Teils der Signaleinheit des Rastnasenge ¬ genspielers ein unterschiedliches Signal hinsichtlich der un ¬ terschiedlichen Positionen des Massekörpers gegenüber dem Grundkörper über die Signaleinheit ermittelt werden. Weist beispielsweise der Rastnasengegenspieler jeweils unterschied ¬ liche kapazitive Strukturen auf, so werden bei einer Messung der Kapazität zwischen der Rastnase und dem Rastnasengegenspieler unterschiedliche Kapazitäten gemessen und es kann somit ein Rückschluss auf die jeweilige Position des Massekör- pers gezogen werden. Anhand der vorliegenden Positionsdaten des Massekörpers kann wiederum ein Rückschluss auf die über ¬ schrittene Beschleunigung erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet eine kapazitive Struktur auf dem Massekörper und dem Grundkörper die Signaleinheit, wobei der Massekörper gegenüber dem Grundkörper in der ersten Position eine erste Kapazität, in der zweiten Position eine von der ersten Kapazität unterschiedliche zweite Kapazität, und sofern vorhanden in der dritten Position eine von der ersten und zweiten Kapazität unterschiedliche dritte Kapazität aufweist. Durch eine Messung der Kapazität zwischen dem Massekörper und dem Grundkörper kann die vorliegende Position des Massekörpers gegenüber dem Grundkörper ermittelt werden. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine Messung der Kapazität zwischen der Rastnase und dem Rastnasegegenspieler. Da jeweils an der Stelle des Rastnasengegenspielers der Teil der Signaleinheit des Massekörpers durch eine unterschiedliche kapazitive

Struktur ausgebildet ist, kann durch die Messung der Kapazität zwischen der Rastnase und dem Rastnasengegenspielers die vorliegende Position des Massekörpers ermittelt werden. Die Überschreitung der Beschleunigung des Massekörpers kann hierdurch bestimmt werden.

Erfolgt zudem eine Signalausgabe des Signalzustandes des mik ¬ romechanischen Detektors beispielsweise mittels eines Trans- ponders, so kann anhand der unterschiedlichen Kapazität zwischen dem Grundkörper und dem Massekörper ein Schwingkreis einer Antenne des Transponders derart beeinflusst werden, dass eine Ermittlung der jeweiligen Position und somit eine gegebenenfalls vorliegenden Überschreitung einer Beschleuni- gung über den Schwingkreis ermittelt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die kapazitive Struktur durch eine erste Kammstruktur des Massekörpers und eine zweite Kammstruktur des Grundkörpers ausgebildet.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Massekörper derart ange ¬ ordnet ist, dass die erste Kammstruktur in der ersten Positi ¬ on in die zweite Kammstruktur ragt und in der zweiten Positi- on weniger in die zweite Kammstruktur ragt. Auf diese Weise kann auf kleinstem Raum ein großer Kapazitätsunterschied zwischen der ersten Kammstruktur und der zweiten Kammstruktur hinsichtlich der ersten und zweiten Position der ersten Kamm- struktur erzielt werden. Eine Ermittlung der Position des Massekörpers durch eine Messung des Kapazitätsunterschieds kann mit den Kammstrukturen verbessert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der mikromechanische Detektor einen Dehnungsmess ¬ streifen, welcher zwischen dem Massekörper und dem Grundkörper angeordnet ist, wobei die Signaleinheit den Dehnungsmess ¬ streifen umfasst, wobei der Massekörper gegenüber dem Grund- körper in der ersten Position eine erste Form des Dehnungsmessstreifens aufweist, in der zweiten Position eine von der ersten erste Form unterschiedliche zweite Form des Dehnungs ¬ messstreifens aufweist, und sofern vorhanden in der dritten Position eine von der ersten und zweiten Form unterschiedli- che dritte Form des Dehnungsmessstreifens aufweist.

