HAPTIK-VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUND DER HAPTIK-VORRICHTUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haptik-Vorrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals. Eine derartige Vorrichtung weist einen Aktuator auf, der eine Bewegung eines beweglichen Elements erzeugt. Das bewegliche Element ist beispielsweise als berührungsempfindliche Oberfläche oder Spitze einer stiftartigen Vorrichtung ausgebildet. Der Aktuator ist beispielsweise ein piezoelektrischer Aktuator oder ein elektromagnetischer Aktuator.

Die Haptik-Vorrichtung kann zur Erzeugung eines haptischen Signals, beispielsweise bei einer Berührung, ausgebildet sein. Die Haptik-Vorrichtung kann beispielsweise als Touchscreen, Trackpad, Druckknopf oder Stylus (stiftartige Vorrichtung) ausgebildet sein. Insbesondere kann die Haptik- Vorrichtung in Automobilen oder Computern eingesetzt werden.

Aus DE 102015 117262 Al ist eine haptische Vorrichtung aufweisend einen piezoelektrischen Aktuator bekannt. Die US 8,416,066 B2 und WO 2020/011526 Al zeigen jeweils einen Stylus.

Bei derartigen Vorrichtungen ist es einerseits nötig, eine bewegliche Oberfläche nachgiebig auszulegen, um eine effektive Bewegung durch den Aktuator zu ermöglichen. Andererseits können Aktuatoren durch übermäßige Krafteinwirkung von außen auf die bewegliche Oberfläche, z.B. bei Zusammenstoß oder Fall, beschädigt werden.

Zum Schutz vor übermäßiger Krafteinwirkung ist es bekannt, zur Wegbegrenzung bei Haptik-Vorrichtungen mechanische Anschlagelemente vorzusehen. Beispielsweise offenbart die US 9,379,305 B2 ein Anschlagelement an einer Umhausungsplatte, die US 2012/0248935 Al ein Anschlagselement an einer

Grundplatte und die US 2021/0280768 Al eine Schubplatte mit Wegbegrenzung .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Haptik- Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften anzugeben. Insbesondere soll ein Schutz vor Überlast bei Erhaltung der haptischen Funktion erreicht werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Haptik-Vorrichtung eine bewegliche Oberfläche und einen Aktuator zur Bewegung der beweglichen Oberfläche auf. Die Haptik-Vorrichtung ist beispielsweise als berührungsempfindlicher Bildschirm oder als stiftförmige Vorrichtung (Stylus) ausgebildet. Die Haptik-Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, von einem Benutzer gehalten zu werden, wie beispielsweise ein Stylus. Bei einer derartigen Vorrichtung ist die Gefahr einer Beschädigung durch Fallenlassen der Vorrichtung besonders groß.

Die bewegliche Oberfläche ist insbesondere eine äußere Oberfläche, die zur Ausgabe eines haptischen Signals ausgebildet sein kann. Die Oberfläche ist beispielsweise die äußere Oberfläche eines beweglichen Elements wie eine Oberfläche eines Touchscreens oder die Spitze eines Stylus. Die Oberfläche kann auch direkt eine Oberfläche des Aktuators sein. Der Aktuator weist beispielsweise ein piezoelektrisches oder elektromagnetisches Wandlerelement auf, welches ein elektrisches Signal in eine Bewegung oder Verformung des Wandlerelements umwandelt. Der Aktuator kann alternativ oder zusätzlich als Sensor ausgebildet sein, der dazu ausgebildet ist, eine auf die bewegliche Oberfläche von außen ausgeübte Kraft zu detektieren. Insbesondere kann der Aktuator gleichzeitig als Aktuator und Sensor ausgebildet sein. Die Elemente der Haptik-Vorrichtung und des Aktuators können bei einer Sensorfunktion unverändert vorhanden sein.

