Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückwir- kung mittels eines haptischen Impulses. Der haptische Impuls kann z.B. auf eine berührungsempfindliche Bedienoberfläche (wie etwa ein sogenanntes Touchpad o- der Touchscreen) übertragen werden.

Stand der Technik

Auf diesem Gebiet ist aus der Druckschrift EP 2 461 233 Al ein Verfahren zur Er- zeugung einer haptischen Rückmeldung bekannt, das auf einer Stimulierung der menschlichen Fingerkuppennerven beruht, und darüber den Eindruck der Betäti- gung einer mechanischen Taste erzeugt.

Erfind unaszusammenfassuna

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche einen haptischen Impuls als Rückwirkung erzeugt.

Dies wird erreicht durch Bereitstellung einer haptischen Rückwirkungsvorrichtung mit einer länglichen Platte aus einem flexiblen Material in einer gefalteten Anord- nung, die mit drei Teilen eingerichtet ist, wobei ein erstes Teil und ein drittes Teil einander zugewandt sind, und ein zweites Teil das erste Teil und das dritte Teil verbindet; einem Piezoelement, das auf dem ersten Teil bereitgestellt ist; einer Einrichtung zum Befestigen der länglichen Platte, die an einer Position auf dem dritten Teil bereitgestellt ist, die der Position des Piezoelementes auf dem ersten Teil bezüglich der Erstreckungsrichtung der länglichen Platte entspricht; und einem Verbindungselement, das in der Erstreckungsrichtung versetzt zu dem Piezoele- ment bereitgestellt ist. Eine derartige Vorrichtung kann zur Simulation eines Tastendrucks z.B. auf einer berührungsempfindlichen Bedienoberfläche verwendet werden. Für eine authenti- sche Simulation eines Tastendrucks sind Anregungszeiten von weniger als 20 ms notwendig, um als verzögerungsfreie Rückwirkung wahrgenommen zu werden. Durch die Verwendung eines Piezoelementes als Aktuator kann dies erreicht wer- den.

Das Piezoelement selbst verändert seine Geometrie über den piezoelektrischen Effekt im Bereich von pm. Die weitere Mechanik dieser Vorrichtung gewährleistet eine Eignung, diese Geometrieänderung ausreichend zu verstärken, so dass sie z.B. bei einer Verwendung in Verbindung mit einer berührungsempfindlichen Ober- fläche wie ein Tastendruck wahrgenommen werden kann. Im Einzelnen bewirkt die gegenüberliegende Anordnung von Piezoelement und Befestigungseinrichtung, dass die Vorrichtung in eingebautem Zustand bei Aktivierung des Piezoelementes wie eine Feder wirken kann, da das Piezoelement sich bei Anlegen einer Spannung verkürzt, und dadurch die längliche Platte derart verformt, dass sich die äußeren Enden des ersten Teils nach oben bewegen. Das zu dem Piezoelement versetzt angeordnete Verbindungselement kann diese Bewegung dann übertragen, z.B. an eine daran zu verbindende berührungsempfindliche Oberfläche.

Außerdem macht die Anordnung dieser Vorrichtung dahingehend vorteilhaft Ge- brauch von der Verwendung eines Piezoelementes, dass der Aufbau kompakt aus- gestaltet werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei der haptischen Rückwirkungsvorrich- tung das Piezoelement in der Mitte des ersten Teils bereitgestellt, und jeweils ein Verbindungselement ist an den Enden des ersten Teils bereitgestellt.

Diese Anordnung erlaubt in eingebautem Zustand die Verwendung der Vorrichtung wie z.B. eine Blattfeder.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der länglichen Platte und in der Ebene des ersten Teils ein Mittelabschnitt des ersten Teils schmaler als die Endabschnitte des ersten Teils. Hierbei ist der Mittelabschnitt zur Aufnahme des Piezoelementes gedacht, und die beiden Endabschnitte sind zur Aufnahme von Verbindungselementen gedacht. Ty- pischerweise ist das Piezoelement länglich aber schmaler als ein Verbindungsele- ment ausgebildet. Zur Verringerung des mechanischen Widerstands folgt die Ge- staltung des ersten Teils den Platzbedürfnissen der anzuordnenden Elemente.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das zweite Teil Öffnungen für eine vereinfachte Verbiegung auf, die durch eine Aktivierung des Piezoelementes verursacht wird. Dabei kann das zweite Teil z.B. zwei Öffnungen aufweisen, so dass ein Stegabschnitt in der Mitte und jeweils ein Stegabschnitt an den Enden verbleibt.

Eine derartige Formgebung führt bei einer Aktivierung des Piezoelementes zu einer definierten Verformung und damit Weiterleitung des vom Piezoelement ausgehen- den Impulses, wobei gleichzeitig die Stegabschnitte eine Verwindung des Piezoe- lementes verhindern.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die haptische Rückwirkungs- Vorrichtung ferner ein Abdeckteil auf, das sich in Kontakt mit jeglichem Verbin- dungselement aber nicht mit dem Piezoelement befindet.

Ein derartiges Abdeckteil kann z.B. eine berührungsempfindliche Bedienoberfläche oder ein Teil davon bzw. ein Bestandteil davon sein. Die Bereitstellung dieses Ab- deckteils bildet teilweise den eingebauten Zustand. Da das Piezoelement nicht in Kontakt mit dem Abdeckteil ist bzw. so eingerichtet ist, dass die haptische Rück- wirkungsvorrichtung bei Einbau keine Berührung des Piezoelementes mit dem Ab- deckteil vorsieht, wird das Piezoelement vor einer mechanischen Fehlbelastung und somit vor seiner Zerstörung beschützt. Diese Anordnung trägt zur Robustheit der Vorrichtung bei. In einer typischen Ausführungsform und somit weiteren vorteilhaften Ausgestal- tung ist die gefaltete Anordnung der haptischen Rückwirkungsvorrichtung so ein- gerichtet, dass sie im Querschnitt eine U-Form aufweist, und wobei das flexible Material rostfreier Stahl ist.