Der Dehnungsmessstreifen weist somit in Abhängigkeit der Position des Massekörpers gegenüber dem Grundkörper und somit in Abhängigkeit seiner Form einen unterschiedlichen ohmschen Widerstand auf. Anhand einer Messung des ohmschen Widerstands des Dehnungsmessstreifens kann letztendlich die jeweilige Po ¬ sition des Massekörpers ermittelt werden. Der Dehnungsmess ¬ streifen befindet sich hierbei vorzugsweise teilweise in dem Massekörper und dem Grundkörper.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet eine optische Anzeige, welche durch einen Bereich des Massekörpers und des Grundkörpers ausgebildet ist, die Sig ¬ naleinheit, wobei der Massekörper derart angeordnet ist, dass in der ersten Position ein erstes optisches Muster und in der zweiten Position ein von dem ersten Muster unterschiedliches zweites optisches Muster vorliegt, so dass anhand einer Be ¬ trachtung des optischen Musters die jeweilige Position des Massekörpers ermittelbar ist.

Im nicht eingerasteten Zustand des Massekörpers ergibt sich somit ein anderes optisches Muster als wenn der Massekörper durch eine aufgetretene Überschreitung einer Beschleunigung eingerastet ist. Ein derartiges Muster kann beispielsweise durch eine im ersten Zustand ineinandergreifende Signalein ¬ heit gebildet werden. Liegt ein zweiter Zustand vor, so wird durch die räumliche Positionsänderung des Massekörpers gegen- über dem Grundkörper ein zweites optisches Muster hervorgeru ¬ fen, welches eine Zustandsänderung signalisiert. Dieses Mus ¬ ter kann beispielsweise mit einer LED als optische Anregung und mittels einer Photodiode als Empfänger von einer externen Einrichtung optisch ausgelesen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der mikromechanische Detektor ferner eine RFID-Schal ¬ tung, welche dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Signalzu ¬ stand zu detektieren.

Durch eine derartige RFID-Schaltung kann ein berührungsloses Auslesen des jeweiligen Zustandes ermöglicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die RFID- Schaltung dazu ausgebildet, den jeweiligen Signalzustand über ihren Schwingkreis auzugeben.

Wird eine Zustandsänderung durch eine Kapazitätsänderung de- tektiert, so kann durch eine Koppelung des Schwingkreises mit der Signaleinheit und somit der jeweils vorliegenden Kapazi ¬ tät die vorliegende Position des Massekörpers ausgegeben wer ¬ den. Anhand der vorliegenden Position kann letztendlich erkannt werden ob eine Überschreitung der Beschleunigung des mikromechanischen Detektors stattgefunden hat.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der mikromechanische Detektor ferner eine Auslese ¬ schaltung, welche dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Sig ¬ nalzustand auszugeben.

Mit Hilfe dieser Ausleseschaltung kann erkannt werden, ob eine Überschreitung der Beschleunigung des mikromechanischen Detektors stattgefunden hat. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der mikromechanische Detektor ein Lösemittel auf, wel ¬ ches dazu ausgebildet ist, das Einrastmittel zu lösen, so dass der Massekörper die erste Position wieder einnehmen kann .

Mit Hilfe des Lösemittels kann der Massekörper die erste Po ¬ sition wieder einnehmen und ein erneutes Detektieren des mikromechanischen Detektors hinsichtlich auftretender Beschleu- nigungen kann erfolgen. Auf diese Weise kann der mikromechanische Detektor wieder verwendet werden.

Der beschleunigungsabhängige erste und sofern vorhanden zwei ¬ te Zustandswechsel des mikromechanischen Detektors kann neben der Materialwahl insbesondere anhand des Gewichts des Masse ¬ körpers, der Dimensionierung des Einrastmittels und/oder so ¬ fern vorhanden der Federkonstante der Feder eingestellt werden. Insbesondere mit diesen Größen kann bei dem mikromecha ¬ nischen Detektor eingestellt werden, bei welcher Beschleuni- gung eine Zustandsänderung herbeigeführt werden soll.

Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1 einen schematischen Aufbau eines ersten mikromechanischen Detekt

