Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Aktuatoreinheit zur Erzeugung eines haptischen Feed- backs an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1 . Die Aktuatoreinheit weist wenigstens eine in Z-Richtung bewegliche Flä- che und eine Druckmesseinrichtung zur Messung eines Drucks in Z-Richtung auf diese bewegliche Fläche auf. Ferner ist eine Feedbackkomponente vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf einen durch die Druckmesseinrichtung gemes- senen Druck ein haptisches Feedback auf die bewegliche Fläche zu übertragen. Die Aktuatoreinheit weist Kontaktierungsmitel zum Anschluss einer Kontrolleinheit auf, die dazu ausgebildet ist, Druckmesswerte der Druckmesseinrichtung zu empfangen und auszuwerten, und die Feedbackkomponente über die Kontaktierungsmittel an- zusteuern, ein haptisches Feedback zu erzeugen, falls ein empfangener Druck- messwert einen Grenzwert übersteigt.

Eine solche Aktuatoreinheit kann in verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, um bei einem bestimmten Druck auf eine Fläche einer Mensch-Maschine- Schnittstelle ein haptisches Feedback an der Fläche zu erzeugen. Dies kann insbe- sondere vorteilhaft eingesetzt werden, um bei einem Nutzer die Wahrnehmung einer mechanischen Drucktaste zu erzeugen. Das haptische Feedback kann dabei von einer Feedbackkomponente auf verschiedene Arten erzeugt werden, wobei bei- spielsweise piezoelektrische, elektromagnetische und/oder elektrostatische Effekte genutzt werden, um eine Fläche kurzzeitig aus einer Ruhelage in eine ausgelenkte Lage zu bewegen. Für die Druckmessung können ebenfalls verschiedene physikali- sche Effekte genutzt werden, wobei beispielsweise eine kapazitive Druckmessung verwendet werden kann. Insbesondere wird ein solches haptisches Feedback in elektronischen Geräten an einem Touchpad oder einem Touchscreen vorgesehen. Hierzu wird oftmals unter- halb einer berührungssensitiven Fläche eines elektronischen Gerätes ein komplexer Schichtaufbau aus mehreren Funktionsschichten vorgesehen, wie es beispielsweise in der US 2019/0391677 A1 offenbart ist. Ein solcher SchiGhtaüfbau ist jedoch fest in das elektronische Gerät integriert und stellt kein eigenständiges, abgegrenztes Bau- teil dar, welches z.B. an verschiedenen Positionen unter einer Anzeige platziert wer- den kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst kompakt aufgebaute Aktuatoreinheit zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einer beweglichen Fläche bereit zu stel- len, die insbesondere als eigenständiges Bauteil an einer Mensch-Maschine- Schnittstelle eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Aktuatoreinheit gemäß dem unab- hängigen Anspruch 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der Aktuatoreinheit erge- ben sich aus den Unteransprüchen 2-14. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merk- male in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakteri- siert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.

Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit ist zur Erzeugung eines haptischen Feed- backs an einer Mensch-Maschine-Schnitstelle ausgebildet. Unter einem haptischen Feedback versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung eine taktile Rückmel- dung von Kraft an einen Nutzer, der mit der Hand, einem Finger oder einem mit der Hand betätigten Hilfsmittel Druck auf eine Fläche ausübt. Unter einer Mensch- Maschine-Schnitstelle versteht man im Sinne dieser Erfindung eine Schnittstelle, über welche ein Nutzer ein elektronisches Gerät bedienen und/oder steuern kann. Insbesondere wird dabei eine druck- und/oder berührungssensitive Fläche einge- setzt, über welche ein Nutzer durch Kontakt mit der Fläche ein elektronisches Gerät bedienen und/oder steuern kann. Diese Fläche kann auch als Kontaktfläche be- zeichnet werden. Bei der zu berührenden Fläche handelt es sich beispielsweise um eine berührungssensitive Fläche eines Touchpads oder Touchscreens. Doch die Er- findung kann auch bei anderen Arten von Mensch-Maschine-Schnittstellen einge- setzt werden, bei denen ein haptisches Feedback vorteilhaft ist. Die taktile Rückmel- dung erfolgt üblicherweise durch eine kurze Auslenkung der vom Nutzer berührten Fläche, insbesondere durch eine Vibration. Die Aktuatoreinheit weist wenigstens eine in Z-Richtung bewegliche Fläche und eine Druckmesseinrichtung zur Messung eines Drucks in Z-Richtung auf diese bewegli- che Fläche auf. Die Z-Richtung verläuft im Wesentlichen in einem Winkel von etwa 90° zur beweglichen Fläche. Ferner ist eine Feedbackkomponente vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf einen durch die Druckmesseinrichtung gemes- senen Druck ein haptisches Feedback auf die bewegliche Fläche zu übertragen, d.h. eine kurze Bewegung/Auslenkung des ersten Gehäuseteils aus einer Ruhelage in eine ausgelenkte Lage zu bewirken. Dabei kann die Feedbackkomponente eine ein- malige oder mehrmalige Auslenkung der beweglichen Fläche bewirken. Geeignete Dämpfer- und Rückstellmechanismen bewirken ein gewünschtes Schwingverhalten der beweglichen Fläche. Die Aktuatoreinheit weist dazu Kontaktierungsmitel zum Anschluss einer Kontrolleinheit auf, die dazu ausgebildet ist, Druckmesswerte der Druckmesseinrichtung zu empfangen und auszuwerten, und die Feedbackkompo- nente anzusteuern, ein haptisches Feedback zu erzeugen, falls ein empfangener Druckmesswert einen Grenzwert übersteigt.

