Elektrokeramisches Vielschichtbauelement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement. Bei dem elektrokeramischen Vielschichtbauelement kann es sich insbesondere um einen piezoelektrischen Aktuator handeln. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement kann insbesondere zur Erzeugung eines haptischen Signals vorgesehen sein.

Im Bereich der Virtual- oder Augmented Reality kommen zunehmend Eingabegeräte, beispielsweise Stifte, zum Einsatz, mit denen eine Oberfläche abgetastet werden kann. Ein Profil der abgetasteten Oberfläche wird gespeichert. Wird das Eingabegerät in weiterer Folge über eine glatte Oberfläche bewegt, beispielsweise Glas, kann das darin gespeicherte Profil wiedergegeben werden und einem Nutzer einen haptischen Eindruck der zuvor gespeicherten Fläche vermitteln. Zur Erzeugung eines realistischen haptischen Signals sind schnelle Reaktionszeiten der Vorrichtung, die das haptische Signal erzeugt, erforderlich.

Aufgrund ihrer langen Ansprech- und Abklingzeiten sind lineare Resonanzaktoren (LRA = Linear Resonance Actuator) und Umwuchtmotoren (ERM = Eccentric Rotating Mass) ungeeignet zur Erzeugung eines realistischen haptischen Signals. Als Alternative zu LRA oder ERM können daher piezoelektrische Aktuatoren in einem Eingabegerät verbaut werden, um ein haptisches Signal zu erzeugen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, ein verbessertes elektrokeramisches Bauelement anzugeben. Das elektrokeramische Bauelement sollte beispielsweise dazu geeignet sein, in verschiedenen Bereichen eines Gehäuses des Eingabegerätes jeweils ein gleiches oder zumindest ähnliches haptisches Signal bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die elektrokeramischen Vielschichtbauelemente gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Es wird ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement vorgeschlagen, das einen Grundkörper aufweist, in dem elektrokeramische Schichten und Innenelektroden abwechselnd gestapelt sind, wobei der Grundkörper mehrere Seitenflächen aufweist. Das elektrokeramisches Vielschichtbauelement weist ferner zumindest drei mechanische Übersetzungselemente auf, wobei jedes der drei mechanischen Übersetzungselemente auf je einer Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet ist, wobei jedes der drei mechanischen Übersetzungselemente dazu ausgestaltet ist, eine Änderung einer Ausdehnung des Grundkörpers in eine erste Richtung in eine Bewegung eines Teilbereichs des mechanischen Übersetzungselementes in eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu übersetzen.

Die elektrokeramischen Schichten können insbesondere piezoelektrische Schichten sein. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement kann insbesondere ein piezoelektrischer Aktuator sein.

Das mechanische Übersetzungselement kann dazu ausgestaltet sein, eine Bewegung, die aus einer Querkontraktion des Grundkörpers resultiert, in eine Bewegung in eine dazu senkrechte Richtung zu übersetzen. Dabei wird die Bewegung nicht nur in eine andere Richtung übersetzt, sondern das mechanische Übersetzungselement kann dazu ausgestaltet sein, gleichzeitig die Amplitude der Bewegung zu vergrößern. Beispielsweise kann der Teilbereich des mechanischen Übersetzungselementes, der senkrecht zur ersten Richtung bewegt wird, um mehr als die dreifache Strecke bewegt werden gegenüber der Längenänderung, die der Grundkörper in die erste Richtung erfährt, vorzugsweise sogar um mehr als die fünffache Strecke oder sogar mehr als die zehnfache Strecke. Auf diese Weise kann das elektrokeramische Vielschichtbauelement eine Vibration erzeugen, die ein deutlich wahrnehmbares haptisches Signal bereitstellt. Die Übersetzungselemente können dabei die Amplitude der Vibration deutlich erhöhen.

Durch die Verwendung von zumindest drei mechanischen Übersetzungselementen auf drei unterschiedlichen Seitenflächen des Grundkörpers kann ein haptisches Signal in zumindest drei Raumrichtungen abgegeben werden. Vorzugsweise ist auf jeder der Seitenflächen des Grundkörpers ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet, sodass gleichmäßig in verschiedene Raumrichtungen ein haptisches Signal abgegeben werden kann. Wird ein derartiges elektrokeramisches Vielschichtbauelement in einem Eingabegerät, beispielsweise einem Stylus, eingebaut, kann das elektrokeramisches Vielschichtbauelement dazu ausgestaltet sein kann, an das Gehäuse des Eingabegerätes ein haptisches Signal abzugeben. Dabei kann umlaufend um das gesamte Gehäuse jeweils das gleiche haptische Signal erzeugt werden, sodass der haptische Eindruck für einen Nutzer der Eingabevorrichtung stets gleich ist, unabhängig davon, an welcher Position entlang des Umfangs der Nutzer die Vorrichtung greift. Dadurch kann das elektrokeramisches Vielschichtbauelement dazu beitragen, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein verbessertes Nutzererlebnis und eine einfachere Bedienbarkeit bietet.