FIG 2 einen schematischen Aufbau eines zweiten mikrome- chanischen Detekt

FIG 3 einen schematischen Aufbau eines dritten mikromechanischen Detektors,

FIG 4 einen schematischen Aufbau eines vierten mikromechanischen Detektors. FIG 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines ersten mikrome ¬ chanischen Detektors 1. Dieser mikromechanische Detektor 1 kann beispielsweise aus Silizium oder Kunststoff gefertigt sein. Der mikromechanische Detektor 1 weist hierbei einen mikromechanischen Massekörper 3 und einen mikromechanischen Grundkörper 2 auf. Der mikromechanische Massekörper 3 ist innerhalb des mikromechanischen Grundkörpers 2 beweglich gela ¬ gert. Der Massekörper 3 ist an seinem spitz zulaufenden Ende mit dem Grundkörper 2 fest verbunden. Über ein Einrastmittel 5 wird der Massekörper 3 gegenüber dem Grundkörper 2 in einer vorbestimmten Position gehalten. Das Einrastmittel 5 besteht hierbei aus einer Rastnase 7 des Grundkörpers 2 und einem Rastnasengegenspieler 8 des Massekörpers 3. Der Rastnasenge ¬ genspieler 8 wird durch eine Mulde ausgebildet. Hierbei ist ersichtlich, dass der Massekörper 3 fünf Rastnasengegenspieler 8 und somit fünf unterschiedliche Positionen einnehmen kann. Die Rastnase 7 befindet sich in der FIG 1 in der ersten Position des Massekörpers 3 und ist einer ersten kapazitiven Struktur 9 des ersten Rastnasengegenspielers 8 gegenüber an- geordnet. Das Einrastmittel 5 ist derart ausgebildet, dass der Massekörper 3 eine Positionsänderung in eine Richtung, nämlich der Bewegungsrichtung 18 des Massekörpers durchführen kann. Liegt eine Überschreitung einer ersten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 vor, so bewegt sich der Massekörper 3 durch die auftretenden Beschleunigungskräfte in die Richtung der Bewegungsrichtung 18. Die Rastnase 7 rutscht somit in den nächsten Rastnasengegenspieler 8. Kommt es nun erneut zu einer Überschreitung einer zweiten Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 so bewegt sich der Masse- körper erneut in Richtung der Bewegungsrichtung 18 und die Rastnase 7 rutscht in den nächsten Rastnasengegenspieler 8. Der Massekörper 3 kann somit unterschiedliche Positionen einnehmen, welche in Abhängigkeit vorliegende Überschreitungen von Beschleunigungen des mikromechanischen Detektors 1 her- vorgerufen werden. Anhand der jeweiligen Position des Massekörpers 3 kann somit detektiert werden, welche Überschreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 vorlag. Hierbei ist das Einrastmittel 5 derart dimensioniert, dass in Abhängigkeit der jeweiligen Beschleunigung ein spezifischer Zustandswechsel erfolgt. Bei einem ersten Zustands- wechsel "springt" die Rastnase 7 in den nächsten Rastnasenge ¬ genspieler 8. Bei einem erneuten zweiten Zustandswechsel "springt" diese wiederum in den nächsten links gelegenen

Rastnasengegenspieler 8. Es können somit vier Zustandswechsel durch den abgebildeten mikromechanischen Detektor 1 ermöglicht werden. Durch einen Zustandswechsel wird eine Über ¬ schreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detek- tors 1 detektiert. Hierbei sind die einzelnen Rastnasengegen ¬ spieler derart ausgebildet, dass der erste Zustandswechsel bei einer geringeren Überschreitung einer Beschleunigung stattfindet, als der zweite Zustandswechsel. Der dritte Zu ¬ standswechsel ist derart ausgebildet, dass die erforderliche Überschreitung der Beschleunigung größer ist als bei dem zweiten Zustandswechsel. Der vierte Zustandswechsel ist wie ¬ derum derart ausgebildet, dass er eine größere Beschleunigung des mikromechanischen Detektors erfordert als der dritte Zu ¬ standswechsel. Somit können vier unterschiedliche Überschrei- tungen von Beschleunigungen detektiert werden. Durch die Dimensionierung des Rastnasengegenspielers 8 sowie durch das Gewicht des Massekörpers 3 und der Dimensionierung der Rast ¬ nase 7 kann die benötigte Beschleunigung vorgegeben werden, ab welcher eine Überschreitung vorliegt und es zu einen Zu- Standswechsel kommt.