Bei dem Grenzwert kann es sich um einen fest in der Kontrolleinheit hinterlegten Druckwert handeln. In einer anderen Ausführungsform ist dieser Grenzwert an der Kontrolleinheit einstellbar, so dass verschiedene Grenzwerte eingestellt können bzw. zwischen verschiedenen Grenzwerten gewählt werden kann. Ferner ist es möglich, mehrere Grenzwerte zu definieren und diesen Grenzwerten verschiedene haptische Feedbacks zuzuordnen. Beispielsweise kann einem Nutzer bei einem leichten Druck auf eine Fläche eine andere taktile Rückmeldung gegeben werden als bei einem hö- heren Druck, wobei auch ein oder mehrere Zwischenstufen vorhanden sein können. Erfindungsgemäß weist die Aktuatoreinheit wenigstens zwei Gehäuseteile auf, wobei ein erstes Gehäusesteil die bewegliche Fläche ausbildet, indem das erste Gehäuse- teil gegenüber einem zweiten Gehäuseteil wenigstens in Z-Richtung beweglich an- geordnet ist Die Druckmesseinrichtung ist dann zur Messung eines Drucks in Z- Richtung auf das bewegliche Gehäuseteil ausgebildet. Die Feedbackkomponente ist zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet und die Druckmesseinrichtung ist eine kapazitive Messeinrichtung, die räumlich getrennt von der Feedbackkomponen- te ebenfalls zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet ist, um durch eine Be- wegung des beweglichen ersten Gehäuseteils gegenüber dem zweiten Gehäuseteil in Z-Richtung eine kapazitive Druckmessung zu bewirken. Zur Bewegung des ersten Gehäuseteils gegenüber dem zweiten Gehäuseteil stützt sich die Feedbackkompo- nente an dem zweiten Gehäuseteil ab. Die Auslenkung einer Fläche kann grundsätz- lich in Z-Richtung, d.h. in einem Winkel von 90° zur beweglichen Fläche, oder lateral erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit erfolgt die Auslenkung in Z- Richtung, indem die Feedbackkomponente das erste bewegliche Gehäuseteil von dem zweiten Gehäuseteil wegdrückt.

Die Aktuatoreinheit ist vorzugsweise als eigenständiges Bauteil ausgebildet, das als Funktionskomponente in ein elektronisches Gerät eingebaut werden kann. Bei- spielsweise kann sie unterhalb einer Fläche eines Touchpads oder Touchscreens montiert werden, wobei die erste bewegliche Gehäusehälfte der Aktuatoreinheit me- chanisch mit einer berührungssensitiven Fläche verbunden wird. In einer Ausfüh- rungsform der Erfindung werden mehrere Aktuatoreinheiten verbaut, wobei bei- spielsweise vier Aktuatoreinheiten in Frage kommen, die jeweils in einer Ecke einer Fläche angeordnet sind. Andere geeignete Anordnungen sind jedoch ebenfalls mög- lich. Bei Druck eines Nutzers auf die Fläche wird dieser Druck auf das erste Gehäu- seteil übertragen, dessen Bewegung in Richtung des zweiten Gehäuseteils eine ka- pazitive Druckmessung durch die Druckmesseinrichtung bewirkt

Die Druckmesseinrichtung erzeugt einen zugehörigen Druckmesswert, wobei es sich bei dem Druckmesswert nicht zwingend um dem Drucks han- deln muss, sondern ein Druckmesswert kann auch durch einen anderen Parameter gegeben sein, welcher dem Wert eines bestimmten Drucks oder einer Druckände- rung entspricht. Wenigstens dieser ermittelte Druckmesswert wird an die Kontrollein- heit übergeben. Übersteigt der ermitelte Druckmesswert einen bestimmten Grenz- wert, wird von der Kontrolleinheit davon ausgegangen, dass es sich nicht nur um ei- ne unbeabsichtigte Berührung eines Nutzers handelt, sondern um einen beabsichtig- ten Betätigungsdruck. Bei dieser Auswertung der Kontrolleinheit können weitere Pa- rameter berücksichtigt werden. Die Kontrolleinheit steuert daraufhin über die Kontak- tierung sm ittel der Aktuatoreinheit die Feedbackkomponente an, welche die erste Ge- häusehälfte der Aktuatoreinheit durch eine kurze Bewegung bzw. Vibration zu einem haptischen Feedback anregt. Diese Anregung wird auf die mit der ersten Gehäuse- hälfte verbundene Fläche der Mensch-Maschine-Schnittstelle übertragen. Dabei kann die Lage der Fläche translatorisch verändert werden, sie kippt um eine Achse und/oder die Fläche verformt sich lokal, indem sie sich beispielsweise durchbiegt Die Fläche ist entsprechend gelagert und die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit kann je nach Einbausituation flexibel eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau einer Aktuatoreinheit hat den Vorteil, dass sich durch die beiden Gehäuseteile ein Gehäuse für ein kompaktes Bauteil bilden lässt Die Ge- häuseteile bestehen vorzugsweise aus einem nicht elektrisch leitenden Kunststoff und zwischen ihnen können die wesentlichen Funktionskomponenten der Aktua- toreinheit angeordnet werden. Dabei verschließt das erste bewegliche Gehäuseteil die Aktuatoreinheit auf einer Seite, dient aber auch zur Übertragung eines externen Drucks auf die kapazitive Druckmesseinrichtung und auch zur Übertragung eines haptischen Feedbacks auf eine damit verbundene Fläche. Das zweite Gehäuseteil kann beim Einbau fest mit ihrerseits unbeweglichen Teilen eines elektronischen Ge- rätes verbunden werden.