Der Aktuator ist zwischen der beweglichen Oberfläche und einem federnden Widerlager angeordnet. Das Widerlager ist insbesondere dazu ausgebildet, den Aktuator zu tragen und bei Ausdehnung des Aktuators eine Gegenkraft zu erzeugen. Durch geeignete Einstellung des Steifigkeitsverhaltens des Aktuators und einer Federkonstante des Widerlagers kann erreicht werden, dass der Aktuator besser vor einer Überlast geschützt ist. Dazu ist der Aktuator derart ausgebildet, dass eine Steifigkeit des Aktuators in Abhängigkeit von einem Wert einer Einwirkung einer Kraft auf die bewegliche Oberfläche von außen verschiedene Werte annimmt. Bei einer Kraft, deren Wert unterhalb eines ersten Kraftwertes liegt, weist die Steifigkeit des Aktuators einen ersten Wert auf. Bei einer Kraft, deren Wert oberhalb der Kraft liegt, weist die Steifigkeit des Aktuators einen zweiten Wert auf, der größer ist als der erste Wert. Die Federkonstante des Widerlagers liegt zwischen dem ersten Steifigkeitswert und dem zweiten Steifigkeitswert .

Beispielsweise ist die Federkonstante D mindestens 1,5-mal so groß wie die erste Steifigkeit. Beispielsweise ist die

Federkonstante mindestens um 100 N/mm größer als die erste

Steifigkeit des Aktuators. Beispielsweise ist die

Federkonstante höchstens 0,75-mal so groß wie die zweite Steifigkeit. Beispielsweise ist die Federkonstante mindestens um 100 N/mm kleiner als die zweite Steifigkeit des Aktuators.

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Aktuator unterhalb des ersten Kraftwertes ausreichend komprimierbar ist, um die haptische Funktionalität zu gewährleisten. Insbesondere kann unterhalb des ersten Kraftwertes der Betriebsbereich der Haptik-Vorrichtung liegen. Das federnde Widerlager beeinträchtigt die Funktionalität im Betriebsbereich aufgrund der größeren Federkonstante nicht oder nur wenig. Oberhalb des ersten Kraftwertes kann dann die Funktionalität des Widerlagers zum Tragen kommen, da dort die Federkonstante kleiner ist als die Steifigkeit des Aktuators. Somit verformt sich das Widerlager stärker und die Kompression des Aktuators nimmt ab.

Beispielsweise ist der zweite Steifigkeitswert mindestens doppelt so groß wie der erste Steifigkeitswert. Der zweite Steifigkeitswert kann auch mindestens viermal so groß sein wie der erste Steifigkeitswert.

Das Widerlager ist beispielsweise randseitig mit einem Gehäuse der Haptik-Vorrichtung verbunden. Das Widerlager kann auch als integraler Bestandteil des Gehäuses ausgebildet sein. Das Widerlager kann nur einseitig gehalten sein, beispielsweise einseitig mit dem Gehäuse verbunden sein. Beispielsweise ist das Widerlager in Form eines Balkens ausgebildet. Das Widerlager kann auch umlaufend oder an zwei gegenüberliegenden Seiten gehalten sein. Das Widerlager kann auch anderweitig ausgebildet sein, beispielsweise eine Platte aufweisen, die durch ein Federelement federnd gelagert ist. Die Haptik-Vorrichtung kann eine Wegbegrenzung der beweglichen Oberfläche in Richtung des Aktuators aufweisen, die durch einen mechanischen Anschlag definiert ist. Beispielsweise ist der Anschlag durch das Gehäuse oder ein am Gehäuse fixiertes Teil ausgebildet. Die Wegbegrenzung, also ein maximaler Weg der Oberfläche von einer Ruheposition in Richtung des Aktuators, kann größer sein als eine Kompression des Aktuators bei Erreichen des Anschlags. Die Kompression des Aktuators ist dabei die Dickenänderung des Aktuators in Bezug auf eine Dicke des Aktuators ohne Einwirkung einer Kraft von außen.

Beispielsweise ist die Kompression des Aktuators bei Erreichen des Anschlags kleiner oder gleich der Hälfte der Wegbegrenzung. Beispielsweise liegt die Wegbegrenzung bei einem Wert von 0, 2 bis 0,5 mm und die dabei vorliegende Kompression des Aktuators bei weniger als 0,15 mm.