Damit ein jeweiliger vorliegender Zustand ausgelesen werden kann, weist der mikromechanische Detektor 1 eine Signaleinheit 4 auf. Diese Signaleinheit 4 ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit der vorliegenden Position des Massekörpers 3 ein unterschiedlicher Signalzustand vorliegt. Die je ¬ weiligen Rastnasengegenspieler 8 bilden die Einrastpunkte für die Rastnase 7. Der bewegliche Massekörper 3 ist in die Bewe ¬ gungsrichtung 18 beweglich. In die entgegengesetzte Richtung ist jedoch durch die Ausgestaltung der Rastnase 7 und des jeweiligen Rastnasengegenspielers 8 keine Bewegung möglicht. Auf dem Massekörper 3 befinden sich kapazitive Strukturen (z.B. Leiterbahnen) . Ferner weist der Massekörper 3 eine RFID-Schaltung 16 auf. Diese RFID-Schaltung 16 ist über eine Leiterbahn mit den jeweiligen Rastnasengegenspielern 8 verbunden, wobei die jeweiligen Rastnasengegenspieler 8 eine unterschiedliche kapazitive Struktur aufweisen. Ferner ist die RFID-Schaltung 16 mit der Rastnase 7 des Grundkörpers 2 ver ¬ bunden. Durch eine Analyse der Kapazität zwischen der Rastna ¬ se 7 und dem Rastnasengegenspieler 8 kann durch die unterschiedlichen kapazitiven Strukturen des Rastnasengegenspielers 8 und somit unterschiedlichen Kapazitäten zwischen der Rastnase 7 und den jeweiligen Rastnasengegenspieler 8 nun die vorliegende Position des Massekörpers 3 ermittelt werden. Die erste kapazitive Struktur 9 ist somit anders dimensio ¬ niert, als eine zweite kapazitive Struktur 10. Eine dritte kapazitive Struktur 11 ist wiederum anders dimensioniert, als die erste und zweite kapazitive Struktur 9,10, usw. Die Sig ¬ naleinheit 4 wird somit durch die kapazitive Struktur auf der Rastnase 7 sowie auf den jeweiligen Rastnasengegenspielern 8 ausgebildet. Die RFID-Schaltung 16 kann durch eine Analyse der vorliegenden Kapazität zwischen der Rastnase 7 und den jeweiligen Rastnasengegenspielern 8 die vorliegende Position des Massekörpers 3 ermitteln. Da die Position des Massekörpers 3 in Abhängigkeit auftretender Überschreitungen einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 steht, kann mithilfe der Signaleinheit 4 ermittelt werden, ob eine Über- schreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 stattgefunden hat, und wenn ja, welche Überschreitung stattgefunden hat. Durch den Einsatz der RFID-Technologie kann ein einfaches Auslesen des jeweiligen Zustandes des mikromechanischen Detektors 1 bzw. der jeweiligen Position des Massekörpers 3 erfolgen. Die RFID-Schaltung 16, welche direkt in die mikromechanische Struktur integriert ist, wertet die Kapazität zwischen der Rastnase 7 und den Rastnasengegenspie ¬ lern 8 über die Leiterbahn 17 beispielsweise über einen

Schwingkreis aus, so dass anhand des vorliegenden Schwing- kreises eine Überschreitung des mikromechanischen Detektors 1 detektierbar ist. Die RFID-Schaltung 16 kann ebenso extern angeschlossen werden. Ferner ist es denkbar, dass anstelle der RFID-Schaltung 16 die Zustandsbestimmung mittels eines direkten Anschlusses der Signaleinheit 4 an eine Auslese ¬ schaltung mit Anzeigemöglichkeit erfolgt.

Der Vorteil eines derartigen mikromechanischen Detektors 1 besteht darin, dass sich mikromechanische Strukturen in hohen Stückzahlen kostengünstig fertigen lassen und sowohl die Realisierung der Sensorik für Grenzbeschleunigungen (bis in den 1.00 Og-Bereich) als auch strukturelle Gestaltungsmöglichkei ¬ ten, insbesondere für nicht reversible Einrastmechanismen, welche in diesem Fall elektrisch aber auch optisch ausgelesen werden können gegeben sind. Für die Detektion wird keine elektrische Energie benötigt, da die Detektion der Beschleu ¬ nigung und das Einrasten bzw. Speichern des Zustands rein mechanisch erfolgt. Da somit für den Betrieb keine zusätzliche Energiezufuhr notwendig ist, ist ein langer wartungsfreier Betrieb möglich.

