Bedienelement und Fahrzeug mit Bedienelement

Es werden ein Bedienelement und ein Fahrzeug mit einem Bedienelement angegeben.

Um einem Fahrzeugführer eine Rückmeldung in bestimmten Fahrsituationen zu geben, gibt es Fahrzeuge wie beispielsweise Kraftwagen, deren Lenkrad mit einer Vibrationsvorrichtung zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks ausgestattet ist. Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise mit einem Spurhalteassistenten gekoppelt und so eingerichtet sein, dass das Lenkrad bei einem Verlassen der Fahrspur durch das Fahrzeug beispielsweise mittels eines Klicks oder einer Vibration eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer geben kann, so dass dieser entsprechend darauf reagieren kann.

Für die Erzeugung eines solchen haptischen Feedbacks werden bisher sogenannte Linearresonator- oder Unwuchtmotor- Lösungen, auch als „Linear Resonant Actuator" (LRA) beziehungsweise „Eccentric Rotating Mass" (ERM) bezeichnet, eingesetzt, die ausschließlich eine vordefinierte Vibration erzeugen können.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Bedienelement anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Fahrzeug mit einem Bedienelement anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Bedienelement mindestens ein piezoelektrisches Bauelement auf. Das Bedienelement kann insbesondere ein von einem Benutzer bedientes Element sein, mittels dem ein haptisches Feedback und/oder eine Eingabefunktionalität ermöglicht werden kann. Das Bedienelement kann auch als sogenannte Mensch-Maschine- Schnittstelle (HMI: „Human-Machine Interface") bezeichnet werden.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Fahrzeug ein Bedienelement mit einem piezoelektrischen Bauelement auf.

Die vorab und nachfolgend beschriebenen Merkmale und

Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Bedienelement und das Fahrzeug.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement zumindest einen rohrförmigen Abschnitt mit einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum auf. Im Hohlraum ist das piezoelektrische Bauelement angeordnet. Das piezoelektrische Bauelement kann insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet sein, an zumindest einem Teilbereich des Bedienelements ein haptisches Signal zu erzeugen. Das kann insbesondere bedeuten, dass durch eine geeignete elektrische Ansteuerung des piezoelektrischen Bauelements ein haptisches Signal für einen Benutzer des Bedienelements, der dieses beispielsweise mit einer Hand berührt oder zumindest teilweise umschließt, erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das piezoelektrische Bauelement dazu vorgesehen und eingerichtet sein, eine Druckeinwirkung auf zumindest einen Teil des piezoelektrischen Bauelements zu detektieren. Das kann insbesondere bedeuten, dass eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement, die beispielsweise durch den Benutzer des Bedienelements ausgeübt wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann.

Das Bedienelement kann beispielsweise ein Bedienelement für ein Fahrzeug sein. Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Bedienelement um ein Lenkelement für ein Fahrzeug, insbesondere um ein Lenkelement eines Fahrzeugs, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Bedienelement um ein Bremselement, beispielsweise einen Bremshebel, und/oder ein Gangwählelement, beispielsweise einen Ganghebel oder einen Gangschaltungshebel, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Bedienelement um ein Eingabegerät handeln, beispielsweise um ein stiftartiges Eingabegerät, das weiterhin beispielsweise in Zusammenhang mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in einem Fahrzeug, genutzt werden kann.

Das piezoelektrische Bauelement kann an eine Ansteuervorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Ansteuersignals zum Betrieb des piezoelektrischen Bauelements und/oder zur Detektion eines vom piezoelektrischen Bauelement erzeugten elektrischen Signals angeschlossen sein. Die Ansteuervorrichtung, beispielsweise in Form eines Steuergeräts des Fahrzeugs oder zumindest eines Teils davon im Fall eines Bedienelements für ein Fahrzeug, kann ganz oder teilweise im Bedienelement integriert sein. Weiterhin kann die Ansteuervorrichtung auch ganz oder teilweise außerhalb des Bedienelements angeordnet sein und beispielsweise über elektrische Leitungen mit dem piezoelektrischen Bauelement verbunden sein, die in das Bedienelement hineinreichen und in diesem verlaufen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bedienelement als Lenkelement für ein Fahrzeug ausgebildet und weist eine Lenkerstange auf oder ist eine Lenkerstange, die den rohrförmigen Abschnitt aufweist. Das Fahrzeug kann in diesem Fall bevorzugt ein konventionell oder elektrisch betriebenes Kraftrad wie beispielsweise ein Motorrad, ein sogenanntes Trike oder ein sogenanntes Quad sein. Weiterhin kann das Fahrzeug ein Fahrrad, beispielsweise ein sogenanntes E-Bike oder auch ein konventionelles Fahrrad, sein. Die Lenkerstange, die auch als Lenkerbügel bezeichnet werden kann, kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als Rohr ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann die Lenkerstange gerade, leicht gebogen oder mit gebogenen oder geknickten Abschnitten ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt kann es sich beim rohrförmigen Abschnitt um einen Griffbereich des Bedienelements handeln, also um den Bereich, der bei normalem Gebrauch von einer Hand des Benutzers umschlossen oder zumindest berührt wird. Bei einem als Lenkstange ausgebildeten Bedienelement kann es sich beim Griffbereich somit um den Bereich handeln, der bei normalem Gebrauch von einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt wird. Im Fall eines Kraftradlenkers kann der Griffbereich auch drehbar sein. Insbesondere kann die Lenkerstange zwei Griffbereiche aufweisen. Entsprechend kann die Lenkerstange auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche vorhanden sein.

Alternativ dazu kann das Bedienelement als Lenkelement für ein Fahrzeug ausgebildet sein und ein Lenkrad aufweisen oder sein, das den rohrförmigen Abschnitt aufweist. Das Fahrzeug kann in diesem Fall bevorzugt ein konventionell betriebener und/oder elektrisch betriebener Kraftwagen wie beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug mit einem Lenkrad sein. Das Lenkrad kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als gebogenes Rohr ausgebildet sein. Insbesondere kann das Lenkrad im Wesentlichen kreisförmig oder an eine Kreisform zumindest angenähert sein. Wie schon für das Bedienelement allgemein und für die Lenkerstange beschrieben kann das Lenkrad einen und bevorzugt zumindest zwei Griffbereiche aufweisen, die bei normalem Gebrauch von jeweils einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt werden. Entsprechend kann das Lenkrad auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche vorhanden sein. Im Folgenden wird auf einen rohrförmigen Abschnitt des Bedienelements mit einem Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement Bezug genommen. Das Bedienelement kann wie vorab beispielhaft für ein als Lenkelement ausgebildetes Bedienelement beschrieben auch mehr als einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement aufweisen, wobei jeder der rohrförmigen Abschnitte mit dem jeweiligen zumindest einen piezoelektrischen Bauelement eines oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale aufweisen kann. Die rohrförmigen Abschnitte mit dem jeweiligen zumindest einen piezoelektrischen Bauelement können gleich oder verschieden ausgebildet sein und somit gleiche oder auch unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen.