Die Verwendung von piezoelektrischen Vielschichtbauelementen bietet den Vorteil, dass diese aufgrund der sehr schnellen Ansprech- und Abklingzeiten ein realistisches haptisches Signal erzeugen können. Außerdem können mit piezoelektrischen Aktuatoren Frequenzen aus einem breiten Frequenzspektrum wiedergegeben werden und es sind nahezu beliebige Signalformen umsetzbar.

Das vorgeschlagene elektrokeramische Vielschichtbauelement ist in seiner Geometrie sehr flexibel. Es kann beispielsweise unterschiedlich dimensioniert werden und auf diese Weise an ein großes oder ein kleines Gehäuse angepasst werden.

Durch eine geeignete Wahl der Dimensionierung des Grundkörpers und der Winkel des mechanischen Übersetzungselementes kann ferner ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement stets an den Formfaktor des Gehäuses angepasst werden, in dem das haptische Signal erzeugt werden soll. Eine Gegenfläche ist zur Erzeugung des haptischen Signals nicht nötig. Dadurch kann das elektrokeramische Vielschichtbauelement einfach in einem Bauteil integriert werden.

Das mechanische Übersetzungselement kann ein Metallbügel sein. Ein Metallbügel ist einfach herzustellen und kann eine abgewinkelte Form aufweisen, wobei über eine geeignete Wahl des Winkels die Stärke des jeweils gewünschten haptischen Signals bestimmt werden kann. Das mechanische Übersetzungselement kann zwei Endbereiche aufweisen, die jeweils auf der jeweiligen Seitenfläche befestigt sind. Der Teilbereich des mechanischen Übersetzungselementes, der senkrecht zur ersten Richtung bewegt wird, kann zwischen den beiden Endbereichen angeordnet sein und nicht unmittelbar auf der jeweiligen Außenfläche befestigt sein. Dadurch, dass nur die Endbereiche des mechanischen Übersetzungselementes auf dem elektrokeramischen Vielschichtbauelement befestigt sind, kann eine Querkontraktion des Grundkörpers in eine dazu senkrechte Bewegung mit einer vergrößerten Amplitude umgewandelt werden.

Der Grundkörper kann eine Grundfläche aufweisen, deren Flächennormale senkrecht zu einer Stapelrichtung ist, in der die elektrokeramischen Schichten und die Innenelektroden abwechselnd übereinandergestapelt sind, wobei die Grundfläche ein Polygon ist. Die Grundfläche kann eine kleinere Fläche aufweisen als die Seitenflächen. Die Flächennormale der Grundfläche kann entlang einer Achse des Grundkörpers verlaufen. Jedes der mechanischen Übersetzungselemente kann ferner derart angeordnet sein, dass die zweite Richtung, in die der jeweilige Teilbereich bewegbar ist, senkrecht zu der Achse verläuft.

Die Grundfläche kann die Form eines gleichseitigen und/oder gleichwinkligen Polygons haben. Alternativ kann das Polygon unregelmäßig sein. Das Polygon kann insbesondere quadratisch, rechteckig, hexagonal oder oktogonal sein. Durch die Anzahl der Kanten des Polygons kann festgelegt werden, wie viele Seitenflächen der Grundkörper aufweist. Die Seitenflächen sind dabei jeweils senkrecht zur Grundfläche. Auf jeder der Seitenflächen kann jeweils ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet sein. Damit kann das elektrokeramische Vielschichtbauelement dazu ausgestaltet sein, in Richtung der Flächennormale jeder Seitenfläche ein haptisches Signal abzugeben. Je mehr haptische Signale in unterschiedliche Raumrichtungen abgegeben werden, desto gleichmäßiger wird ein haptisches Signal entlang des gesamten Umfangs des Gehäuses, in dem das elektrokeramische Vielschichtbauelement eingebaut ist, erzeugt.

Die mechanischen Übersetzungselemente können jeweils zwei Endbereiche aufweisen, die unmittelbar auf den Seitenflächen des Grundkörpers aufliegen, wobei die Grundfläche des Grundkörpers eine kleinere Fläche aufweist als die Seitenfläche. Die Grundfläche kann eine Stirnseite des Grundkörpers bilden. Die Grundfläche ist vorzugsweise frei von den mechanischen Übersetzungselementen. Die mechanischen Übersetzungselemente liegen vorzugsweise nicht unmittelbar an der Grundfläche an. Die Ausdehnung des elektrokeramischen Vielschichtbauelements in Richtung einer Flächennormale der Grundfläche wird durch die mechanischen Übersetzungselemente nicht verlängert. Der Grundkörper kann ein gesintertes Bauelement mit einer Vielzahl von elektrokeramischen Schichten und Innenelektroden sein.