FIG 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines zweiten mikrome ¬ chanischen Detektors 1. Dieser mikromechanische Detektor 1 weist im groben denselben Aufbau auf wie der erste mikrome ¬ chanische Detektor aus FIG 1. Der zweite mikromechanische De ¬ tektor 1 weist einen Grundkörper 2 sowie einen Massekörper 3 auf. Dieser Massekörper 3 ist in die Bewegungsrichtung 18 durch eine Überschreitung einer Beschleunigung des mikrome- chanischen Detektors 1 bewegbar. Das Einrastmittel 5 ist hierbei durch eine Rastnase 7 und einen Rastnasengegenspieler 8 ausgebildet. Der Massekörper 3 weist hierbei fünf Rastna ¬ sengegenspieler 8 auf, folglich sind vier Zustandswechsel des Massekörpers 3 möglich. Jeder Zustandswechsel definiert eine Überschreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1. Mit zunehmendem Zustandswechsel wurde der mikrome ¬ chanische Detektor 1 einer größeren Beschleunigung ausgesetzt. Es lässt sich folglich anhand der Position der Rastna ¬ se 7 gegenüber dem Rastnasengegenspieler 8 die maximale Über- schreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 detektieren. In FIG 1 erfolgt die Detektion über eine Signaleinheit, welche zwischen der Rastnase 7 und dem Rastna ¬ sengegenspieler 8 angeordnet ist. In FIG 2 erfolgt dies hin- gegen über einen Dehnungsmessstreifen 14. Die Signaleinheit 4 wird somit durch einen Dehnungsmessstreifen 14 gebildet. Dieser Dehnungsmessstreifen 14 ist am spitz zulaufenden Ende des Massekörpers 3 angeordnet, welcher den Übergang zu dem Grund- körper 2 definiert. Der Dehnungsmessstreifen 14 sitzt somit zum Teil in dem Grundkörper 2 als auch in dem beweglich gelagerten Massekörper 3. Kommt es nun zu einer Zustandsänderung des beweglich gelagerten Massekörpers 3, so kommt es zu einer Veränderung der Form des Dehnungsmessstreifens 14. Je mehr Zustandsänderungen des Massekörpers 3 vorliegen, desto intensiver wird der Dehnungsmessstreifen 14 verformt bzw. gebogen. Der Dehnungsmessstreifen 14, welcher direkt in die mikromechanische Struktur integriert ist, reagiert piezoresistiv hinsichtlich seiner Form. Es ist ebenso denkbar den piezo- elektrischen Effekt eines Dehnungsmessstreifens auszunutzen. Je nach Auslenkung bzw. Position der Rastnase 7 gegenüber den Rastnasengegenspieler 8 ergibt sich für den Dehnungsmessstreifen 14 eine andere Differenz im Widerstand des Dehnungs ¬ messstreifens 14. Über Leiterbahnen 17 kann z.B. eine RFID- Schaltung 16 diese Differenz kontaktlos auslesbar bereitstel ¬ len. Da die Position des Massekörpers 3 in Abhängigkeit von Überschreitungen einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 vorliegt und ebenso der Dehnungsmessstreifen 14 in Abhängigkeit der Position des Massekörpers 3 ein unter- schiedliches Signal vorliegt bzw. ausgibt, kann über den Deh ¬ nungsmessstreifen 14 die maximale Überschreibung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 detektiert werden . FIG 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines dritten mikrome ¬ chanischen Detektors 1. Der dritte mikromechanische Detektor 1 weist hierbei einen Grundkörper 2 sowie einen beweglich gelagerten Massekörper 3 auf. Der Massekörper 3 ist hierbei über eine Feder 6 mit dem Grundkörper 2 verbunden. Der Masse- körper 3 ist bei einer Überschreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 in Richtung der Bewegungsrichtung 18 bewegbar. Die Feder 6 übt ebenso eine Kraft in Richtung der Bewegungsrichtung 18 auf dem Massekörper 3 aus. Ein Einrastmittel 5 hält in einem Anfangszustand den Masse ¬ körper 3 in seiner abgebildeten Position. Das Einrastmittel 5 ist hierbei durch eine Rastnase 7 des Grundkörpers und einen Rastnasengegenspieler 8 des Massekörpers 3 ausgebildet. Kommt es nun zu einer Überschreitung einer Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1, so wird der Massekörper 3 in die Bewegungsrichtung 18 über das Einrastmittel 5 bewegt. Das Einrastmittel 5 hält nun den beweglichen Massekörper 3 in einer zweiten Position, so dass er die erste Position nicht mehr einnehmen kann. Die erste Position stellt hierbei die abgebildete Position dar. Liegt hingegen keine Überschreitung der Beschleunigung des mikromechanischen Detektors 1 vor, so verhindert das Einrastmittel 5 eine Positionsänderung des Massekörpers 3. Durch eine Überschreitung einer Beschleuni- gung des mikromechanischen Detektors 1 kann somit ein Zu- standswechsel von einer ersten Position in eine zweite Posi ¬ tion des Massekörpers 3 herbeigeführt werden. Eine Signalein ¬ heit 4 ist hierbei derart ausgebildet, dass in der ersten Po ¬ sition ein anderer Signalzustand vorliegt wie in der zweiten Position des Massekörpers 3. Die Signaleinheit 4 ist durch eine erste Kammstruktur 12 des Massekörpers 3 und eine zweite Kammstruktur 13 des Grundkörpers 2 ausgebildet. Durch eine Messung einer Kapazität zwischen der ersten Kammstruktur 12 und der zweiten Kammstruktur 13 kann somit die jeweilige Po- sition des Massekörpers 3 detektiert werden. Befindet sich der Massekörper 3 in der zweiten Position, so greift die erste Kammstruktur 12 nicht in die zweite Kammstruktur 13 ein. Es liegt folglich im Vergleich zu dem abgebildeten Zustand (Anfangszustand) eine andere Kapazität zwischen der ersten Kammstruktur 12 und der zweiten Kammstruktur 13 vor. Diese