Das piezoelektrische Bauelement weist besonders bevorzugt einen piezoelektrischen Aktuator auf, der auf einem piezoelektrischen Material, insbesondere einem piezoelektrischen Keramikmaterial oder einem piezoelektrischen Polymermaterial, basiert. Der piezoelektrische Aktuator kann beispielsweise in Vielschichtbauweise mit einer Mehrzahl von entlang einer Stapelrichtung aufeinander angeordneten piezoelektrischen Schichten und Innenelektroden aufgebaut sein. Weiterhin kann der piezoelektrische Aktuator eine Längsrichtung aufweisen, die der Richtung mit der größten Ausdehnung entsprechen kann. Die Längsrichtung kann insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung sein.

Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Signals kann der piezoelektrische Aktuator eine Änderung einer Ausdehnung in zumindest einer Richtung vollziehen, wobei diese Änderung Teil des haptischen Signals sein kann, die direkt oder indirekt über weitere Komponenten des piezoelektrischen Bauelements und/oder des Bedienelements an einen Benutzer weitergegeben werden kann. Bei Anlegen einer Wechselspannung kann eine periodische Änderung und somit eine Vibration erzeugt werden. Insbesondere kann die Änderung der Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators zumindest durch den d31- Effekt hervorgerufen werden und zumindest einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators entlang der Längsrichtung entsprechen.

Die Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators zur Erzeugung eines haptischen Signals bietet wesentliche Vorteile. Ein piezoelektrischer Aktuator weist eine kurze Ansprech- und Abklingzeit auf. Dementsprechend können der Zeitpunkt und der Zeitraum, in dem das haptische Signal erzeugt wird, sehr genau definiert und eingestellt werden. Ferner kann durch eine Variation des am piezoelektrischen Aktuator angelegten Ansteuersignals, beispielsweise in Bezug auf die Frequenz, die elektrische Spannung, die Pulsfolge und die Signalart, bestimmt werden, mit welcher Amplitude, welcher Frequenz und welcher Zeitdauer das piezoelektrische Bauelement angesteuert wird. Durch unterschiedliche Ansteuersignale kann es ermöglicht werden, unterschiedliche haptische Signale zu erzeugen.

Piezoelektrische Aktuatoren weisen im Vergleich zu anderen Bauteilen zur Erzeugung einer Vibration, beispielsweise Unwuchtmotoren oder Linearresonatoren, ein kleines Volumen aus. Durch die Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators im piezoelektrischen Bauelement kann somit ein Bauelement konstruiert werden, das einen vergleichsweise geringen Platzbedarf aufweist. Das piezoelektrische Bauelement kann weiterhin zumindest ein mechanisches Verstärkungselement aufweisen, das an dem piezoelektrischen Aktuator derart befestigt ist, dass durch die Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators entlang seiner Längsrichtung ein Bereich des mechanischen Verstärkungselements in eine zur Längsrichtung senkrechte Richtung bewegt wird.

Das Verstärkungselement kann Metall aufweisen oder aus Metall sein und besonders bevorzugt ein Metallbügel sein, der beispielsweise mit zwei Endbereichen an Endbereichen entlang der Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators befestigt ist und zwischen den Endbereichen einen vom piezoelektrischen Aktuator beabstandeten Mittenbereich aufweist. Das mechanische Verstärkungselement kann am piezoelektrischen Aktuator beispielsweise durch eine Klebeverbindung befestigt sein. Bei dem Metall des Verstärkungselements kann es sich beispielsweise um Titan handeln. Titan kann den Vorteil aufweisen, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient sehr ähnlich zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktuators ist, so dass es bei Temperaturänderungen nur zu geringen oder keinen mechanischen Spannungen kommt.

Durch das mechanische Verstärkungselement kann die durch den d31-Effekt hervorgerufene Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators in eine zu der Längenänderung senkrechte Hubbewegung umgewandelt werden, wobei die Richtung der Hubbewegung der Stapelrichtung entsprechen kann. Die Hubbewegung kann eine wesentlich größere Amplitude als die Längenänderung haben. Beispielsweise kann die Amplitude der Hubbewegung das 5- bis 40-fache der Amplitude der Längenänderung betragen. Durch die Kombination des piezoelektrischen Aktuators mit dem Verstärkungselement können somit beispielsweise deutlich stärkere Bewegungen bewirkt werden.

Das mechanische Verstärkungselement kann frei von Einkerbungen sein und eine konstante Wandstärke aufweisen. Durch den Verzicht auf Einkerbungen in dem Verstärkungselement kann eine einfache Herstellung des Verstärkungselements ermöglicht werden. In alternativen Ausführungsformen kann das Verstärkungselement zumindest eine Einkerbung aufweisen, die einen mechanischen Widerstand gegen eine Verformung des mechanischen Verstärkungselementes reduziert. Insbesondere bei Verstärkungselementen mit einer Dicke, bei der Verformungen des Verstärkungselements viel Kraft erfordern, kann der Einsatz von Einkerbungen in dem Verstärkungselement sinnvoll sein, da die Einkerbungen die Verformung des Verstärkungselementes erleichtern können.