Die Änderung der Steifigkeit des Aktuators kann beispielsweise durch wenigstens ein Stützelement erreicht werden, dass sich bei Erreichen des ersten Kraftwertes an einem Wandlerelement des Aktuators abstützt. Beispielsweise ist das Stützelement Teil eines Verstärkungselements, das die Bewegung des Aktuators verstärkt. Das Verstärkungselement ist beispielsweise in Form eines Bügels ausgebildet. Das Stützelement kann als Vorsprung des Verstärkungselements in Richtung des Aktuators ausgebildet sein. Das Stützelement kann bei Erreichen des ersten Kraftwertes mechanisch am Wandler anschlagen. Das Stützelement kann beispielsweise ein integraler Bestandteil des Verstärkungselements sein oder am Verstärkungselement befestigt sein. Es ist auch möglich, das Stützelement am Wandlerelement auszubilden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung der vorgehend beschriebenen Haptik-Vorrichtung angegeben. Im Verfahren wird ein Aktuator mit zwei voreingestellten Steifigkeitswerten bereitgestellt. Es wird ein federndes Widerlager mit einer Federkonstante gewählt, die zwischen den Steifigkeitswerten des Aktuators liegt.

Zudem kann eine maximale Kompression des Aktuators bestimmt werden, d.h., eine Kompression die gerade noch zulässig ist, so dass der Aktuator nicht beschädigt wird. Es kann eine Wegbegrenzung der beweglichen Oberfläche durch einen mechanischen Anschlag festgelegt werden. Die Federkonstante wird dann derart gewählt, dass die Kompression des Aktuators bei Erreichen der Wegbegrenzung geringer ist als die maximale Kompression des Aktuators.

Die vorliegende Erfindung umfasst mehrere Aspekte, insbesondere Vorrichtungen und Verfahren. Die für einen der Aspekte beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und

Ausführungsformen sollen entsprechend auch für den anderen Aspekt gelten.

Zudem ist die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.

Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand schematischer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen: Figur 1 eine Ausführungsform einer Haptik-Vorrichtung im Querschnitt,

Figur 2 ein Weg-Kraft-Diagramm einer Ausführungsform einer Haptik-Vorrichtung,

Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer Haptik- Vorrichtung im Querschnitt.

Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Haptik-Vorrichtung 1 im Querschnitt. Die Haptik-Vorrichtung 1 ist stiftförmig ausgebildet und wird auch als Stylus bezeichnet. Die Haptik- Vorrichtung 1 kann als Eingabe- und/oder Ausgabegerät eingesetzt werden, beispielsweise in einer Virtual Reality Anwendung oder einer Augmented Reality Anwendung.

Die Haptik-Vorrichtung 1 kann bei einem Nutzer einen spezifischen haptischen Eindruck erzeugen. Beispielsweise kann der Eindruck erzeugt werden, dass die Haptik-Vorrichtung 1 über eine Oberfläche bewegt wird. Es können auch spezifische Eindrücke von Oberflächentexturen erzeugt werden.

Dazu weist die Haptik-Vorrichtung 1 einen Aktuator 2 auf, der dazu ausgestaltet ist, Bewegungen zu erzeugen, durch die dem Nutzer ein haptischer Eindruck vermittelt wird. Insbesondere ist der Aktuator 2 zur Erzeugung von Vibrationen ausgebildet.

Der Aktuator 2 ist dazu ausgebildet, eine Bewegung einer beweglichen Oberfläche 15 zu erzeugen. Die bewegliche Oberfläche 15 kann eine äußere Oberfläche eines beweglichen Elements 3 sein. Die bewegliche Oberfläche 15 ist insbesondere beweglich relativ zu einem Gehäuse 11 der Haptik-Vorrichtung 1 ausgebildet. Beispielsweise weist das bewegliche Element 3 eine Spitze 4 der Haptik-Vorrichtung 1 auf. Das bewegliche Element 3 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das bewegliche Element 3 weist abschnittsweise die Form eines Stabes, insbesondere eines Schafts auf. Die Spitze 4 kann ein integraler Bestandteil des stabförmigen Bereichs sein. Die Spitze 4 kann über eine Oberfläche bewegt werden und es kann durch die Bewegung der Spitze 4 ein Eindruck einer Oberflächentextur bei einem Nutzer erzeugt werden. Es ist auch möglich, bei einem Stylus eine bewegliche Oberfläche 15 und das bewegliches Element 3 so anzuordnen, dass der Nutzer direkt in Kontakt mit der beweglichen Oberfläche 15 kommt. Beispielsweise ist eine bewegliche Oberfläche 15 in diesem Fall seitlich an der Haptik-Vorrichtung 1 angeordnet und der Aktuator 2 entsprechend gedreht orientiert.