Dabei ist die kapazitive Druckmesseinrichtung ebenfalls zwischen den beiden Ge- häuseteilen angeordnet, jedoch räumlich getrennt von der Feedbackkomponente, d.h. sie überlappen sich beispielsweise nicht. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass beide Komponenten einfach und getrennt voneinander zu montieren sind. In einer Ausführungsform der Erfindung liegen die Druckmesseinrichtung und die Feedbackkomponente in Z-Richtung gesehen nebeneinander. Beide Komponenten können dann z.B. nebeneinander an dem zweiten Gehäuseteil positioniert werden, bevor das erste Gehäuseteil aufgesetzt wird, um die Aktuatoreinheit zu schließen.

Beide Gehäuseteile sind vorzugsweise so ausgeformt, dass sich nach außen hin ei- ne nahezu geschlossene Einheit bildet, die gut gehandhabt werden kann, ohne dass z.B. Einzelteile unerwünscht ihre Lage verändern. Insgesamt lässt sich mit der Erfindung daher eine leicht zu montierende, kompakte

Aktuatoreinheit bereitstellen, die in verschiedenen Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen kann. Die Aktuatoreinheit lässt sich dabei flach beispielsweise mit geringen Höhen von bis zu 3 mm realisieren, was für die Verwendung in flachen Anzeigevor- richtungen von Vorteil ist. Aber auch größere Höhen können realisiert werden.

Dabei kann die Feedbackkomponente auf verschiedene Arten auf der Basis unter- schiedlicher physikalischer Effekte ausgestaltet sein, um die erste Gehäusehälfte kurz in Bewegung oder sogar Schwingung zu versetzen. Beispielsweise umfasst die Feedbackkomponente eine Piezostruktur oder Schwingspule, die jeweils dazu aus- gebildet ist, eine Bewegung des ersten Gehäuseteils in Z-Richtung zu bewirken. Bei einer Piezostruktur bewirkt das Anlegen einer Spannung aufgrund des Piezoeffektes eine mechanische Kraft, die auf das erste Gehäuseteil übertragen und zur Erzeu- gung eines haptischen Effekts genutzt wird. Bei einer Schwingspule (Tauchspule, Voice Coil) werden taktile Reize durch elektromagnetische Kraft übertragen.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aktuatoreinheit selbst einen Rückstellmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das erste Gehäuseteil nach einer Auslenkung aus seiner Ruhelage in eine ausgelenkte Lage in seine Ruhelage rück- zustellen. Der Rückstellmechanismus wirkt somit der Auslenkung des ersten Gehäu- seteils von der Ruhelage in die ausgelenkte Lage entgegen. Der Rückstellmecha- nismus weist hierzu beispielsweise wenigstens ein Federelement auf, das unter Zug- spannung zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil einge- spannt ist. Diese Integration eines Rückstellmechanismus in eine kompakte Aktua- toreinheit hat den Vorteil, dass die Rückstellung weniger stark abhängig ist von den Gegebenheiten der Einbausituation der Aktuatoreinheit. In einer alternativen Ausfüh- rungsform ist das wenigstens eine Federelement nicht zwischen den beiden Gehäu- seteilen der Aktuatoreinheit gespannt, sondern zwischen dem beweglichen ersten Gehäuseteil und einem Teil einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, in welche die Ak- tuatoreinheit eingebaut ist. In jedem Fall zieht das Federelement das erste Gehäuse- teil in Richtung des zweiten Gehäuseteils. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist hingegen vorgesehen, dass die Aktuatoreinheit so eingebaut wird, dass ein externer Rückstellmechanismus auf die beiden Gehäuseteile wirkt. Beispielsweise können äußere Federelemente einen Druck auf das erste Gehäuseteil und optional auch das zweite Gehäuseteil ausüben, um das erste Gehäuseteil nach einer Auslenkung durch die Feedbackkomponente in

Richtung des zweiten Gehäuseteils rückzustellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Feedback- komponente und dem zweiten Gehäuseteil ferner wenigstens ein Dämpfungselement angeordnet, um das Schwingungsverhalten des Systems zu beeinflussen und dabei zu verbessern. Das Dämpfungselement ist beispielsweise ein Gummibauteil. Bei- spielsweise ist das Dämpfungselement wenigstens teilweise in einer Aufnahme in- nerhalb des zweiten Gehäuseteils aufgenommen. Bei der Aufnahme handelt es sich insbesondere um eine Senke im zweiten Gehäuseteil, welche an die Form und Grö- ße des Dämpfungselementes angepasst ist. Dies trägt zur einfachen Montage der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit bei, da das Dämpfungselement vor der Montage der Feedbackkomponente in die Aufnahme eingelegt werden kann, wobei das Dämpfungselement dort in Position gehalten wird und insbesondere nicht seitlich verrutschen kann. Das Dämpfungselement ragt dabei über den Öffnungsrand der Aufnahme hinaus und kontaktiert in diesem Bereich die Unterseite der Feedback- komponente. Die Lage des Dämpfungselementes kann jedoch auch auf andere Art an dem zweiten Gehäuseteil festgelegt werden.