Das piezoelektrische Bauelement kann im rohrförmigen Abschnitt insbesondere so angeordnet sein, dass es eine Kraftwirkung in radialer Richtung bezogen auf den Rohrquerschnitt, also senkrecht zu einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts, hat. Mit anderen Worten kann das piezoelektrische Bauelement beispielsweise im Falle einer Ausgestaltung mit zumindest einem vorab beschriebenen Verstärkungselement so angeordnet sein, dass die Hubrichtung entlang einer radialen Richtung des rohrförmigen Abschnitts verläuft .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen Abschnitt angeordnet ist, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators entlang einer Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. Weist der rohrförmige Abschnitt einen gebogenen Verlauf auf, so kann „entlang der Rohrachse verlaufen" beispielsweise eine tangentiale Annährung an die Rohrachse oder an eine Längsrichtung des rohrförmigen Abschnitts bedeuten. In einer solchen Anordnung, die auch als Längsanordnung bezeichnet werden kann, kann ein piezoelektrisches Bauelement verwendet werden, das eine Längenausdehnung aufweist, die weit größer als ein Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement so im rohrförmigen Abschnitt angeordnet, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators quer zur Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. Bei einer solchen auch als Queranordnung bezeichneten Anordnung ist zwar die Längsausdehnung des piezoelektrischen Bauelements durch den Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts beschränkt. Jedoch lassen sich hierdurch mehrere piezoelektrische Bauelemente eng nebeneinander entlang der Rohrachse platzieren .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von piezoelektrischen Bauelementen im rohrförmigen Abschnitt angeordnet, wobei die piezoelektrischen Bauelemente gleich oder verschieden sein können. Beispielsweise kann die Mehrzahl der piezoelektrischen Bauelemente nebeneinander zu einem Array angeordnet sein. Jedes der piezoelektrischen Bauelemente kann zum Beispiel separat von den übrigen piezoelektrischen Bauelementen ausgelesen und/oder angesteuert werden. Dadurch können unterschiedliche piezoelektrische Bauelemente unterschiedliche Funktionen erfüllen. Alternativ hierzu können auch mehrere piezoelektrische Bauelemente zusammen ausgelesen oder angesteuert werden, so dass die Funktionalität im Vergleich zu einem einzelnen piezoelektrischen Bauelement vervielfacht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement zumindest ein Interaktionselement auf, durch das ein Benutzer eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement hervorrufen kann und/oder auf das das piezoelektrische Bauelement das haptische Signal zur Weiterleitung an den Benutzer übertragen kann. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement auf das Interaktionselement durch die vorab beschriebene Hubbewegung einwirken. Weiterhin kann das Interaktionselement einen von einem Benutzer auf das Interaktionselement bewirkten Druck an das piezoelektrische Bauelement weiterleiten, so dass durch eine Erzeugung eines elektrischen Signals im piezoelektrischen Bauelement die Druckeinwirkung vom piezoelektrischen Bauelement detektiert werden kann. Das Interaktionselement kann in diesem Fall eine vom Benutzer betätigbare Taste bilden, mittels derer eine bestimmte Funktion ausgelöst werden kann.

Das Interaktionselement kann beispielsweise in Form eines Knopfes oder eines Stempels ausgebildet sein. Im Falle eines piezoelektrischen Bauelements mit einem vorab beschriebenen Verstärkungselement kann das Interaktionselement am Verstärkungselement angeordnet oder befestigt sein. Das Interaktionselement kann zumindest teilweise in einer Öffnung in der Wandung des rohrförmigen Abschnitts angeordnet sein und in den Hohlraum hineinreichen. Durch die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements kann das Interaktionselement, das in der Ruheposition vor der Hubbewegung in der Öffnung versenkt oder auch aus der Öffnung herausragend angeordnet sein kann, ein Stück aus der Öffnung (weiter) herausgedrückt werden und so für einen Benutzer ein spürbares haptisches Signal bewirken. Umgekehrt kann das Interaktionselement in einer Ruheposition aus der Öffnung herausragen und von einem Benutzer in Richtung des piezoelektrischen Bauelements drückbar sein.

Weiterhin kann die Wandung einen Interaktionsbereich aufweisen, der das Interaktionselement bildet oder an dem ein vorab beschriebenes Interaktionselement innerhalb des Hohlraums des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist. In diesem Fall weist die Wandung keine Öffnung auf und die Weiterleitung des haptischen Signals oder der Druckeinwirkung erfolgt zumindest teilweise über den Interaktionsbereich der Wandung. Somit kann das piezoelektrische Bauelement auf den Interaktionsbereich der Wandung im rohrförmigen Abschnitt bei der Erzeugung des haptischen Signals direkt oder über ein Interaktionselement eine Kraft ausüben. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Wandung im Interaktionsbereich eine größere mechanische Verformbarkeit als in anderen Bereichen aufweist, so dass der Interaktionsbereich eine ausreichende Flexibilität beispielsweise zur Weiterleitung eines haptischen Signals an einen Benutzer aufweisen kann. Beispielsweise kann die Wandung im Interaktionsbereich dünner als in anderen Bereichen sein und/oder um den Interaktionsbereich herum von einer Einkerbung umgeben sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauelement zwischen dem Interaktionselement und einem vom piezoelektrischen Bauelement aus gesehen dem

Interaktionselement gegenüberliegenden Rückseitenbereich der Wandung angeordnet. Zwischen dem piezoelektrischen Bauelement und dem Rückseitenbereich der Wandung kann im Hohlraum des rohrförmigen Abschnitts ein Abstützelement angeordnet sein. Das Abstützelement kann beispielsweise eine Auflagefläche für das piezoelektrische Bauelement und auf einer der Auflagefläche gegenüberliegenden Fläche eine Abstützfläche aufweisen, die sich an den Rückseitenbereich anschmiegt.

Durch das Abstützelement kann die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements vollständig in Richtung des Interaktionselements gerichtet werden.

Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass das piezoelektrische Bauelement zwischen zwei Interaktionselementen angeordnet ist. Die Interaktionselemente können insbesondere bezogen auf den Rohrquerschnitt radial zueinander gegenüberliegend angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bedienelement ein Griffelement auf, das den rohrförmigen Abschnitt mit dem piezoelektrischen Bauelement umgibt und das einen Kunststoff aufweist, der weicher als die Wandung des rohrförmigen Abschnitts ist. Beispielsweise kann zumindest der rohrförmige Abschnitt des Bedienelements ein Metall aufweisen. Das Griffelement kann einen Kunststoff, beispielsweise einen Gummi, und/oder auch ein Metall aufweisen oder daraus sein.

Die beschriebene Erfindung ermöglicht die Integration von haptischem Feedback und/oder die Integration von funktionellen Tasten in ein Bedienelement. Beispielsweise kann die Integration im Fall eines als Lenkelement ausgebildeten Bedienelements im Griffbereich einer Lenkerstange oder eines Lenkrads erfolgen und dazu dienen, dass der Fahrer beispielsweise in einer Gefahrensituation, bei Überschreiten von Parametern oder bei anderen Meldungen gezielt über ein tastbares oder spürbares Signal benachrichtigt oder alarmiert werden kann. Weiterhin können durch die duale Funktionalität des piezoelektrischen Bauelements auch aktiv Steuerbefehle durch einen gezielten Druck im Griffbereich ausgelöst werden.