Die Bewegung des Aktuators 2 wird über eine erste Kontaktfläche 5 an das bewegliche Element 3 übertragen. Eine zweite Kontaktfläche 6 des Aktuators 2 liegt an einem federnden Widerlager 7 an. Bei einer Ausdehnung des Aktuators 2 werden gegengleiche Kräfte auf die Kontaktflächen 5, 6 ausgeübt. Das federnde Widerlager 7 kann fest mit dem Gehäuse 11 verbunden sein oder auch ein integraler Bestandteil des Gehäuses 11 sein.

Der Aktuator 2 weist ein Wandlerelement 8 auf, das bei Anlegen eines elektrischen Signals eine Bewegung, beispielsweise eine Verformung, Ausdehnung oder Kontraktion ausführt. Beispielsweise ist das Wandlerelement 8 als piezoelektrisches Element ausgebildet. Es kann sich hierbei um ein piezokeramisches Element handeln. Insbesondere kann es sich um ein Vielschichtbauelement handeln. Es ist auch möglich, das Wandlerelement 8 anderweitig auszubilden, beispielsweise als elektromagnetischer Aktuator wie z.B. eine Voice Coil (Schwingspulen-Stellglied).

Der Aktuator 2 weist zudem ein Verstärkungselement 9 auf, um die Größe der Bewegungen, insbesondere der Vibrationen zu verstärken. Das Verstärkungselement 9 ist beispielsweise als Blech ausgebildet. Das Verstärkungselement 9 ist randseitig am Wandlerelement 3 befestigt. In einem zentralen Bereich weist das Verstärkungselement 9 die erste Kontaktfläche 5 auf, die zur Einwirkung auf das bewegliche Element 3 ausgebildet ist. Der zentrale Bereich des Verstärkungselements 9 ist vom Wandlerelement 8 beabstandet und kann sich relativ zum Wandlerelement 8 bewegen. Durch das Verstärkungselement 9 kann eine Bewegung des Wandlerelements 8 entlang einer axialen Richtung verstärkt werden. Das Verstärkungselement 9 ist beispielsweise in Form eines Bügels oder eines Kegelstumpfes ausgebildet.

Auf einer gegenüberliegenden Seite des Wandlerelements 9 weist der Aktuator 2 ein weiteres Verstärkungselement 10 auf. Das weitere Verstärkungselement 10 weist die Kontaktfläche 6 zum Widerlager 7 auf.

Der Abstand der Kontaktflächen 5, 6 definiert eine Dicke d des Aktuators 2. Eine Kompression Ad des Aktuators 2 ist eine Änderung der Dicke im Vergleich zur Dicke ohne Krafteinwirkung von außen auf das bewegliche Element 6, also im Ruhezustand der Haptik-Vorrichtung. Bei Vibration des Aktuators 2 im Betrieb ist die Dicke die mittlere Dicke des

Aktuators . Durch übermäßige Einwirkung einer Kraft F auf die bewegliche Oberfläche 15, beispielsweise bei Stößen oder einem Fallenlassen der Haptik-Vorrichtung 1, kann der Aktuator 2 beschädigt werden. Beispielsweise kann der Aktuator 2 bei einem Fall mit der Spitze 4 aufschlagen. Insbesondere kann eine Beschädigung bei einer zu starken Kompression Ad des Aktuators 2 auftreten. Beispielsweise kann eine zu starke Kompression Ad dazu führen, dass die Verstärkungselemente 9, 10 beschädigt werden oder die Befestigung am Wandlerelement 8 beeinträchtigt wird.

Zur Begrenzung der Kompression kann die Haptik-Vorrichtung 1 einerseits einen mechanischen Anschlag 14 aufweisen, um den maximalen Weg der beweglichen Oberfläche 15 und des beweglichen Elements 3 in Richtung des Aktuators 2 zu begrenzen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass eine Wegbegrenzung, die einerseits zuverlässig wirkt, bevor der Aktuator 2 beschädigt wird, und gleichzeitig die haptische Funktion nicht beeinträchtigt, mit einem derartigen Anschlag 14 oftmals technisch nicht umsetzbar ist. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass der Anschlag 14 einen Weg des beweglichen Elements 3 zulassen muss, der deutlich größer ist als eine maximal zulässige Kompression Ad _max des Aktuators 2. Beispielsweise beträgt der maximale Weg x _max der beweglichen Oberfläche 15 und des beweglichen Elements 3 0,3 mm während die maximale erlaubte Kompression Ad _max bei 0,15 mm liegt.