Die kapazitive Druckmesseinrichtung weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wenigstens eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Die erste Elektrode ist mechanisch mit dem ersten beweglichen Gehäuseteil verbunden, während die zweite Elektrode mechanisch mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich wenigstens eine Schicht aus ei- nem Dielektrikum, wobei dieses Dielektrikum auf verschiedene Arten ausgebildet sein kann. Die Druckmesseinrichtung ist in einer Ausführungsform der Erfindung so ausgebildet, dass sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden bei einem Druck auf das erste Gehäuseteil verringert, wodurch eine sich ändernde Kapazität messbar ist, um daraus einen Druckmesswert zu ermitteln. In alternativen Ausführungsformen wird ein Aufbau mit entsprechenden Kraftumlenkungen gewählt, um bei einem Druck auf das erste Gehäuseteil den Abstand zwischen den beiden Elektroden zu erhöhen und aus einer sich ändernden Kapazität einen Druckmesswertwert zu ermitteln. Auch die Verformung einer Elektrode und/oder ein paralleles Verschieben der beiden Elektroden gegeneinander können für eine Druckermitlung genutzt werden. Zwei parallele Elektroden, die bei einer Krafteinwirkung auf die Elektrode am beweglichen Gehäuseteil aufeinander zu bewegt werden, haben jedoch den Vorteil, dass sie ein- fach auf den Innenseiten der beiden Gehäuseteile angebracht werden können. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Feedbackkomponente ergänzend zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks auch zur Messung eines Drucks auf das erste Gehäuseteil in Z-Richtung ausgebildet. Bei Druck auf das erste bewegliche Gehäuseteil drückt dieses auf die Feedbackkomponente, welche diesen Druck mes- sen kann. Bei Verwendung von beispielsweise einer Piezostruktur, wird die Pie- zostruktur mechanisch zusammengedrückt, was als Spannungsänderung erfassbar und in einen Druckmesswert umwandelbar ist. Die Feedbackkomponente dient dann nicht nur zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks, sondern sie kann optional auch zur Druckmessung eingesetzt werden. Bei einer Piezostruktur werden sowohl der direkte piezoelektrische Effekt als auch der inverse piezoelektrische Effekt ge- nutzt. Bei Druck auf das erste bewegliche Gehäuseteil drückt das erste Gehäuseteil somit auf die Feedbackkomponente und bewegt gleichzeitig die erste Elektrode in Richtung der zweiten Elektrode der kapazitiven Druckmesseinrichtung, um so für ei- ne kapazitive Druckmessung den Abstand zwischen den Elektroden zu verringern (oder den Abstand zu vergrößern, eine Elektrode zu verformen, Elektroden gegenei- nander zu verschieben).

Die Druckmessung einer Feedbackkomponente wie einer Piezostruktur ist dyna- misch, während die Druckmessung der kapazitiven Druckmesseinrichtung quasi sta- tisch ist. Bei der kapazitiven Druckmessung ergibt sich bei einer Stellung der Elekt- roden zueinander ein bestimmter Druckmesswert, der sich nicht verändert, solange sich die Lage der Gehäuseteile/Elektroden zueinander nicht verändert. Dies ist als statisch zu bezeichnen. Die von beiden Komponenten ermitelten Druckmesswerte werden von der Kontrolleinheit geeignet verarbeitet, um so die Genauigkeit der Druckmessung zu erhöhen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kontrol- leinheit daher dazu ausgebildet, aus Druckmesswerten der kapazitiven Druckmess- einrichtung und Druckmesswerten der Feedbackkomponente einen Referenzdruck- wert für den Vergleich mit dem Grenzwert zu ermitteln.

Vorzugsweise kann die Funktionsweise der Aktuatoreinheit über die Kontrolleinheit konfiguriert werden, wobei konfiguriert werden kann, ob die Feedbackkomponente ergänzend zur Druckermitlung verwendet wird oder nicht Die Druckmessung durch die Feedbackkomponente ist daher lediglich als optional anzusehen, die Aktua- torein heit ist jedoch für diese Option ausgestaltet.

Um eine möglichst einfach aufgebaute Aktuatoreinheit bereitzustellen, die darüber hinaus leicht zu montieren ist, werden die Feedbackkomponente und die Druckmes- seinrichtung vorzugsweise über ein gemeinsames Kontaktierungselement elektrisch mit der Kontrolleinheit kontaktiert. Dieses Kontaktierungselement dient wenigstens zur Ansteuerung der Feedbackkomponente durch die Kontrolleinheit und zum An- schluss der kapazitiven Druckmesseinrichtung an die Kontrolleinheit. Ergänzend kann es auch zum Anschluss der Feedbackkomponente dienen, um Druckmesswer- te von der Feedbackkomponente an die Kontrolleinheit zu übermiteln. In einer vor- teilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das verwendete Kontaktierungs- element ein flaches Band aus einem elektrisch isolierenden Material, auf dem mehre- re Kontaktleitungen zur elektrischen Kontaktierung von Feedbackkomponente und Druckmesseinrichtung aufgebracht sind. Das bandförmige Kontaktierungselement kann dann über Anschlussstellen elektrisch mit der Feedbackkomponente und der Druckmesseinrichtung verbunden werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktierungs- element auch die wenigstens zwei Elektroden der kapazitiven Druckmesseinrichtung ausbildet. Die Elektroden sind somit an dem Kontaktierungselement ausgebildet und werden bei der Montage des Kontaktierungselementes in die richtige Lage gebracht.