In einer Ausführungsform ist der Grundkörper quaderförmig ist und weist vier Seitenflächen auf, auf denen je ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet ist, das dazu ausgestaltet ist, eine Änderung einer Ausdehnung des Grundkörpers in eine erste Richtung in eine Bewegung eines Teilbereichs des mechanischen Übersetzungselements in eine zweite Richtung, die zur ersten Richtung senkrecht ist, zu übersetzen . Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement vorgeschlagen, das einen Grundkörper aufweist, in dem elektrokeramische Schichten und Innenelektroden abwechselnd gestapelt sind. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement weist ferner ein Verbindungselement auf, das den Grundkörper umgibt und eine um den Grundkörper umlaufende Seitenfläche bildet. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement weist ein einziges mechanisches Übersetzungselement auf, das auf der umlaufenden Seitenfläche angeordnet ist und das Verbindungselement umschließt. Das mechanische Übersetzungselement ist dabei dazu ausgestaltet, eine Änderung einer Ausdehnung des Grundkörpers in eine erste Richtung in eine Bewegung eines Teilbereichs des mechanischen Übersetzungselementes in eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu übersetzen. Dadurch kann eine Amplitude der Längenänderung des Grundkörpers übersetzt werden in eine deutlich größere Bewegung des Teilbereichs in die Richtung senkrecht zur ersten Richtung.

Der Grundkörper und das Verbindungselement können einen zylinderförmige Anordnung bilden. Durch die Zylinderform der Anordnung mit der umlaufenden Seitenfläche kann es ermöglicht werden, entlang des gesamten Umfangs des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes ein haptisches Signal zu erzeugen. Wird das elektrokeramische Vielschichtbauelement in einem Gehäuse, beispielsweise einem Stift, eingebaut, erfährt ein Nutzer entlang des gesamten Umfangs das gleiche haptische Signal.

Das mechanische Übersetzungselement kann zwei Endbereiche aufweisen, die auf der Seitenfläche befestigt sind, wobei der Teilbereich zwischen den beiden Endbereichen angeordnet ist und nicht unmittelbar auf der Seitenfläche befestigt ist. Alternativ oder ergänzend können die Endbereiche auf einer ersten Grundfläche und einer zweiten Grundfläche des Grundkörpers aufliegen. Dabei liegen die beiden Grundflächen einander gegenüber und sind senkrecht zu der Seitenfläche.

Der Grundkörper kann eine erste Grundfläche und eine zweite Grundfläche aufweisen, die senkrecht zu den Seitenflächen des Grundkörpers sind, die von dem Verbindungselement umgeben werden, wobei der erste Endbereich und der zweite Endbereich nicht auf der ersten Grundfläche und nicht auf der zweiten Grundfläche aufliegen. Die Grundflächen des Grundkörpers können frei von dem Verbindungselement sein. Der Grundkörper kann ein gesintertes Bauelement mit einer Vielzahl von elektrokeramischen Schichten und Innenelektroden sein.

Das Verbindungselement kann eine Innenseite aufweisen, die an die Form des Grundkörpers angepasst ist und an der der Grundkörper anliegt. Das Verbindungselement kann eine Außenseite aufweisen, die vom Grundkörper weg weist und die zylinderförmig ist und die umlaufende Seitenfläche bildet.

Das elektrokeramische Vielschichtbauelement gemäß einem der vorher beschriebenen Aspekte kann ein Aktuator sein.

Es kann dazu ausgestaltet sein, unter einer Oberfläche angeordnet zu werden und ein haptisches Signal auf der Oberfläche zu erzeugen. Bei der Oberfläche kann es sich beispielsweise um das Gehäuse eines Eingabegerätes handeln. Die Oberfläche kann dabei das elektrokeramische Vielschichtbauelement ringförmig umschließen. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement kann dazu ausgestaltet sein, auf der gesamten Oberfläche ein haptisches Signal zu erzeugen.

Das elektrokeramische Vielschichtbauelement kann dazu ausgestaltet sein, unter mehreren zueinander angewinkelten Oberflächen jeweils ein haptisches Signal zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Eingabegerät vorgeschlagen, das das oben beschriebene elektrokeramische Vielschichtbauelement aufweist, wobei dieses dazu ausgestaltet ist, an dem Eingabegerät ein haptisches Signal zu erzeugen. Das Eingabegerät kann beispielsweise ein Stylus, ein Controller für ein Videospiel oder ein Joystick sein.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes zur Erzeugung eines haptischen Signals.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im Detail beschrieben .