Zur Begrenzung der Kompression des Aktuators 1 ist das Widerlager 7 als Federelement ausgebildet. Beispielsweise ist das Widerlager 7 als Blattfeder ausgebildet. Das Widerlager 7 weist beispielsweise die Form eines Balkens auf. Das Widerlager 7 ist randseitig am Gehäuse 11 fixiert. Beispielsweise ist das Widerlager 7 nur an einer Seite am

Gehäuse 11 fixiert. Das Widerlager 7 kann ein integraler Bestandteil des Gehäuses 11 sein. Es ist auch möglich, dass das Widerlager 7 am Gehäuse 11 befestigt ist. Beispielsweise ist das Widerlager 7 aus Metall.

Das Widerlager 7 weist eine Federkonstante D auf, deren Wert größer als die Steifigkeit des Aktuators 2 in einem vorgesehenen Betriebsbereich ist. Beispielsweise liegt die Federkonstante D bei 300 N/mm.

Beispielsweise hat der Aktuator 2 im Betriebsbereich eine Steifigkeit Sl. Die Steifigkeit des Aktuators ist insbesondere eine differentielle Steifigkeit in Form einer Ableitung der Normalkraft auf die Kontaktflächen 5, 6 nach dem Abstand d zwischen den Kontaktflächen 5, 6. Die Steifigkeit kann in bestimmten Abstandsbereichen einen konstanten Wert aufweisen. Es ist auch möglich, dass sich die Steifigkeit kontinuierlich ändert.

Der vorgesehene Betriebsbereich wird durch einen ersten Wert Fl einer Kraft auf die bewegliche Oberfläche 15 definiert. Solange die Kraft kleiner oder gleich dem Wert Fl ist, befindet sich die Haptik-Vorrichtung im Betriebsbereich, bei dem haptische Signale ausgegeben werden sollen.

Da im Betriebsbereich die Steifigkeit Sl des Aktuators 2 kleiner ist als die Federkonstante D des Widerlagers 7, wird bei Einwirkung einer Kraft vorwiegend der Aktuator 2 komprimiert, während das Widerlager 7 sich nur wenig verformt. Dadurch, dass im Betriebsbereich die Federkonstante D des Widerlagers 7 größer ist als die Steifigkeit Sl des Aktuators 2 wird die Funktionalität des Aktuators 2 nicht oder nur wenig beeinträchtigt. Beispielsweise ist die Federkonstante D mindestens um 100 N/mm größer als die erste Steifigkeit S1 des Aktuators 2. Beispielsweise ist die Federkonstante D mindestens 1,5-mal so groß wie die erste Steifigkeit S1.

Der Aktuator 2 ist derart ausgebildet, dass seine Steifigkeit bei einer Überschreitung des ersten Kraftwertes Fl einen Wert S2 hat, der größer ist als die Federkonstante des Widerlagers 7. Auf diese Weise wird die Kompression des Aktuators 2 verringert und eine größere Verformung des Widerlagers 7 erzielt.

Zur Einstellung der Steifigkeit in verschiedenen Kraftbereichen weist der Aktuator 1 ein oder mehrere Stützelemente 12, 13 auf. Beispielsweise sind die Stützelemente 12, 13 näher am Wandlerelement 8 als die jeweiligen Kontaktflächen 5, 6 angeordnet. Die Stützelemente 12, 13 können in die Verstärkungselemente 9, 10 integriert sein. Beispielswiese sind die Stützelemente 12, 13 als Vertiefungen in den Verstärkungselementen 9 und 10 ausgebildet und verringern den Abstand der Verstärkungselemente 9 und 10 vom Wandlerelement 8. Beispielsweise wird der Abstand in der Nähe der Kontaktflächen 5, 6 verringert.

Bei Einwirkung einer Kraft von außen auf das bewegliche Element 3 ab einem ersten Wert Fl und damit einer bestimmten Kompression des Aktuators kommen die Stützelemente 12, 13 mit dem Wandlerelement 8 in Anschlag. Dies führt zu einer Erhöhung der Steifigkeit des Aktuators 1 von einem ersten Wert S1 auf einen zweiten Wert S2, so dass eine weitere Kompression des Aktuators 1 erschwert ist. Der Wert S2 ist dabei größer als die Federkonstante D. Beispielsweise ist S2 mindestens doppelt so groß wie Sl. Beispielsweise gilt S2 > 2 x SI. S2 kann mindestens viermal so groß sein wie Sl. Beispielsweise gilt S2 > 4 x Sl. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei Überschreitung des ersten Kraftwertes Fl die weitere Kompression des Aktuators 2 deutlich verringert wird.