Vorzugsweise wird dann die wenigstens eine Schicht eines Dielektrikums zwischen den beiden Elektroden durch das flache Band des Kontaktierungselementes gebildet. Das bandförmige Kontaktierungselement stellt so nicht nur die elektrische Kontaktie- rung für die Aktuatoreinheit bereit, sondern bildet gleichzeitig auch die wesentlichen Komponenten der kapazitiven Druckmesseinrichtung aus. Dies erleichtert erneut die Montage der Aktuatoreinheit und trägt zu Ihrer Kompaktheit bei. Dabei können die beiden Elektroden auf unterschiedliche Arten an dem Kontaktie- rungselement ausgebildet und positioniert sein. Beispielsweise bildet das flache Band des Kontaktierungselementes zwei Druckabschnitte aus, auf denen jeweils ei- ne Elektrode ausgebildet ist. Eine Elektrode wird beispielsweise durch eine Kupfer- schicht gebildet, die auf das flache Band aufgebracht ist Durch eine Verformung des flachen Bandes ist es dann möglich, die beiden Druckabschnitte mit den Elektroden so zueinander zu positionieren, dass sie in zwei Ebenen parallel zueinander liegen, wobei wenigstens eine Schicht aus dem flachen Band zwischen den beiden Elektro- den liegt. Vorzugsweise liegen wenigstens zwei Schichten aus flachem Band zwi- schen den beiden Elektroden und bilden ein Dielektrikum.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das flache Band des Kontaktierungsele- mentes beispielsweise durch Durchbrüche und/oder Einschnite so ausgeformt, dass es wenigstens einen Laschenstreifen aufweist, der an einer Biegestelle aufeinander geklappt ist, wobei an den Enden des wenigstens einen Laschenstreifens jeweils ein Druckabschnitt ausgebildet ist, auf dem eine flächige Elektrode so angebracht ist, dass die beiden Druckabschnitte aus flachem Band zwischen den beiden Elektroden liegen. Insbesondere können zwei solcher Laschenstreifen vorgesehen sein, die an einer Biegestelle aufeinander geklappt sind. Bei der Fertigung des Kontaktierungs- elementes werden somit zwei Druckabschnite ausgebildet, auf welchen Elektroden ausgebildet werden. Die Elektroden liegen dabei zunächst auf der gleichen Seite des flachen Bandes. Die beiden Druckabschnite sind über wenigstens einen Laschen- streifen miteinander verbunden. Wird der wenigstens eine Laschenstreifen an einer Biegestelle umgeklappt, kommen die beiden Druckabschnitte parallel zueinander zum Liegen, wobei nun eine der beiden Elektroden auf der entgegengesetzten Seite des Kontaktierungselementes liegt Die beiden Druckabschnitte liegen nun zwischen den beiden Elektroden. Auf diese Weise kann das Kontaktierungselement einfach gefertigt werden, indem Kontaktleitungen und Elektroden nur auf einer Seite eines flachen Bandes aufge- bracht werden müssen. Durch Umklappen des wenigstens einen Laschenstreifens werden die beiden Elektroden in die richtige Lage zueinander gebracht und das Kon- taktierungselement kann montiert werden. Hierzu wird beispielsweise zunächst ein

Druckabschnit mit einer Elektrode mit einem Gehäuseteil verbunden und bei der

Montage des anderen Gehäuseteils wird dieses mit dem anderen Druckabschnitt und damit der anderen Elektrode verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Klebe- verbindung erfolgen. Die Verwendung eines solchen Kontaktierungselementes hat ferner den Vorteil, dass die kapazitive Druckmesseinrichtung und die Kontaktierung der Feedbackkomponente auf einfache Weise ungefähr in einer Ebene angeordnet werden können, was zur geringen Bauhöhe der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit beiträgt. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Gehäuseteile im Bereich der Elektroden, d.h. der kapazitiven Druckmesseinrichtung, gestuft ausgeführt. So kön- nen die Elektroden in Z-Richtung gesehen in einer anderen Ebene positioniert wer- den als die Feedbackkomponente. Die Biegestelle des wenigstens einen Laschen- streifens eines Kontaktierungselementes ist flexibel und nachgiebig, so dass sich die erste Elektrode gegenüber der zweiten Elektrode bewegen kann, ohne dass die Bie- gestelle bei Dauerbelastung bricht.

Um die Fertigung des Kontaktierungselementes und die Ausbildung der Druckab- schnitte mit den Elektroden möglichst einfach zu gestalten, ist es beispielsweise fer- ner vorgesehen, dass das flache Band eine Aussparung aufweist, innerhalb welcher der wenigstens eine umgeklappte Laschenstreifen angeordnet ist, wobei Kontaktlei- tungen des Kontaktierungselementes um die Aussparung herum zu der Feedback- komponente und den Elektroden der Druckmesseinrichtung verlaufen. Das flache Band des Kontaktierungselementes verbreitert sich dann optional im Bereich dieser Aussparung.

Von der Erfindung umfasst ist auch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit einer

Fläche, an welche wenigstens eine Aktuatoreinheit gemäß der Erfindung angebun- den ist, um bei Druck auf die Fläche ein; haptisches Feedback zu erzeugen und auf die Fläche zu übertragen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle weist die Kontrollein- heit auf, welche über die jeweiligen Kontaktierungsmittel mit einer oder mehreren Aktuatoreinheiten verbunden ist. Die Kontrolleinheit ist für den jeweiligen Anwen- dungsfall konfigurierbar. Beispielsweise sind in der Kontrolleinheit ein oder mehr Druck-C3®nzwerte<einstel;lbar,

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevor- zugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

Von den Abbildungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit;

Fig, 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit; Fig, 3 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform einer Kontaktie- rung einer Aktuatoreinheit mit einem bandförmigen Kontaktierungsele- ment'

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kontaktierung gemäß Fig. 3;