Für die Realisierung eines haptischen Feedbacks insbesondere im Griffbereich wird bevorzugt wie oben beschrieben die Bewegung des piezoelektrischen Aktuators in Längs- oder Querrichtung bezogen auf die Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts genutzt. Durch das Verstärkungselement des piezoelektrischen Bauelements kann diese in eine verstärkte Bewegung in eine radiale Richtung, also senkrecht zur Längs und Querrichtung, umgewandelt werden. Diese mechanische Übersetzung drückt bzw. spreizt den rohrförmigen Abschnitt oder zumindest das Interaktionselement auseinander und ist verantwortlich für spürbares haptisches Feedback. Die Bewegung kann bevorzugt auf ein Interaktionselement, beispielsweise einen Stempel, wirken, wodurch die Bewegung an den Benutzer weitgeleitet werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass das haptische Feedback im Wesentlichen lokal oder bevorzugt nur lokal in einem sehr definierten Bereich einer Kontaktfläche zum Benutzer wirken kann.

Im Gegensatz zu ERM- und LRA-Lösungen kann durch die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements eine Nutzung von unterschiedlichen Ansteuersignalen in Form eines oder mehrerer der folgenden veränderbaren Parameter möglich sein: elektrische Spannung, Frequenz, Signalart, Pulsfolge. Die Variierung des Ansteuerungssignals resultiert in einer abgeänderten Wahrnehmung durch den Benutzer, was die Nutzung unterschiedlicher Signale für unterschiedliche Funktionen ermöglicht. Das haptische Feedback kann auch nur lokal in einem definierten Bereich an der Kontaktfläche zum Benutzer erfolgen, während herkömmliche Lösungen nur ein globales Feedback erzeugen können.

Wie vorab beschreiben bietet die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements weiterhin den Vorteil, dass das piezoelektrische Bauelement in einer Doppelfunktion auch als Druckknopf eingesetzt werden kann. Der Anwender kann durch Druckauswirkung auf das piezoelektrische Bauelement ein elektrisches Signal erzeugen, das dazu genutzt werden kann, eine definierte Funktion auszulösen, beispielsweise ein Umschalten von Anzeigen und/oder ein Annehmen oder Ablehnen von Anrufen sowie weitere Funktionen.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen eines Bedienelements und eines Fahrzeugs mit einem Bedienelement,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Bedienelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 4A bis 4C schematische Darstellungen eines

Bedienelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figuren 5 bis 7 schematische Darstellungen von

Bedienelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und Figuren 8A bis 8C schematische Darstellungen eines

Bedienelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

In den Figuren 1A und 1B sind Ausführungsbeispiele für ein Bedienelement 100 und ein Fahrzeug 1000 mit einem Bedienelement 100 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A und 1B.

Das Fahrzeug 1000 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kraftrad. Insbesondere kann es sich wie gezeigt um ein konventionell oder elektrisch betriebenes Kraftrad wie beispielsweise ein Motorrad handeln. Alternativ kann das Fahrzeug beispielsweise auch ein Trike, ein Quad oder ein Fahrrad sein. Diese Fahrzeugtypen weisen zur Lenkung des Fahrzeugs als Lenkelement üblicherweise eine Lenkerstange 101, auch als Lenkerbügel bezeichenbar, auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist rein beispielhaft das Lenkelement als Bedienelement 100 ausgebildet. Die Lenkstange 101 weist Griffbereiche 111 auf, die von einem Benutzer, also einem Fahrzeugführer, während eines normalen Gebrauchs zur Fahrt mit den Händen umfasst oder zumindest berührt werden.

Das Bedienelement 100 weist, wie in Figur 1A gezeigt ist, zumindest ein piezoelektrisches Bauelement 1 in einem rohrförmigen Abschnitt 2 auf. Hierzu weist das Bedienelement 100, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die in Figur 1B angedeutete Lenkerstange 101, im zumindest einen rohrförmigen Abschnitt 2 einen von einer Wandung 3 zumindest teilweise umgebenen Hohlraum 4 auf. Das piezoelektrische Bauelement 1, das im Hohlraum 4 angeordnet ist, ist dazu vorgesehen und eingerichtet, an zumindest einem Teilbereich des Bedienelements 100 ein haptisches Signal zu erzeugen und/oder eine Druckeinwirkung auf zumindest einen Teil des piezoelektrischen Bauelements 1 zu detektieren.

Die Lenkerstange 101 kann bevorzugt zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts 2 und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als Rohr ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann die Lenkerstange gerade oder wie in Figur 1B angedeutet leicht gebogen oder mit gebogenen oder geknickten Abschnitten ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann es sich beim rohrförmigen Abschnitt 2 um den Griffbereich 111 der Lenkerstange 101 handeln. Im Fall des gezeigten Kraftradlenkers kann der Griffbereich auch drehbar sein und damit einen drehbaren Teil des Bedienelements 100 bilden. Entsprechend der zwei Griffbereiche 111 kann das Bedienelement 100 auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte 2 mit jeweils einem von einer Wandung 3 zumindest teilweise umgebenen Hohlraum 4 aufweisen. In wenigstens einem oder in beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils zumindest ein piezoelektrisches Bauelement 1 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt 2 mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement 1 auch außerhalb der Griffbereiche 111 vorhanden sein.

Das Bedienelement 100 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel in jedem der Griffbereiche 111 jeweils ein Griffelement 5 auf, das den rohrförmigen Abschnitt 2 mit dem piezoelektrischen Bauelement 1 umgibt und das bevorzugt einen Kunststoff aufweist, der weicher als die Wandung 3 des rohrförmigen Abschnitts 2 ist. Beispielsweise kann zumindest der rohrförmige Abschnitt 2 des Bedienelements 100 ein Metall aufweisen. Insbesondere kann die Lenkerstange 101 ein Metall aufweisen. Das Griffelement 5 kann einen Kunststoff, beispielsweise einen Gummi, und/oder ein Metall aufweisen oder daraus sein und ein herkömmliches Griffelement für ein Kraftrad oder Fahrrad sein, das unmittelbar auf der Lenkerstange 101 aufgezogen ist.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1000 gezeigt, bei dem es sich im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel um ein konventionell und/oder elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug handelt. Wie in Figur 2 angedeutet ist, kann es sich um einen Personenkraftwagen handeln. Alternativ sind auch ein Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug möglich, das, wie in Figur 2 gezeigt ist, als Bedienelement 100 ein Lenkrad 102 aufweist.