Bei Anliegen des beweglichen Elements 3 am Anschlag 14 wirkt eine Wegbegrenzung zwischen dem beweglichen Element 3 und dem Gehäuse 11. Beispielsweise wirkt der Anschlag 14 bei einer zweiten Kraft F2 = 50 N auf das bewegliche Element 3.

Die Steifigkeit S3 der Wegbegrenzung, die im Wesentlichen durch die Verformbarkeit des beweglichen Elements 3 und des Anschlags 14 bestimmt wird, ist größer als S2. Beispielsweise ist die Steifigkeit S3 mindestens doppelt so groß wie S2.

Insgesamt kann durch die Verwendung eines Widerlagers 7 und der Einstellung der Steifigkeitswerte des Aktuators 3 erreicht werden, dass der Weg der beweglichen Oberfläche 15 bis zum Wirksamwerden der Wegbegrenzung ausreichend groß sein kann, so dass die haptische Funktionalität nicht beeinträchtigt wird, und gleichzeitig ein effektiver Schutz des Aktuators 2 vor Überlast erreicht wird.

In einer spezifischen Ausführungsform ist die Haptik- Vorrichtung 1 als Stylus ausgebildet, insbesondere wie in Figur 1 gezeigt. Der Aktuator 2 ist als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet. Beispielsweise weist der Aktuator die Abmessungen 7 x 3,75 x 1,3 mm (Länge x Breite x Höhe) auf. Die Erhöhung der Steifigkeit des Aktuators 2 wird beispielsweise bei einer ersten Kraft Fl = 5 N bewirkt. Figur 2 zeigt ein Weg-Kraft-Diagramm für die Bewegung bzw. Kompression verschiedener Komponenten der Haptik-Vorrichtung. Der Weg x ist in mm und die Kraft F von außen auf das bewegliche Element 6 bzw. die Spitze 4 in N angegeben.

Im Betriebsbereich, d.h., bei einer Einwirkung einer Kraft F kleiner oder gleich Fl ist die Steifigkeit S1 des Aktuators 2 bei einem kleinen Wert, so dass eine große Kompression des Aktuators 2 erfolgt. Die Steigung der Kurve der Kompression Ad wird dabei im Wesentlichen von der Steifigkeit S1 bestimmt .

Bei einer Einwirkung einer Kraft F eines Wertes größer gleich Fl erhöht sich die Steifigkeit des Aktuators 2. Die Erhöhung der Steifigkeit kann durch das Anliegen von Stützelementen 12, 13 am Wandlerelement 8 erzielt werden. Die Erhöhung der Steifigkeit kann auch durch anderweitige Geometrien der Verstärkungselemente 9, 10 erreicht werden. Bei einer Einwirkung einer Kraft größer als Fl ist die Steifigkeit des Aktuators 2 größer als die Federkonstante des Widerlagers 7. Die Kompression Ad des Aktuators 2 nimmt in diesem Bereich bei Zunahme der Kraft nur noch wenig t zu. Stattdessen verformt sich das Widerlager 7 stärker.

Bei Erreichen des Kraftwertes F2 wirkt der mechanische Anschlag 14 auf das bewegliche Element 3. Die Kompression Ad des Aktuators 2 nimmt bei Erhöhung der Kraft nur noch minimal zu. Insbesondere bleibt die Kompression Ad auch bei sehr großen Kräften unterhalb der maximalen Kompression Ad von beispielsweise 0,15 mm, auch wenn der Weg des bewegten Teils 3 bis zum Anschlag deutlich größer ist, beispielsweise 0,3 mm oder mehr beträgt. Ebenfalls zu sehen im Diagramm ist der Verlauf der Verformung x^f des Widerlagers 7, insbesondere die Bewegung eines zentralen Bereichs des Widerlagers 7, an der die zweite Kontaktfläche 6 anliegt, in Kraftrichtung F. Zudem ist der Weg Xß der beweglichen Oberfläche 15 bzw. des beweglichen Elements 3 in Kraftrichtung F gezeigt. Bei einer Kraft größer gleich F2 liegt das bewegliche Element 3 am Anschlag 14 an, so dass ein weiterer Weg nur durch eine Verformung der Komponenten erreicht wird. Beispielsweise findet hier eine Wölbung oder Verformung der beweglichen Oberfläche 15 bzw. des beweglichen Elements 3 oder des Anschlags 14 statt.