Fig, 5A eine dreidimensionale Draufsicht auf ein Kontaktierungselement gemäß Fig. 3 im aufgeklappten Zustand; Fig, 5B eine Rückansicht des Kontaktierungselementes gemäß Fig. 5A;

Fig, 6A eine dreidimensionale Draufeicht auf ein Kontaktierungselement gemäß

Fig. 5A im zusammengeklappten Zustand; Fig. 6B eine Rückansicht des Kontaktierungselementes gemäß Fig. 6A.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit 10 zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Anhand dieser Prinzipdarstellung sollen die wesentlichen Komponenten und ihre Funktionen erläutert werden. Die Schnittstelle ist in den Figuren nicht vollständig dargestellt, sondern lediglich die Aktuatoreinheit

10 und eine Fläche 80 der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Bei der Fläche 80 handelt es sich um eine druck- und/oder berührungssensitive Fläche. Ferner ist die Oberseite der Fläche 80 wie in den Ausführungsformen der Figuren eben ausgeführt. Sie kann jedoch auch andere Formen haben und beispielsweise gewölbt ausgeführt sein. Die Schnittstelle wird beispielsweise durch ein Touchpad oder einen Touchscreen gebil- det. Die Aktuatoreinheit 10 wird über eine Kontrolleinheit 11 der Mensch-Maschine- Schnittstelle angesteuert, deren Anschluss in den Figuren schematisch mit einer ge- strichelten Linie dargestellt ist. Ferner kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle eine oder mehrere Aktuatoreinheiten aufweisen.

Die Ausführungsform der Fig. 1 sieht zwei Gehäuseteile 20 und 21 vor, die zusam- men ein Gehäuse der Aktuatoreinheit 10 bilden, in welchem die wesentlichen Kom- ponenten der Aktuatoreinheit 10 aufgenommen sind. Hierzu gehört eine Feedback- komponente 30, die in dieser Ausführungsform eine Piezostruktur ist Alternativ könnte beispielsweise auch eine Schwingspule (Voice Coil) gewählt werden. Das erste Gehäuseteil 20 ist auch als oberes Gehäuseteil zu bezeichnen und ist in Z- Richtung beweglich gegenüber einem zweiten Gehäuseteil 21 , das folglich eine unte- res Gehäuseteil bildet. In der Einbausituation steht das untere Gehäuseteil 21 dann fest, während das obere Gehäuseteil 21 die bewegliche Seite darstellt. Die mögliche Bewegung des oberen Gehäuseteils 20 ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil darge- stellt. Das obere Gehäuseteil 20 kann dabei gegenüber dem unteren Gehäuseteil 21 geführt sein. Zur prinzipiellen Erläuterung ist die Fläche 80 in dieser Ausführungs- form direkt an das obere Gehäuseteil 20 angebunden, aber die mechanische Anbin- dung kann auch anders ausgeführt sein und beispielsweise weitere Zwischenele- mente, Träger, Aufhängungen, etc. umfassen. Dies ist bei der Ausführungsform der Fig. 2 und dem Zwischenelement 81 der Fall, wobei dies erneut lediglich eine Prin- zipdarstellung ist Das Zwischenelement kann auch auf andere Arten realisiert wer- den. Die Feedbackkomponente 30 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 21 aufge- nommen, wobei sich zwischen der Feedbackkomponente 30 und dem unteren Ge- häuseteil 21 ein Dämpfungselement 40 befindet. Dieses Dämpfungselement 40 ist in einer Aussparung 22 im unteren Gehäuseteil 21 aufgenommen und ragt über den Öffnungsrand der Aussparung hinaus, um dort Kontakt mit der Unterseite der Feed- backkomponente 30 zu erhalten. Auf der Oberseite der Feedbackkomponente 30 liegt diese an einer Innenfläche des oberen Gehäuseteil 20 an.

Zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 21 ist ferner eine kapazitive Druckmessein- richtung 60 ausgebildet. In Z-Richtung gesehen liegt diese Druckmesseinrichtung 60 neben der Feedbackkomponente 30, d.h. sie ist räumlich getrennt von ihr. Die

Druckmesseinrichtung 60 umfasst zwei flächige Elektroden 61 , 62 und ein dazwi- schen liegendes Dielektrikum 63. Eine erste Elektrode 61 ist mit dem ersten Gehäu- seteil 20 verbunden, während eine zweite Elektrode 62 mit dem unteren Gehäuseteil 21 verbunden ist

Erfolgt in Z-Richtung ein Druck auf die Fläche 80 (nicht maßstabsgerecht durch eine Hand dargestellt), wird dieser Druck auf das obere Gehäuseteil 20 übertragen, wodurch dieses Gehäuseteil 20 in Richtung des unteren Gehäuseteils 21 bewegt wird. Diese Bewegung wird optional durch einen Anschlag 25, 26 begrenzt Der Ab- stand zwischen den beiden Elektroden 61 , 62 der kapazitiven Druckmesseinrichtung