Figur 1 zeigt ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement im Querschnitt .

Figur 2 zeigt das elektrokeramische Vielschichtbauelement in einer perspektivischen Ansicht.

In Figur 3 ist die Anordnung des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes in einem Stylus schematisch gezeigt.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrokeramischen Vielschichtbauelements. Figur 1 zeigt ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement 11 im Querschnitt. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 weist einen Grundkörper 1 und mechanische Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d auf. Bei dem elektrokeramischen Vielschichtbauelement 11 handelt es sich um einen piezoelektrischen Aktuator. Der piezoelektrische Aktuator kann in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung eingesetzt werden.

Der Grundkörper 1 ist ein gesintertes Bauelement mit einer Vielzahl von elektrokeramischen Schichten 22 und Innenelektroden 21. Die elektrokeramischen Schichten sind insbesondere piezoelektrische oder aktive Schichten, die übereinander zu einem Stapel angeordnet sind. Zwischen den elektrokeramischen Schichten 22 sind die Innenelektroden 21 angeordnet. Dabei sind Innenelektroden 21 unterschiedlicher Polarität alternierend angeordnet.

Bei den elektrokeramischen Schichten 22 kann es sich um Blei- Zirkonat-Titanat-Keramiken (PZT-Keramiken) handeln. Die PZT- Keramik kann ferner zusätzlich Nd und Ni enthalten.

Alternativ kann die PZT-Keramik ferner zusätzlich Nd, K und gegebenenfalls Cu aufweisen. Alternativ können die elektrokeramischen Schichten eine Pb (Zr _x Tii- _x) O3 + y Pb (Mni _/ 3Nb2 _/ 3)O3 enthaltenden Zusammensetzung aufweisen.

Der Grundkörper 1 ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel quaderförmig. Der Grundkörper 1 weist zwei einander gegenüberliegende Grundflächen 24 auf. Die Grundflächen 24 sind rechteckig oder quadratisch. Der Grundkörper 1 weist ferner vier Seitenflächen 25, 26, 27, 28 auf, die jeweils senkrecht zu den beiden Grundflächen 24 angeordnet sind. In dem in Figur 1 gezeigten Querschnitt sind zwei der vier Seitenflächen 25, 26 gezeigt.

Die elektrokeramischen Schichten 22 weisen eine Stapelrichtung S auf. Die Stapelrichtung S ist senkrecht zu einer Flächennormale einer Grundfläche 24 des Grundkörpers 1.

Der Grundkörper 1 weist zwei Isolationsbereiche 12 auf. Der jeweilige Isolationsbereich 12 ist in einem Endbereich des Grundkörpers ausgebildet. Insbesondere ist der jeweilige Isolationsbereich 12 im Bereich der Grundfläche ausgebildet.

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

Der Grundkörper 1 ist so ausgestaltet, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung des Grundkörpers 1 stattfindet. Dabei handelt es sich um eine Änderung der Ausdehnung des Grundkörpers in eine erste Richtung RI. Insbesondere sind die elektrokeramischen Schichten 22 derart polarisiert, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Innenelektroden 21 zu einer Querkontraktion des Grundkörpers 1 führt, bei der sich die Länge des Grundkörpers 1 senkrecht zur Stapelrichtung S verändert. Folglich erfolgt eine Änderung der Ausdehnung des Grundkörpers 1 quer zur Polarisationsrichtung und zum elektrischen Feld (d31 Effekt). In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnten die Innenelektroden 21 und die elektrokeramischen Schichten 22 in einer um 90° gedrehten Stapelrichtung gestapelt sein, wobei die Stapelrichtung in Richtung der Flächennormale der Grundfläche 24 zeigt. In diesem Fall kann der piezoelektrische d33 Effekt genutzt werden.

Um den Effekt der Längenänderung in Stapelrichtung S weiter zu verstärken weist das Vielschichtbauelement 11 die mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d auf.

Wird an den Grundkörper 1 Spannung angelegt, so verformen sich die mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b zumindest teilweise in Folge der Änderung der Ausdehnung des Grundkörpers 1, wie später im Detail beschrieben wird.

Der Grundkörper 1 ist zwischen den mechanischen Übersetzungselementen 13a, 13b, 13c, 13d angeordnet. Die mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d liegen zumindest teilweise auf je einer Seitenfläche des Grundkörpers 1 auf. Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d weist vorzugsweise eine Breite auf, welche der Breite des Grundkörpers 1 entspricht. Gleiches gilt vorzugsweise für die Länge der mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d.

Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d ist einstückig ausgebildet. Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d weist eine rechteckige Form auf. Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d ist streifenförmig ausgebildet. Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d ist gekrümmt bzw. verbogen ausgebildet. Beispielsweise weist das jeweilige mechanische Übersetzungselement einen Metallbügel auf. Der Metallbügel ist gebogen, wie im Folgenden im Detail erläutert wird.

Jedes der einstückigen mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d ist in mehrere Bereiche oder Abschnitte untergliedert. So weist das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d einen Teilbereich oder ersten Bereich 17a, 17b auf. Der Teilbereich 17a, 17b weist jeweils einen ersten Abschnitt oder mittleren Bereich, 19b auf.

Der Teilbereich 17a, 17b weist ferner jeweils zwei zweite Abschnitte oder Verbindungsbereiche 20a, 20b auf. Die beiden Verbindungsbereiche 20a, 20b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b schließen sich unmittelbar an den mittleren Bereich 19a, 19b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b an. Der mittlere Bereich 19a, 19b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b ist mit anderen Worten von den beiden Verbindungsbereichen 20a, 20b zu beiden Seiten hin umgeben.

Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b weist ferner zwei Endbereiche 18a, 18b auf. Die Endbereiche 18a,

18b schließen sich unmittelbar an die Verbindungsbereiche 20a, 20b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b an. Mit andere Worten verbindet jeweils ein Verbindungsbereich 20a, 20b einen Endbereich 18a, 18b mit dem mittleren Bereich 19a, 19b eines mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b.

Die beiden Endbereiche 18a, 18b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements liegen unmittelbar auf einer Seitenfläche 25, 26 des Grundkörpers 1 auf. So liegen der erste und der zweite Endbereich 18a des ersten mechanischen Übersetzungselements 13a auf einem Teilbereich der Seitenfläche 25 des Grundkörpers 1 auf. Weiterhin liegen der erste und der zweite Endbereich 18b des zweiten mechanischen Übersetzungselements 13b auf einem Teilbereich der Seitenfläche 26 des Grundkörpers 11 auf.

Die Endbereiche 18a, 18b sind vorzugsweise unlösbar mit der Seitenfläche des Grundkörpers 11 verbunden. Insbesondere sind die Endbereiche 18a, 18b mit der Seitenfläche des Grundkörpers 1 durch eine Klebeverbindung 15 verbunden.

Der jeweilige Teilbereich 17a, 17b ist von der Seitenfläche 25, 26 des Grundkörpers 1 beabstandet. Insbesondere befindet sich zwischen dem jeweiligen Teilbereich 17a, 17b und der Seitenfläche des Grundkörpers ein Freibereich 16. Der Freibereich 16 weist eine Höhe auf, die entlang des jeweiligen Teilbereichs 17a, 17b variiert. Die maximale Höhe und damit der maximale Abstand zwischen dem Grundkörper 1 und dem Teilbereich 17a, 17b beträgt vorzugsweise kleiner oder gleich 3 mm, bevorzugt 2,5 mm.

Der mittlere Bereich 19a, 19b des jeweiligen Teilbereichs 17a, 17b ist so ausgebildet, dass er parallel zu der Seitenfläche 25, 26 des Grundkörpers 1 verläuft. Damit ist die Höhe des Freibereichs 16 im Bereich des mittleren Bereichs 19a, 19b maximal. Der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b verläuft hingegen schräg zur Seitenfläche 25, 26 des Grundkörpers 1. Mit anderen Worten der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b schließt einen Winkel mit der Seitenfläche 25, 26 des Grundkörpers 1 ein. Der Winkel ist vorzugsweise kleiner oder gleich 45°. Damit verkleinert sich die Höhe des Freibereichs 16 in Richtung von mittleren Bereich 19a, 19b hin zum Endbereich 18a, 18b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b. Folglich weist das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b eine gebogene Form auf.

Das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b weist ferner wenigstens eine Ausdünnung 14, vorzugsweise mehrere Ausdünnungen 14, auf. In Figur 1 weist das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b vier Ausdünnungen 14 auf. Die Ausdünnungen 14 können dabei als ein Bereich angesehen werden, in dem das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b dünner ist, also eine geringere vertikale Ausdehnung oder Dicke hat, als im übrigen Bereich. Die Ausdünnungen 14 sind dazu vorgesehen, dass sich das mechanische Übersetzungselement 13a, 13b an der Stelle der Ausdünnung 14 bei Auslenkung des Grundkörpers 1 verbiegen kann. Bevorzugt sind die Ausdünnungen 14 in Übergangsbereichen des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b ausgebildet. Eine Ausdünnung 14 ist dabei jeweils im Übergangsbereich zwischen Verbindungsbereich 20a, 20b und Endbereich 18a, 18b ausgebildet. Ferner findet sich jeweils eine Ausdünnung 14 im Übergangsbereich zwischen mittlerem Bereich 19a, 19b und Verbindungsbereich 20a, 20b. In den Übergangsbereichen muss sich das mechanische Übersetzungselement 13a, 13b verbiegen, wenn sich der Grundkörper 1 verformt. Die Ausdünnungen 14 stellen die nötige Flexibilität des Verstärkungselements 13a, 13b sicher.