Zudem ist die auf den Aktuator 3 und das Widerlager 7 einwirkende Kraft FJY dargestellt. Auch hier ist zu sehen, wie die Kraft FJY sich aufgrund des Anschlags ab einem Wert F2 der von außen einwirkenden Kraft F nur noch wenig zunimmt.

Durch das federnde Widerlager 7 und die Einstellung der Steifigkeitswerte SI, S2 des Aktuators 2 kann die Kompressionskraft auf den Aktuator begrenzt werden. Beispielsweise bleibt die Kompressionskraft auf den Aktuator 2 unter 80 N auch wenn auf das bewegliche Element 3 eine äußere Kraft von 400 N wirkt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Haptik- Vorrichtung 1. Auch hier ist ein Aktuator 2 zwischen einem beweglichen Element 3 und einem federnden Widerlager 7 angeordnet. Das Widerlager 7 ist randseitig an einem Gehäuse 11 gehalten. Beispielsweise ist das Widerlager 7 in Form eines Balkens oder einer Scheibe ausgebildet. Der Aktuator 2 kann wie in der Ausführungsform gemäß Figur 1 ausgebildet sein. Insbesondere ist der Aktuator 2 ausgebildet, bei einem ersten Kraftwert Fl seine Steifigkeit zu erhöhen. Dazu weist der Aktuator 2 Stützelemente 12, 13 auf, die in Verstärkungselemente 8, 9 integriert sein können.

Im Unterschied zur Ausführungsform aus Figur 3 ist die Haptik-Vorrichtung 1 nicht in Form eines Stylus, sondern mit einer haptischen Berühroberfläche ausgebildet, beispielsweise einem Berührbildschirm („Touchscreen") oder einem Druckknopf. Insbesondere weist das bewegliche Element 3 eine bewegliche Oberfläche 15 auf, die dazu ausgebildet ist, von einem Benutzer zur Eingabe eines Signals oder Empfang einer Rückmeldung mit einem Finger oder einem Eingabegerät berührt zu werden. Beispielsweise tätigt ein Benutzer durch Fingerdruck eine Eingabe oder empfängt ein haptisches Signal, insbesondere eine haptische Rückmeldung auf eine Eingabe.

Auch hier ist eine Wegbegrenzung des beweglichen Elements 3 durch einen mechanischen Anschlag 14 ausgebildet. Beispielsweise liegt die Wegbegrenzung bei Xß = 0,3 mm. Die Wegbegrenzung ist beispielsweise bei einer Kraft F2 = 50 N erreicht .

Der Aktuator 2 weist beispielsweise Bauteilmaße von 12 x 4 x 1,75 mm (Länge x Breite x Höhe) auf. Die erste Steifigkeit S1 des Aktuators liegt beispielsweise bei 100 N/mm. Bei einer vorgegebenen äußeren Kraft F eines ersten Wertes Fl erhöht sich die Steifigkeit des Aktuators beispielsweise auf einen Wert S2 = 1800 N/mm. Beispielsweise liegt der erste Wert Fl bei 8 N. Die Federkonstante D des Widerlagers 7 liegt zwischen den Steifigkeitswerten S1 und S2. Beispielsweise liegt die Federkonstante D bei 300 N/mm. BezugsZeichen

1 Haptik-Vorrichtung

2 Aktuator

3 bewegliches Element

4 Spitze

5 erste Kontaktfläche

6 zweite Kontaktfläche

7 Widerlager

8 Wandlerelement

9 Verstärkungselement

10 weiteres Verstärkungselement

11 Gehäuse

12 Stützelement

13 Stützelement

14 Anschlag

15 bewegliche Oberfläche d Dicke

Δd Kompression

Δdmax maximale Kompression

S Steifigkeit

S1 erster Steifigkeitswert

S2 zweiter Steifigkeitswert

D Federkonstante

F1 erster Kraftwert

F2 zweiter Kraftwert xW Weg Widerlager xB Weg bewegliches Teil

F Kraft von außen

FJY Kraft auf Aktuator

S3 Steifigkeit Anschlag ^x max Wegbegrenzung