Das Lenkrad 102 weist zumindest einen rohrförmigen Abschnitt auf, der wie in Verbindung mit der Figur 1A erläutert ausgebildet sein kann und der einen Hohlraum mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement aufweist. Das Lenkrad kann beispielsweise zumindest im Bereich des rohrförmigen Abschnitts und besonders bevorzugt im Wesentlichen als Ganzes als gebogenes Rohr ausgebildet sein. Insbesondere kann das Lenkrad im Wesentlichen kreisförmig sein oder an eine Kreisform zumindest angenähert sein. Wie schon für die Lenkerstange des vorhergien Ausführungsbeispiels beschrieben kann das Lenkrad 102 beispielsweise zumindest zwei Griffbereiche 111 aufweisen, die bei normalem Gebrauch von jeweils einer Hand des Benutzers, also insbesondere des Fahrzeugführers, umschlossen oder zumindest berührt werden. Entsprechend kann das Lenkrad auch zumindest zwei rohrförmige Abschnitte mit jeweils einem von einer Wandung zumindest teilweise umgebenen Hohlraum aufweisen. In wenigstens einem oder beiden der Hohlräume ist bevorzugt jeweils ein piezoelektrisches Bauelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein rohrförmiger Abschnitt mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement auch außerhalb der Griffbereiche 111 vorhanden sein.

Durch das in das Bedienelement 100 integrierte piezoelektrische Bauelement kann ein Fahrer eines Fahrzeugs 1000 beispielsweise in einer Gefahrensituation, bei Überschreiten von Parametern oder bei anderen Meldungen gezielt über ein tastbares oder spürbares Signal benachrichtigt oder alarmiert werden kann. Weiterhin können durch die duale Funktionalität des piezoelektrischen Bauelements auch aktiv Steuerbefehle durch einen gezielten Druck ausgelöst werden.

Für die Realisierung eines haptischen Feedbacks insbesondere im Griffbereich 111 der in den Figuren 1A bis 2 gezeigten Bedienelemente 100 kann das piezoelektrische Bauelement mit einem geeigneten Ansteuersignal betrieben werden, durch das das piezoelektrische Bauelement 100 wie im allgemeinen Teil beschrieben eine Ausdehnungsänderung vollzieht, wodurch zumindest auf einen Teil des rohrförmigen Abschnitts ein Druck ausgeübt werden kann. Dadurch kann der rohrförmige Abschnitt beispielsweise zumindest teilweise gespreizt werden, was von einem Benutzer bevorzugt auch durch das Griffelement wahrgenommen werden kann. Durch das piezoelektrische Bauelement kann erreicht werden, dass das haptische Feedback nur lokal in einem sehr definierten Bereich einer Kontaktfläche zum Benutzer wirken kann.

Durch die Verwendung des piezoelektrischen Bauelements ist eine Nutzung von unterschiedlichen Ansteuersignalen in Form eines oder mehrerer veränderbarer Parameter, beispielsweise Spannung, Frequenz, Signalart und/oder Pulsfolge, möglich, was die Nutzung unterschiedlicher Signale für unterschiedliche Funktionen ermöglicht.

Durch eine Druckauswirkung auf das piezoelektrische Bauelement kann der Benutzer ein elektrisches Signal erzeugen, das dazu genutzt werden kann, eine definierte Funktion auszulösen, beispielsweise ein Umschalten von Anzeigen und/oder ein Annehmen oder Ablehnen von Anrufen sowie weitere Funktionen.

Alternativ zu dem in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Bedienelement für ein Fahrzeug in Form eines Lenkelements kann das Bedienelement 100 auch als ein anderes Element, insbesondere beispielsweise als ein anderes Bedienelement für ein Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Bedienelement um ein Bremselement, beispielsweise einen Bremshebel, und/oder ein Gangwählelement, beispielsweise einen Ganghebel oder einen Gangschaltungshebel, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Bedienelement beispielsweise auch um ein Eingabegerät handeln, beispielsweise um ein stiftartiges Eingabegerät, das weiterhin beispielsweise in Zusammenhang mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in einem Fahrzeug, genutzt werden kann. In Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Figuren werden bevorzugte Modifikationen und Weiterbildungen des Bedienelements 100 beschrieben, das beispielsweise wie gezeigt ein Bedienelement für ein Fahrzeug sein kann. Nicht beschriebene oder gezeigte Elemente und Merkmale können dabei wie bei vorausgegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet sein.

In den Figuren 3A und 3B ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein in einem Bedienelement verwendbares piezoelektrisches Bauelement 1 in einer perspektivischen Ansicht und einer Schnittdarstellung gezeigt .

Das piezoelektrische Bauelement 1 weist einen piezoelektrischen Aktuator 11 und zwei mechanische Verstärkungselemente 13a, 13b auf. Der piezoelektrische Aktuator 11 weist einen Stapel aus in einer Stapelrichtung S abwechselnd übereinandergestapelten Innenelektroden 21 und piezoelektrischen Schichten 22 auf. Der piezoelektrische Aktuator 11 weist eine erste Außenelektrode 23, die auf einer ersten Stirnfläche 24 angeordnet ist, und eine zweite Außenelektrode 23, die auf einer zweiten Stirnfläche angeordnet ist, auf. Die Innenelektroden 21 sind in Stapelrichtung S abwechselnd mit einer der ersten Außenelektroden 23 kontaktiert.

Bei den piezoelektrischen Schichten 22 kann es sich beispielsweise um Blei-Zirkonat-Titanat-Keramiken (PZT- Keramiken) handeln. Die PZT-Keramik kann ferner zusätzlich Nd und Ni enthalten. Alternativ kann die PZT-Keramik weiterhin zusätzlich Nd, K und gegebenenfalls Cu aufweisen. Alternativ können die piezoelektrischen Schichten 22 eine Pb (Zr _x Tii- _x) O3 + y Pb (Mni _/ 3Nb2 _/ 3)O3 enthaltende Zusammensetzung aufweisen. Alternativ zu einem piezoelektrischen Keramikmaterial kann beispielsweise auch ein piezoelektrisches Polymer verwendet werden. Die Innenelektroden 21 weisen bevorzugt Kupfer auf oder bestehen besonders bevorzugt aus Kupfer.

Der piezoelektrische Aktuator 11 ist wie gezeigt vorzugsweise quaderförmig. Als Grundfläche wird dabei eine Fläche bezeichnet, deren Flächennormale in die Stapelrichtung S weist. Die Grundfläche ist rechteckig. Die längere Seite der Grundfläche definiert die Länge L des piezoelektrischen Aktuators 11 und die kürzere Seite der Grundfläche definiert die Breite B des piezoelektrischen Aktuators 11.

Der piezoelektrische Aktuator 11 weist eine Länge L zwischen 5 mm und 100 mm sowie eine Breite B zwischen 2 mm und 8 mm auf. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der piezoelektrische Aktuator 11 beispielsweise eine Länge L von 60 mm und eine Breite B von 5 mm auf.

Die Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 11 in Stapelrichtung S definiert die Höhe H des piezoelektrischen Aktuators 11. Die Höhe H des piezoelektrischen Aktuators 11 kann zwischen 200 pm und 3 mm liegen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe H 1,8 mm.