In einer alternativen Ausführungsform weist das mechanische Übersetzungselement 13a, 13b keine Ausdünnungen 14 auf. Dabei weist das mechanische Übersetzungselement 13a, 13b über seine gesamte Länge eine konstante Dicke auf. Wird nun an den Grundkörper 1 eine elektrische Spannung angelegt, so bewegen sich die Teilbereiche 17a, 17b des jeweiligen mechanischen Übersetzungselements 13a, 13b relativ zum Grundkörper 11 in eine zweite Richtung R2. Die zweite Richtung R2 ist senkrecht zur ersten Richtung RI. Die zweite Richtung R2 verläuft entlang der Stapelrichtung S.

Insbesondere bewegen sich die mittleren Bereiche 19a, 19b in die zweite Richtung R2. Dabei biegt sich das jeweilige mechanische Übersetzungselement 13a, 13b an den Übergängen zwischen dem mittleren Bereich 19a, 19b und den Verbindungsbereichen 20a, 20b sowie zwischen den Verbindungsbereichen 20a, 20b und den Endbereichen 18a, 18b.

Hingegen wird eine Bewegung der Endbereiche 18a, 18b in die zweite Richtung R2 durch die Klebeverbindung 15 mit dem Grundkörper 1 verhindert. Vielmehr bewegen sich die Endbereiche 18a, 18b mit dem Grundkörper 1 in die erste Richtung RI. Es findet damit eine Relativbewegung zwischen den Endbereichen 18a, 18b und den Teilbereichen 17a, 17b statt.

Figur 2 zeigt das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 in einer perspektivischen Ansicht. Auf jeder der vier Seitenflächen 25, 26, 27, 28 des Grundkörpers 1 ist ein mechanisches Übersetzungselement 13a, 13b, 13c, 13d angeordnet. Jedes der mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d entspricht dabei dem im Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten mechanischen Übersetzungselement. Jedes der mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d weist einen Metallbügel auf. Insbesondere ist auf einer ersten Seitenfläche 25 des Grundkörpers 1 ein erstes mechanisches Übersetzungselement 13a angeordnet. Auf einer zweiten Seitenfläche 26 des Grundkörpers 1, die gegenüber der ersten Seitenfläche 25 liegt und zu dieser parallel ist, ist ein zweites mechanisches Übersetzungselement 13b angeordnet. Wird nunmehr an die Innenelektroden 21 des Grundkörpers 1 eine elektrische Spannung angelegt, so erfährt der Grundkörper 1 eine Querkontraktion, bei der sich die Ausdehnung des Grundkörpers 1 in die erste Richtung RI verändert. Die Teilbereiche 17a, 17b des ersten und des zweiten mechanischen Übersetzungselementes 13a, 13b werden infolgedessen in die zweite Richtung R2 bewegt.

Ferner ist auf einer dritten Seitenfläche 27 des Grundkörpers 1 ein drittes mechanisches Übersetzungselement 13c angeordnet. Die dritte Seitenfläche 27 ist senkrecht zur ersten Seitenfläche 25, zur zweiten Seitenfläche 26 und zur Grundfläche 24. Auf einer vierten Seitenfläche 28 des Grundkörpers 1, die gegenüber der dritten Seitenfläche 27 liegt und zu dieser parallel ist, ist ein viertes mechanisches Übersetzungselement 13d angeordnet. Wird nunmehr an die Innenelektroden 21 des Grundkörpers 1 eine elektrische Spannung angelegt, so erfährt der Grundkörper 1 eine Querkontraktion, bei der sich die Ausdehnung des Grundkörpers 1 in die erste Richtung RI verändert. Die Teilbereiche des dritten und des vierten mechanischen Übersetzungselementes 13c, 13d werden infolgedessen in eine dritte Richtung R3 bewegt, die senkrecht zur ersten Richtung RI und zur zweiten Richtung R2 ist.

Das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 ist dementsprechend dazu ausgestaltet, ein haptisches Signal in vier Ebenen oder vier Richtungen gleichzeitig zu senden.