60 verringert sich und aus der gemessenen Kapazität bzw. ihrer Änderung kann die angeschlossene Kontrolleinheit 11 einen Druckmesswert ermitteln. Ist dieser Druck- messwert größer als ein bestimmter Grenzwert, wird der Druck auf die Fläche 80 als beabsichtigter Bediendruck eines Nutzers interpretiert. Die Kontrolleinheit 11 steuert daraufhin die Feedbackkomponente 30 an, an dem oberen Gehäuseteil 20 ein hapti- sches Feedback zu erzeugen. Dieses haptische Feedback wird von der oberen Ge- häusehälfte 20 an die Fläche 80 übertragen. Zur Erzeugung des haptischen Feedbacks wird z.B. eine Spannung an die Pie- zostruktur 30 angelegt, die durch den inversen piezoelektrischen Effekt in eine me- chanische Kraft umgewandelt wird, welche die Piezostruktur 30 ausdehnt und dabei das obere Gehäuseteil 20 von dem unteren Gehäuseteil 21 weggedrückt. So bewegt sich das obere Gehäuseteil 20 aus einer Ruhelage in eine ausgelenkte Lage. Dies erfolgt gegen die Kraft einer oder mehrerer Spannkomponenten 23, 24. Diese sind beispielsweise als Federelemente ausgeführt, die unter Zugspannung zwischen den beiden Gehäuseteilen 20 und 21 eingespannt sind. Die Spannkomponenten wirken als Rückstellmechanismus, welcher das obere Gehäuseteil 20 nach seiner Auslen- kung aus der Ruhelage wieder in diese zurückstellt. Zusammen mit dem Dämp- fungselement 40 ergibt sich ein Schwingungssystem, das geeignet gewählt ist, um mit einer entsprechenden Anregung durch die Feedbackkomponente an der Fläche 80 die gewünschte Wahrnehmung für den Nutzer zu bewirken. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform ei- ne Aktuatoreinheit 10‘, die in wesentlichen Merkmalen mit der Ausführungsform der Fig. 1 übereinstimmt. Es sind jedoch zwei Druckmesseinrichtungen 60 und 60‘ vor- gesehen, die auf gegenüber liegenden Seiten der Feedbackkomponente 30 ange- ordnet sind. Beide Druckmesseinrichtungen 60 60' weisen jeweils zwei Elektroden 61 , 62 und 61‘, 62' auf, zwischen denen ein Dielektrikum 63, 63' liegt. In einer weite- ren alternativen Ausführungsform handelt es sich um ringförmige Elektroden, welche die Feedbackkomponente 30 umgeben. Auch bei einer solchen Ausführungsform ist die Druckmesseinrichtung als räumlich getrennt von der Feedbackkomponente 30 anzusehen, da die ringförmigen Elektroden in Z-Richtung nicht mit der Feedback- komponente 30 überlappen.

Ferner sind als Spannkomponenten 23, 24 keine Federelemente vorgesehen, welche zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 21 eingespannt sind. Vielmehr wirken Spannelemente 23, 24 durch den Einbau der Aktuatoreinheit 10' in ein elektroni- sches Gerät von außen auf die beiden Gehäuseteile 20, 21 und bewirken so eine Rückstellung des oberen Gehäuseteils 20 zurück in seine Ruhelage. Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 kann ferner vorgesehen sein, dass die jeweilige Feedbackkomponente 30 ergänzend zu der wenigstens einen kapaziti- ven Druckmesseinrichtung 60, 60‘ ebenfalls zur Druckmessung genutzt wird. Erfolgt ein Druck auf die Fläche 80 und damit auf das obere Gehäuseteil 20, erfährt auch die Feedbackkomponente 30 eine mechanische Kraft in Z-Richtung, welche die Feed- backkomponente 30 zusammendrückt. Dies wird durch den direkten piezoelektri- schen Effekt in eine Spannung umgewandelt, aus welcher ein Druckmesswert ermit- telbar ist. Die Kontrolleinheit 11 ist dann dazu ausgebildet, die Druckmesswerte von der Feedbackkomponente 30 und der wenigstens einen kapazitiven Druckmessein- richtung 60, 60‘ auszuwerten, um insgesamt die Druckermitlung zu verbessern.

Die Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 verdeutlichen, dass die erfindungsge- mäße Aktuatoreinheit als kompaktes Bauteil ausgebildet werden kann, bei dem in einem Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen auf einfache Art eine Feedbackkomponente und auch wenigstens eine kapazitive Druckmesseinrichtung untergebracht werden können. Die einzelnen Funktionskomponenten können an dem unteren Gehäuseteil 21 ausgerichtet werden, bevor das obere Gehäuseteil 20 montiert wird. Zur Kom- paktheit und einfachen Montage kann auch eine geeignete Kontaktierung der Feed- backkomponente und der Druckmesseinrichtung mit der Kontrolleinheit 11 beitragen. Eine vorteilhafte Kontaktierung wird anhand der Figuren 3 und 4 erläutert.

Fig. 3 zeigt die Kontaktierung einer Feedbackkomponente 30 in Form einer Pie- zostruktur. Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch diese Kontaktierung. Die Piezostruktur 30 wird elektrisch mit der Kontrolleinheit 11 verbunden, um diese ansteuern und optional auch Drucksingale von ihr empfangen zu können. Diese Kon- taktierung erfolgt über ein spezielles Kontaktierungselement 50, welches gleichzeitig die Elektroden wenigstens einer kapazitiven Druckmesseinrichtung ausbildet. Der Zusammenbau der Fig. 1 kann vor oder nach der Anbringung der Feedbackkompo- nente 30 an einem unteren Gehäuseteil 21 erfolgen.

Das Kontaktierungselement 50 wird durch ein flaches Band aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet, auf dem Kontaktleitungen zur Kontaktierung von Feedbackkomponente und kapazitiver Druckmesseinrichtung aufgebracht werden. Für diese Kontaktleitungen wird beispielsweise Kupfer gewählt. Gleichzeitig bildet das flache Band wenigstens zwei Druckabschnitte auf, auf denen jeweils eine flächi- ge Elektrode aufgebracht ist. Diese Elektroden können ebenfalls aus Kupfer ausge- bildet sein. Das flache Band ist so verformt, dass die beiden flächigen Elektroden in zwei Ebenen parallel zueinander liegen, wobei sich zwischen den beiden Elektroden die Druckabschnitte aus dem Material des flachen Bandes befinden und so ein Die- lektrikum bilden.