Der Aktuator 11 weist zwei Isolationsbereiche 12 auf. Der jeweilige Isolationsbereich 12 ist in einem Endbereich des Aktuators 11 ausgebildet. Insbesondere ist der jeweilige Isolationsbereich 12 im Bereich einer Stirnfläche 24 des Aktuators 11 ausgebildet.

Im Isolationsbereich 12 reichen nur Innenelektroden 21 einer Polarität bis an die Stirnfläche 24 des Aktuators 11. Der Isolationsbereich 12 kann zur Kontaktierung des Aktuators 11 verwendet werden. Beispielsweise kann der jeweilige Isolationsbereich 12 mit den Außenelektroden 23 zur elektrischen Kontaktierung versehen werden.

Der Aktuator 11 ist so ausgestaltet, dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung des Aktuators 11 stattfindet, insbesondere eine Längenänderung in die in Figur 3B angedeutete Längsrichtung RI. Insbesondere sind die piezoelektrischen Schichten 22 also derart polarisiert, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Innenelektroden 21 zu einer Kontraktion des Aktuators 11 führt, bei der sich die Länge L des Aktuators 11 senkrecht zur Stapelrichtung S verändert. Folglich erfolgt eine Ausdehnung des Aktuators quer zur Polarisationsrichtung und zum elektrischen Feld, was auch als d31-Effekt bezeichnet wird.

Um den Effekt der Längenänderung in die Stapelrichtung S umzuleiten, weist die Vorrichtung zwei Verstärkungselemente 13a, 13b auf. Wird an den Aktuator 11 eine Spannung angelegt, so verformen sich die Verstärkungselemente 13a, 13b zumindest teilweise in Folge der Änderung der Ausdehnung des Aktuators 11. Insbesondere sind die beiden Verstärkungselemente 13a,

13b derart dimensioniert und mit dem Aktuator 11 verbunden, dass je ein Mittenbereich 17a, 17b der Verstärkungselemente 13a, 13b in Folge einer Änderung der Länge L des Aktuators 11 eine Hubbewegung in die der Stapelrichtung S entsprechende in Figur 3B angedeutete Hubrichtung R2 ausführt, wobei die Amplitude der Hubbewegung größer als die Amplitude der Änderung der Länge L des Aktuators 11 ist.

Der Aktuator 11 ist wie gezeigt bevorzugt zwischen den Verstärkungselementen 13a, 13b angeordnet. Die Verstärkungselemente 13a, 13b liegen zumindest teilweise auf der Oberseite 25 bzw. der Unterseite 26 des Aktuators 11 auf.

Jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b ist bevorzugt einstückig und streifenförmig ausgebildet und weist eine rechteckige Grundform auf. Weiterhin ist jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b gekrümmt bzw. gebogen ausgebildet und ist bügelförmig. Beispielsweise weisen die Verstärkungselemente 13a, 13b jeweils einen Blechstreifen auf oder sind daraus, insbesondere mit oder aus Titan.

Jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b ist in mehrere Bereiche oder Abschnitte untergliedert. So weist jedes Verstärkungselement 13a, 13b einen Mittenbereich 17a, 17b auf. Die Mittenbereiche 17a, 17b sind mit jeweiligen Endbereichen 18a, 18b über Verbindungsbereiche 20a, 20b verbunden. Die beiden Endbereiche 18a, 18b jedes der Verstärkungselemente 13a, 13b liegen unmittelbar auf einer Oberfläche des Aktuators 11 auf. Mit anderen Worten liegen der erste und der zweite Endbereich 18a des ersten Verstärkungselements 13a auf einem Teilbereich der Oberseite 25 des Aktuators 11 auf. Weiterhin liegen der erste und der zweite Endbereich 18b des zweiten Verstärkungselements 13b auf einem Teilbereich der der Unterseite 26 des Aktuators 11 auf. Die Endbereiche 18a, 18b sind vorzugsweise unlösbar mit der Oberfläche des Aktuators 11 verbunden. Insbesondere sind die Endbereiche 18a, 18b mit der Oberfläche des Aktuators 11 durch eine Klebeverbindung 15 verbunden.

Der jeweilige Mittenbereich 17a, 17b ist von der Oberfläche des Aktuators 11 beabstandet. Insbesondere befindet sich zwischen dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b und der Unterseite 26 bzw. der Oberseite 25 des Aktuators 11 ein Freibereich 16. Der Freibereich 16 weist eine Höhe h auf.

Eine freie Höhe h zwischen dem Aktuator 11 und dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b liegt bevorzugt zwischen 0,2 mm und 5,0 mm und beträgt in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 3 mm, wobei die freie Höhe h den maximalen Abstand zwischen dem jeweiligen Mittenbereich 17a, 17b und dem piezoelektrischen Aktuator 11 angibt, wenn keine Spannung am Aktuator 11 anliegt und keine äußere Kraft auf das Verstärkungselement 13a, 13b wirkt.

Bevorzugt ist sind die Mittenbereiche 17a, 17b so ausgebildet, dass sie parallel zur Oberfläche des Aktuators 11 verlaufen. Die Verbindungsbereiche 20a, 20b verlaufen schräg zur Oberfläche des Aktuators 11. Mit anderen Worten schließt der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b einen Winkel mit der Oberseite 25 bzw. der Unterseite 26 des Aktuators 11 ein. Der Winkel ist vorzugsweise kleiner oder gleich 45°. Damit verkleinert sich die Höhe h des Freibereichs 16 in Richtung vom Mittenbereich 17a, 17b hin zum Endbereich 18a, 18b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b. Eine Gesamthöhe des piezoelektrischen Bauelements 1 mit dem Aktuator 11 und den beiden Verstärkungselementen 13a, 13b kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 9 mm betragen .

Wird nun an den Aktuator 11 eine elektrische Spannung angelegt, so bewegen sich die Teilbereiche 17a, 17b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b relativ zum Aktuator 11 in die Hubrichtung R2. Insbesondere bewegen sich die Mittenbereiche 17a, 17b in die Hubrichtung R2. Dabei biegen sich die Verstärkungselemente 13a, 13b an Übergängen zwischen den Mittenbereichen 17a, 17b und den Verbindungsbereichen 20a, 20b sowie zwischen den Verbindungsbereichen 20a, 20b und den Endbereichen 18a, 18b. Die Verstärkungselemente 13a, 13b können wenigstes eine Ausdünnung, vorzugsweise mehrere Ausdünnungen, zwischen den jeweiligen Bereichen aufweisen, die eine bessere Verformbarkeit der Verstärkungselemente 13a, 13b und eine erleichterte Ausführung der Hubbewegung ermöglichen. Weiterhin können die Verstärkungselemente 13a, 13b beispielsweise eingestanzte Strukturen zur Erhöhung der Festigkeit einzelner Bereiche aufweisen.