Jedes der mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c,

13d erzeugt durch die Bewegung des jeweiligen Teilbereiches ein haptisch wahrnehmbares Signal. Das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 ist somit dazu ausgestaltet, über die vier mechanischen Übersetzungselemente in vier Raumrichtungen ein haptisches Signal abzugeben. Dabei werden je zwei haptische Signale in die zweite Richtung R2 und zwei haptische Signale in die dritte Richtung R3 abgegeben. Es können somit haptische Signale in zueinander angewinkelte Richtungen, beispielsweise zueinander senkrechte Richtungen, abgegeben werden.

In Figur 3 ist die Anordnung des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes 11 in einem Eingabegerät 2, insbesondere in einem Stylus, schematisch gezeigt. Der Stylus weist dabei ein Gehäuse 3 auf, das das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 umschließt. Jedes der mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d liegt an einer Innenseite 4 des Gehäuses 3 an. Wird nunmehr eine Spannung an das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 angelegt und werden die Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d in Vibration versetzt, wird auf Höhe des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes 11 entlang des gesamten Umfangs des Gehäuses 3 ein haptisch wahrnehmbares Signal angeregt. Es ist dabei für den Nutzer unerheblich, an welcher Position des Umfangs des Gehäuses 3 er das Eingabegerät greift. Durch die Anordnung eines mechanischen Übersetzungselementes 13a, 13b, 13c, 13d auf jeder Seitenfläche 25, 26, 27, 28 des Grundkörpers 1 kann sichergestellt werden, dass entlang des gesamten Umfangs des Gehäuses 3 auf Höhe des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes 11 nahezu ein identisches haptisches Signal zur Verfügung steht. Statt in einem Stylus kann das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 auch in anderen Eingabegeräten zur Erzeugung eines haptischen Signals auf mehreren Oberflächen eingesetzt werden. Bei den anderen Eingabegeräten kann es sich beispielsweise um einen Controller eines Videospiels oder einen Joystick handeln.

In einer Weiterentwicklung des in Figur 2 gezeigten elektrokeramischen Vielschichtbauelementes 11 kann die Grundfläche 24 die Form eines anderen Polygons als eines Vierecks annehmen. Denkbar sind beispielsweise dreieckige, hexagonale oder oktogonale Grundflächen. Bei einer dreieckigen Grundfläche ergibt sich ein Grundkörper 1 mit drei Seitenflächen, wobei auf jeder der Seitenfläche ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet wird.

Bei einer hexagonalen Grundfläche ergibt sich ein Grundkörper 1 mit sechs Seitenflächen, die jeweils senkrecht zu der Grundfläche angeordnet sind. Dabei kann auf jeder der sechs Seitenflächen ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet sein. Alternativ könnte auf jeder zweiten der sechs Seitenflächen ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet sein, sodass das Vielschichtbauelement insgesamt drei Übersetzungselemente aufweist. Durch die Verwendung von sechs oder drei Vielschichtbauelementen kann ein haptisches Signal in sechs beziehungsweise drei Raumrichtungen an ein Gehäuse abgegeben werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Grundfläche 1 oktogonal sein. Damit ergibt sich ein Grundkörper 1 mit acht Seitenflächen, die jeweils senkrecht zu der Grundfläche sind. Auf jeder der acht Seitenflächen kann ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet sein. Alternativ könnte auf jeder zweiten der acht Seitenflächen ein mechanisches Übersetzungselement angeordnet sein. Damit ergibt sich ein elektrokeramisches Vielschichtbauelement 11, das dazu ausgestaltet ist, in acht beziehungsweise vier Raumrichtungen ein haptisches Signal an einem Gehäuse 3, das das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 ringförmig umgibt, zu erzeugen.

Gemäß einer Weiterentwicklung ist die Grundfläche 24 rund, beispielsweise kreisförmig oder oval. Der Grundkörper 1 ist dann zylinderförmig und weist eine umlaufende Seitenfläche auf.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrokeramischen Vielschichtbauelements. Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel sind die vier in Figur 2 gezeigten mechanischen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d zu einem einzigen mechanischen Übersetzungselement 13 verbunden.

Das elektrokeramischen Vielschichtbauelement 11 weist einen Grundkörper 1 auf. Der Grundkörper 1 ist quaderförmig. Der Grundkörper 1 weist elektrokeramische Schichten 21 und Innenelektroden 22 auf, die abwechselnd übereinander angeordnet sind. Der Grundkörper 1 weist eine erste Grundfläche 24 und eine zweite Grundfläche 24 auf, die einander gegenüberliegen und die zueinander parallel sind. Ferner weist der Grundkörper vier Seitenflächen 25, 26, 27,

28 auf, die jeweils zu den beiden Grundflächen 24 senkrecht sind.