In der Darstellung der Fig. 3 befinden sich die Kontaktleitungen nicht sichtbar auf der Unterseite des Kontaktierungselementes 50, welches mit diesen Kontaktleitungen an die Kontrolleinheit 11 angeschlossen ist. Kontaktleitungen führen zu zwei endseitigen Kontaktlaschen 57 und 58 an dem flachen Band, die an die Piezostruktur 30 ange- schlossen sind. Weitere Kontaktleitungen führen zu den zwei Elektroden, von denen in der Ansicht der Fig. 3 die obere Elektrode 61 sichtbar ist. Diese Elektrode 61 be- findet sich am Ende von zwei Laschenstreifen 53, 54, die in ihrer Mitte umgeklappt sind. Auf einem Laschenstreifen 53 ist ein Leiter 74 von der Unterseite des flachen Bandes um die Biegestelle des Laschenstreifens 53 herum zu der Elektrode 61 ge- führt. Fig. 4 zeigt die andere Elektrode 62 auf der Unterseite des Kontaktierungsele- mentes 50, die ebenfalls über einen Leiter kontaktiert ist.

Die beiden Elektroden 61 , 62 sind so angeordnet, dass sie bei der Montage einer Aktuatoreinheit zwischen den beiden Gehäuseteilen liegen. Die Verbindung zu den Gehäuseteilen kann beispielsweise über eine Verklebung erfolgen. Die beiden Ge- häusehälften 20, 21 sind in der Fig. 4 schematisch gestrichelt dargestellt.

Das Kontaktierungselement 50 wird in zwei Stufen hergestellt. Zunächst werden Kontaktleitungen und Elektroden auf einer Seite des flachen Bandes ausgebildet. Anschließend wird wenigstens ein Laschenstreifen an einer Biegestelle umgeklappt, um die beiden Elektroden in eine Lage parallel zueinander zu bringen. Dieser Ferti- gungsvorgang wird anhand der Figuren 5A, 5B und 6A, 6B näher erläutert. Die Figu- ren 5A und 5B zeigen das Kontaktierungselement 50 in der ersten Fertigungsstufe, wobei Fig. 5A die Oberseite und Fig. 5B die Unterseite zeigt Das flache Band des Kontaktierungselementes 50 bildet einen Zuführungsabschnitt 52 aus, auf dem alle Kontaktleitungen 70 verlaufen. Es bildet ferner eine Aussparung 51 aus, um welche diese Kontaktleitungen 70 wenigstens teilweise herum verlaufen. Zumindest zwei Leiter 71 und 72 verlaufen um die Aussparung 51 herum bis zu zwei Kontaktlaschen 57, 58 im Band, mit welchen die Feedbackkomponente kontaktiert wird.

Außerdem bildet das Band zwischen den beiden Kontaktlaschen 57, 58 einen ersten Druckabschnit 56 aus, von dem zwei Laschenstreifen 53, 54 in die Aussparung 51 hineinragen. Am anderen Ende dieser Laschenstreifen 53, 54 ist ein weiterer Druck- abschnitt 55 ausgebildet, welcher die beiden Laschenstreifen 53, 54 miteinander verbindet. Auf dem ersten Druckabschnitt 56 ist eine erste Elektrode 62 ausgebildet, die über einen Leiter 73 kontaktiert ist, der ebenfalls um die Aussparung 51 herum verläuft. Auf dem zweiten Druckabschnitt 55 ist eine zweite Elektrode 61 ausgebildet, die über einen Leiter 74 kontaktiert ist, der über den Laschenstreifen 53 zur Elektro- de 61 verläuft,

Zur Ausbildung des endgültigen Kontaktierungselementes werden die Laschenstrei- fen 53, 54 an einer Biegestelle um etwa 180° umgeklappt. Dies erfolgt so, dass die beiden Elektroden 61 , 62 anschließend im Wesentlichen parallel übereinander lie- gen. Fig. 6A zeigt das Ergebnis dieser zweiten Fertigungsstufe von der Oberseite, während Fig. 6B das resultierende Kontaktierungselement erneut von der Rückseite zeigt. Die Elektrode 61 liegt nun oben und wird um die Biegestelle des Laschenstrei- fens 53 herum von dem Leiter 74 kontaktiert, während die andere Elektrode 62 und die übrigen Kontaktleitungen 70 auf der gegenüber liegenden Seite des flachen Ban- des liegen. Die beiden Druckabschnitte 55 und 56 liegen zwischen den beiden Elekt- roden 61 , 62 und bilden ein Dielektrikum aus. Bezugszeichenliste:

10, 10' Aktuatoreinheit

11 Kontrolleinheit

20 21 Gehäuseteil

22 Aufnahme

23,24 Spannkomponente

25,26 Anschlag

30 FeedbackkbrTiponente, Piezostruktur

40 Dämpfungselement

50 Kontaktierungselement

54 Aussparung

52 Zuführungsabschnitt

53 54 Laschenstreifen

55,56 Druckabschnit

57,58 Kontaktlasche

60,60 Druckmesseinrichtung

61 ,6f Elektrode

62,62' Elektrode

63,63 Dielektrikum

70 Kontaktleitungen

71,72 Leiter fü r Feedbackkomponente

73 , 74 iLeiter für Elektrode

80 Fläche

81 Zwischenelement