Eine Bewegung der Endbereiche 18a, 18b in die Hubrichtung R2 wird durch die Klebeverbindung 15 mit dem Aktuator 11 verhindert. Vielmehr bewegen sich die Endbereiche 18a, 18b mit dem Aktuator 11 in die Längsrichtung RI. Es findet damit eine Relativbewegung zwischen den Endbereichen 18a, 18b und den Mittenbereichen 17a, 17b statt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei einer Anlegung einer elektrischen Spannung von bis zu 120 V eine Gesamthubbewegung von etwa 200 pm erreicht werden.

Wird eine Kraft auf das piezoelektrische Bauelement 1 entlang der Hubbewegung R2 ausgeübt, werden die Verstärkungselemente 13a, 13b derart verformt, dass insbesondere die Endbereiche 18a, 18b in der Längsrichtung RI voneinander wegbewegt werden. Durch die Befestigung der Verstärkungselemente 13a, 13b am piezoelektrischen Aktuator 11 wird auch dieser in Längsrichtung verformt. Dadurch wird im piezoelektrischen Aktuator 11 eine elektrische Spannung erzeugt. Diese Spannung kann detektiert werden und auf diese Weise kann auf eine Krafteinwirkung rückgeschlossen werden. Dazu kann der piezoelektrische Aktuator 11 mit einem Ansteuerelement, beispielsweise einem Mikrocontroller oder einem Steuergerät des Fahrzeugs, verbunden sein, der die am piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugten elektrischen Spannungen auswertet. Der piezoelektrische Aktuator 11 kann somit als Sensor eingesetzt werden, der eine durch einen Benutzer ausgeübte Krafteinwirkung erkennen kann.

Darüber hinaus kann das piezoelektrische Bauelement 1 wie vorab beschrieben auch zur Erzeugung eines haptischen Signals eingesetzt werden. Wird eine elektrische Spannung an den Aktuator 11 angelegt, so verformt sich der piezoelektrische Aktuator 11 in Längsrichtung RI und die Verstärkungselemente 13a, 13b führen dementsprechend die beschriebene Hubbewegung aus. Durch Anlegen einer Wechselspannung kann entsprechend eine Vibration erzeugt werden, die auf den rohrförmigen Abschnitt des Bedienelements übertragen und von einem Benutzer wahrgenommen werden kann.

In den Figuren 4A bis 4C ist ein Ausführungsbeispiel für ein Bedienelement 100 gezeigt, in dem das vorab beschriebene piezoelektrische Bauelement 1 verwendet wird. Bei dem Bedienelement 100 kann es sich beispielsweise um ein Bedienelement für ein Fahrzeug wie weiter oben beschrieben handeln. Die Figuren 4A bis 4C zeigen eine Perspektivansicht sowie zwei Schnittdarstellungen eines Teils des Bedienelements 100. Insbesondere ist der rohrförmige Abschnitt 2 gezeigt, in dem das piezoelektrische Bauelement 1 angeordnet ist. Die Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts 2 verläuft in die in den Figuren 4A bis 4C angedeutete Richtung 91, der Rohrquerschnitt liegt in der durch die Richtungen 92 und 93 aufgespannten Ebene. Ein mögliches auf den rohrförmigen Abschnitt 2 aufgezogenes Griffelement, wie beispielsweise in Figur 1A gezeigt ist, ist in den Figuren 4A bis 4C sowie in den nachfolgenden Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Das piezoelektrische Bauelement 1 ist so im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet, dass die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktuators entlang der Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts verläuft. In einer solchen Längsanordnung kann wie gezeigt ein piezoelektrisches Bauelement 1 verwendet werden, das eine Längenausdehnung aufweist, die weit größer als ein Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 2 ist.

Weiterhin weist das Bedienelement 100 zumindest ein Interaktionselement 6 auf, durch das ein Benutzer eine Druckeinwirkung auf das piezoelektrische Bauelement 1 hervorrufen kann und/oder auf das das piezoelektrische Bauelement 1 das haptische Signal zur Weiterleitung an den Benutzer übertragen kann. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement 1 auf das Interaktionselement 6 durch die vorab beschriebene Hubbewegung einwirken. Weiterhin kann das Interaktionselement einen von einem Benutzer auf das Interaktionselement 6 bewirkten Druck an das piezoelektrische Bauelement 1 weiterleiten, so dass durch eine Erzeugung eines elektrischen Signals im piezoelektrischen Bauelement 1 die Druckeinwirkung vom piezoelektrischen Bauelement 1 detektiert werden kann. Das Interaktionselement 6 kann in diesem Fall eine vom Benutzer betätigbare Taste bilden, mittels derer eine bestimmte Funktion ausgelöst werden kann.

Das Interaktionselement 6 ist im gezeigten

Ausführungsbeispiel in Form eines Knopfes oder eines Stempels ausgebildet und an einem Verstärkungselement des piezoelektrischen Bauelements 1 angeordnet oder befestigt.

Das Interaktionselement ist teilweise in einer Öffnung 62 in der Wandung 3 des rohrförmigen Abschnitts 2 angeordnet und reicht in den Hohlraum 4 hinein. Durch die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements 1 kann das Interaktionselement 6 , das in der Ruheposition vor der Hubbewegung in der Öffnung versenkt oder auch aus der Öffnung herausragend angeordnet sein kann, ein Stück (weiter) aus der Öffnung 62 herausgedrückt werden und so für einen Benutzer ein spürbares haptisches Signal bewirken. Umgekehrt kann das Interaktionselement 6 in einer Ruheposition aus der Öffnung 62 herausragen und von einem Benutzer in Richtung des piezoelektrischen Bauelements 1 drückbar sein.

Das Bedienelement 100 weist weiterhin ein Abstützelement 7 auf einer dem Interaktionselement 6 abgewandten Seite des piezoelektrischen Bauelements 1 auf. Damit ist das piezoelektrische Bauelement 1 zwischen dem Interaktionselement 6 und einem vom piezoelektrischen Bauelement 1 aus gesehen dem Interaktionselement 6 gegenüberliegenden Rückseitenbereich 63 der Wandung 3 angeordnet. Zwischen dem piezoelektrischen Bauelement 1 und dem Rückseitenbereich 63 der Wandung 3 ist somit im Hohlraum 4 des rohrförmigen Abschnitts 2 das Abstützelement 7 angeordnet. Wie gezeigt weist das Abstützelement 7 eine Auflagefläche 71 für das piezoelektrische Bauelement 1 auf, mit der sich das piezoelektrische Bauelement 1 gegen das Abstützelement 7 abstützen kann. Auf einer der Auflagefläche 71 gegenüberliegenden Seite weist das Abstützelement 7 eine Abstützfläche 72 auf, die sich an den Rückseitenbereich 63 anschmiegt. Durch das Abstützelement 7 kann die Hubbewegung des piezoelektrischen Bauelements 1 vollständig in Richtung des Interaktionselements 6 gerichtet werden.