Das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 weist ein Verbindungselement 29 auf, das den Grundkörper 1 umgibt. Insbesondere umgibt das Verbindungselement 29 die Seitenflächen 25, 26, 27, 28 des Grundkörpers 1. Die Grundflächen 24 des Grundkörpers 1 sind frei von dem Verbindungselement 29. In einer alternativen Ausführungsform kann das Verbindungselement 29 zusätzlich auf den Grundflächen 24 aufliegen. Es ist auch möglich, dass das Verbindungselement 29 nur auf den Grundflächen 24 aufliegt und die Seitenflächen 25, 26, 27, 28 des Grundkörpers 1 nicht direkt berührt.

Das Verbindungselement 29 umschließt den Grundkörper 1 derart, dass sich eine Zylinderform mit einer umlaufenden Seitenfläche umgibt. Die umlaufende Seitenfläche weist in einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse A des Zylinders eine Kreisform auf. Das Verbindungselement 29 ist an seiner Innenseite, die zum Grundkörper 1 weist, an die Form des Grundkörpers 1 angepasst, so dass die Seitenflächen 25, 26, 27, 28 des Grundkörpers 1 an dem Verbindungselement 29 anliegen. Das Verbindungselement 29 weist an seiner Außenseite die umlaufende Seitenfläche auf, die einen Kreiszylinder formt.

Das Verbindungselement 29 weist ein elastisches Material auf. Vorzugsweise besteht das Verbindungselement 29 aus dem elastischen Material. Das Verbindungselement 29 kann ein Gummi oder ein Klebematerial aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Das Verbindungselement 29 ist derart an dem Grundkörper 1 befestigt, dass das Verbindungselement 29 in Folge einer Verformung des Grundkörpers 1 ebenfalls verformt wird. Ändert der Grundkörper 1 in Folge des piezoelektrischen Effekts seine Ausdehnung in eine longitudinale Richtung entlang der Achse A der Zylinderform, wird auch die Ausdehnung des Verbindungselements 29 in die longitudinale Richtung in gleicher Weise geändert. Dabei wird das Verbindungselement 29 in eine radiale Richtung, die radial von der Achse A weg weist, gedehnt oder gestaucht.

Das elektrokeramische Vielschichtbauelement 11 weist ferner ein einziges mechanisches Übersetzungselement 13 auf. Das mechanische Übersetzungselement 13 umgibt den Grundkörper 1 hülsenförmig. Das mechanische Übersetzungselement 13 ist zylinderförmig. Sein Aufbau entspricht dem Aufbau jedes einzelnen der vorher beschriebenen Übersetzungselemente 13a, 13b, 13c, 13d. Es weist zwei Endbereiche 18a auf, die jeweils an dem Verbindungselement 29 anliegen, und einen mittleren Bereich 19a, der über Verbindungsbereiche 20a mit den Endbereichen 18a verbunden ist. Bei einer Querkontraktion des Grundkörpers 1 wird der mittlere Bereich 17a dabei nach außen bewegt und erzeugt eine Vibration, die als haptisches Signal wahrnehmbar ist. Durch die zylinderförmige Form des elektrokeramischen Vielschichtbauelementes 11 ist es in diesem Fall ideal, an einen zylinderförmigen Einbauplatz, beispielsweise innerhalb des Gehäuses eines Stylus, angepasst .

Das in Figur 4 beschriebene Ausführungsbeispiel ist nicht auf einen quaderförmigen Grundkörper 1 beschränkt. Der Grundkörper 1 könnte eine andere Form aufweisen und beispielsweise eine sechs- oder achteckige Grundfläche haben. Auch in diesem Fall wird der Grundkörper derart von dem Verbindungselement umschlossen, dass sich eine Zylinderform ergibt. Bezugszeichenliste

1 Grundkörper

2 Eingabegerät

3 Gehäuse

4 Innenseite des Gehäuses

11 elektrokeramisches Vielschichtbauelement

12 Isolationsbereich

13 mechanisches Übersetzungselement 13a mechanisches Übersetzungselement 13b mechanisches Übersetzungselement 13c mechanisches Übersetzungselement 13d mechanisches Übersetzungselement

14 Ausdünnung

15 Klebeverbindung

16 Freibereich 17a Teilbereich 17b Teilbereich 18a Endbereich 18b Endbereich

19a mittlerer Bereich 19b mittlerer Bereich 20a Verbindungsbereich 20b Verbindungsbereich

21 Innenelektrode

22 elektrokeramischer Schicht

23 Außenelektrode

24 Grundfläche

25 Seitenfläche

26 Seitenfläche

27 Seitenfläche

28 Seitenfläche

29 Verbindungselement A Achse S Stapelrichtung RI erste Richtung R2 zweite Richtung R3 dritte Richtung