Kapazitätsmessung kann mittels einer RFID-Schaltung 16, welche über eine Leiterbahn 17 mit der ersten Kammstruktur 12 verbunden ist, gemessen werden. Der Rastnasengegenspieler 8 ist hierbei derart ausgebildet, dass er wieder ein Herbeifüh- ren des Anfangszustands ermöglicht. Hierbei muss der Rastna ¬ sengegenspieler 8 wieder über die Rastnase 7 gedrückt werden, so dass die erste Kammstruktur 12 wieder in die zweite Kammstruktur 13 ragt. Über das Gewicht des Massekörpers 3 sowie der Feder bzw. der Federkonstante der Feder 18 und der Ausbildung des Einrastmittels 5 kann die Beschleunigung defi ¬ niert werden, bei welcher bei einer Überschreitung dieser Beschleunigung ein Zustandswechsel des Massekörpers 3 herbeige- führt wird. Durch den Einsatz der Feder 18 können Beschleunigungen detektiert werden, deren alleinige Beschleunigungs ¬ kraft nicht zu einem Überschreiten des Einrastmittels 5 füh ¬ ren würde . FIG 4 zeigt einen schematischen Aufbau eines vierten mikrome ¬ chanischen Detektors 1. Dieser mikromechanische Detektor 1 weist nahezu denselben Aufbau wie der mikromechanische Detek ¬ tor 1 aus FIG 3 auf. Lediglich die Signaleinheit 4 ist hier ¬ bei anders ausgebildet. Es erfolgt anstelle einer Übermitt- lung mittels einer RFID-Schaltung eine Zustandsangabe mittels einer optischen Anzeige 15. Das Auslesen des jeweiligen Zu- standes des Massekörpers 3 findet hierbei optisch statt. Im nicht eingerasteten Zustand des Einrastmittels, d.h. in der ersten Position des Massekörpers 3 (abgebildete Darstellung) ergibt sich bei der Signaleinheit 4 ein anderes Muster als wenn ein Zustandswechsel eingetreten ist und der Massekörper 3 die zweite Position eingenommen hat. Das Muster wird bei ¬ spielsweise durch von außen sichtbar aufgebrachten Bahnen (z.B. Leiterbahnen) auf den überlappenden Teilen des Masse- körpers 3 und des Grundkörpers 2 gebildet. Liegt eine Zu- standsänderung vor, so erfolgte eine räumliche Änderung des überlappenden Teils des Massekörpers 3 gegenüber den Grund ¬ körpers 2. An der Stelle der Signaleinheit 4 und somit an der optischen Anzeige 15 liegt nun ein anderes optisches Muster vor. Durch das unterschiedliche Muster zwischen den jeweili ¬ gen Positionen des Massekörpers 2 ergibt sich somit ein ande ¬ res Reflektionsmuster bzw. Interferrenzmuster . Die optische Anzeige 15 kann beispielsweise mit einer LED als optische An ¬ regung und mittels einer Photodiode als Empfänger von einer externen Einrichtung optisch ausgelesen werden.