Wie gezeigt kann der rohrförmige Abschnitt 2 des Bedienelements 100 einen runden, insbesondere einen kreisrunden Rohrquerschnitt aufweisen. Darüber hinaus sind aber auch andere Querschnittsformen möglich, da insbesondere die Formen des Abstützelements 7 und des Interaktionselements 6 leicht auf andere Rohrquerschnitte anpassbar sind.

Die Figuren 4A bis 4C zeigen somit ein einseitig bewegbares Konzept des piezoelektrischen Bauelements 1 innerhalb des Bedienelements 100, das eine einseitige Nutzung der Aktuator- Bewegung ermöglicht. Insbesondere bewegt sich nur das Interaktionselement 6 gegen den rohrförmigen Abschnitt 2, während die gegenüberliegende Seite im Rückseitenbereich 63 komplett blockiert ist. Dies für dazu, dass die Auslenkung des Interaktionselements maximiert werden kann. Das Interaktionselement 6 und/oder das Abstützelement 7 können jeweils mit oder aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Hartplastik, oder mit oder aus einem Metall sein, um die Kräfte des piezoelektrischen Bauelements 1 an einen Benutzer oder umgekehrt möglichst effektiv weiterleiten zu können.

In den nachfolgenden Figuren sind die Richtungen 91, 92, 93 der Übersichtlichkeit halber ebenfalls gezeigt.

Wie in Figur 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erkennbar ist, kann die Wandung 3 einen Interaktionsbereich 31 aufweisen, der das Interaktionselement bildet oder an dem wie gezeigt ein vorab beschriebenes Interaktionselement 6 innerhalb des Hohlraums 4 des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist. In diesem Fall weist die Wandung 3 keine Öffnung auf und die Weiterleitung des haptischen Signals oder der Druckeinwirkung erfolgt zumindest teilweise über den Interaktionsbereich 31 der Wandung. Somit kann das piezoelektrische Bauelement auf den Interaktionsbereich 31 der Wandung im rohrförmigen Abschnitt bei der Erzeugung des haptischen Signals direkt oder wie gezeigt über das Interaktionselement 6 eine Kraft ausüben. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Wandung 3 im Interaktionsbereich 31 eine größere mechanische Verformbarkeit als in anderen Bereichen aufweist, so dass der Interaktionsbereich 31 eine ausreichende Flexibilität beispielsweise zur Weiterleitung eines haptischen Signals an einen Benutzer aufweisen kann. Beispielsweise kann die Wandung wie angedeutet im Interaktionsbereich 31 dünner als in anderen Bereichen sein und/oder um den Interaktionsbereich herum von einer Einkerbung umgeben sein.

Wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, kann auch eine Mehrzahl von piezoelektrischen Bauelementen 1 im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet sein, wobei die piezoelektrischen Bauelemente 1 gleich oder verschieden hinsichtlich ihrer technischen Auslegung und/oder Funktionalität sein können. Beispielsweise kann die Mehrzahl der piezoelektrischen Bauelemente 1 wie gezeigt nebeneinander zu einem Array angeordnet sein. Jedes der piezoelektrischen Bauelemente 1 kann zum Beispiel separat von den übrigen piezoelektrischen Bauelementen ausgelesen und/oder angesteuert werden. Dadurch können unterschiedliche piezoelektrische Bauelemente 1 unterschiedliche Funktionen erfüllen. Alternativ hierzu können auch mehrere piezoelektrische Bauelemente 1 zusammen ausgelesen oder angesteuert werden, so dass die Funktionalität im Vergleich zu einem einzelnen piezoelektrischen Bauelement 1 vervielfacht werden kann. Die piezoelektrischen Bauelemente 1 könne beispielsweise in einem Teilbereich des Griffbereichs oder auch über den Griffbereich verteilt angeordnet sein. Dadurch können an verschiedenen Positionen Interaktionen mit einem Benutzer möglich sein. Wie in Figur 6 angedeutet ist, können die piezoelektrischen Bauelemente 1 in einer Längsanordnung im rohrförmigen Abschnitt platziert sein. Wie in Figur 7 gezeigt ist, können die piezoelektrischen Bauelemente 1 auch so im rohrförmigen Abschnitt 2 angeordnet ist, dass die Längsrichtung der piezoelektrischen Aktuatoren quer zur Rohrachse des rohrförmigen Abschnitts 2 verläuft. Bei dieser Queranordnung bezeichneten Anordnung ist lassen sich mehrere piezoelektrische Bauelemente 1 eng nebeneinander entlang der Rohrachse platzieren, so dass die piezoelektrischen Bauelemente beispielsweise zusammen die Funktion eines Schiebereglers simulieren können.

In den Figuren 8A bis 8C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bedienelement 100 gezeigt, wobei die Ansichten denen der Figuren 4A bis 4C entsprechen. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4A bis 4C ist das piezoelektrische Bauelement 1 zwischen zwei

Interaktionselementen 6 angeordnet. Die Interaktionselemente 6, die jeweils wie gezeigt als Knopf oder Stempel in einer jeweiligen Öffnung 62 der Wandung 3 angeordnet sind, können insbesondere bezogen auf den Rohrquerschnitt radial zueinander gegenüberliegend angeordnet sein. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4A bis 4C erlaubt dieses Konzept Auslenkungen in sich gegenüberliegende Richtungen und somit eine Interaktion in beiden Richtungen mit einem Benutzer .

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 piezoelektrisches Bauelement

2 rohrförmiger Abschnitt

3 Wandung

4 Hohlraum

5 Griffelement

6 Interaktionselement 7 Abstützelement

11 Piezoelektrischen Aktuator

12 Isolationsbereich

13a Verstärkungselement

13b Verstärkungselement

15 KlebeVerbindung

16 Freibereich 17a, 17b Mittenbereich 18a, 18b Endbereich 20a, 20b Verbindungsbereich 21 Innenelektrode 22 piezoelektrische Schicht 23 Außenelektrode 62 Öffnung 63 Rückseitenbereich

71 Auflägefläche

72 Abstützfläche 91, 92, 93 Richtung 100 Bedienelement 101 Lenkerstange 102 Lenkrad 111 Griffbereich 1000 Fahrzeug B Breite h Höhe H Höhe

L Länge

RI Längsrichtung

R2 Hubrichtung S Stapelrichtung