Kurzbeschreibunq der Zeichnung

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beiliegen- den Zeichnung. Diese zeigt:

In Fig. 1 eine Perspektivansicht einer typischen Ausführungsform der gefalteten Anordnung in einer Vorderansicht;

In Fig. 2 eine Perspektivansicht der gefalteten Anordnung nach Fig. 1 in einer Rückansicht;

In Fig. 3 eine Perspektivansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der hap- tischen Rückwirkungsanordnung;

In Fig. 4 eine schematische Verdeutlichung eines Einbauzustands des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 in Perspektivansicht; und

In Fig. 5 eine Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der gefalteten An- ordnung in einer Vorderansicht.

Ausführunqsbeispiele der Erfindung

Bestimmte Ausführungsbeispiele der haptischen Rückwirkungsvorrichtung weisen eine längliche Platte 1 aus einem flexiblen Material in einer gefalteten Anordnung auf, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die längliche Platte ist dabei derart gefaltet, dass sie ein erstes Teil 11, ein zweites Teil 12 und ein drittes Teil 13 aufweist. Das erste Teil 11 und das dritte Teil 13 sind dabei so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Das zweite Teil 12 verbindet dabei das erste Teil 11 und das dritte Teil 13. Nach einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann die Anordnung der drei Teile in einer U-Form bezüglich des Querschnitts der läng- lichen Platte ausgestaltet sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist (der Querschnitt bezieht sich dabei auf die Erstreckungsrichtung der länglichen Platte). Eine Erstreckungs- richtung 14 der länglichen Platte 1 ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Das erste Teil 11 der länglichen Platte 1 weist einen Mittelabschnitt 15 sowie End- abschnitte 16a und 16b auf. Der Mittelabschnitt 15 ist dabei in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 14 und in der Ebene des ersten Teils 11 schmaler als die Endabschnitte 16a, 16b, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Die längliche Platte ist aus einem flexiblen Material gefertigt, das zur Bereitstellung einer federnden Wirkung geeignet ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Material dabei z.B. ein entsprechend geeigneter Kunststoff oder ein ent- sprechend geeignetes Metall wie rostfreier Stahl oder Federstahl sein.

Fig. 2 zeigt eine Rückansicht der schematischen Darstellung aus Fig. 1. Demgemäß weisen bestimmte Ausführungsbeispiele im zweiten Teil Öffnungen 21a, 21b für eine vereinfachte Verbiegung auf. Dies können z.B. zwei Öffnungen 21a, 21b sein, so dass ein Stegabschnitt 22 in der Mitte und jeweils ein Stegabschnitt 23a, 23b an den Enden verbleibt.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der haptischen Rückwirkungsvorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen. Dabei ist auf der länglichen Platte 1 gemäß den Figuren 1 und 2 ein Verbindungselement 31a, 31b sowie ein Piezoelement 32 auf dem ersten Teil 11 bereitgestellt. Gemäß bestimmter Ausführungsbeispiele ist das Piezoelement 32 in der Mitte des ersten Teils 11 bereitgestellt, und jeweils ein Verbindungselement 31a, 31b ist an den Enden des ersten Teils 11 bereitgestellt. Das Piezoelement ist dabei länglich im Bereich eines Mittelabschnitts des ersten Teils 11 bereitgestellt, der in der Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 14 der länglichen Platte 1 und in der Ebene des ersten Teils 11 schmaler als End- abschnitte 16a, 16b des ersten Teils 11 ist. Die Endabschnitte wiederum sind mit Verbindungselementen 31a, 31b versehen. Das dritte Teil 13 weist dabei eine Ein- richtung 33 zum Befestigen der länglichen Platte 1 auf, die an einer Position auf dem dritten Teil 13 bereitgestellt ist, die der Position des Piezoelementes 32 auf dem ersten Teil 11 bezüglich der Erstreckungsrichtung 14 der länglichen Platte 11 entspricht.

Ein Beispiel für die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung weist für die läng- liche Platte in gefalteter Anordnung ein geformtes Stanzbiegeteil z.B. aus Feder- stahl mit einer Dicke zwischen 0,3 mm und 1 mm auf, das U-förmig gebogen ist, und zur Montage entsprechende Bohrungen umfasst. Im Bereich des zweiten Teils ist das Stanzbiegeteil mit Ausnehmungen versehen, die eine definierte Verformung zur Weiterleitung des Impulses durch das Piezoelement 33 erlauben, wobei gleich- zeitig durch die verbliebenen Verstrebungen eine Verwindung des Piezoelementes verhindert wird. Das Piezoelement kann dabei durch Kleben oder eine andere Art der mechanischen Verbindung auf der Oberseite des Stanzbiegeteils befestigt sein. Wenn sich das Piezoelement 33 durch Anlegen einer Spannung verkürzt, dann wird das Stanzbiegeteil derart verformt, dass sich die äußeren Enden 16a, 16b nach oben bewegen. Wenn das Stanzbiegeteil mittig unten an der Befestigungseinrich- tung 33 befestigt ist, deren Position der Position des Piezoelementes 32 auf dem ersten Teil 11 entspricht, so kann der Impuls des Piezoelementes verstärkt und auf eine Bedienoberfläche übertragen werden, die an den Verbindungselementen 31a, 31b angebracht ist.

Die Verbindungselemente 31a, 31b können beispielsweise aus einem elastischen Material gefertigt sein.

Alternativ zu der Bereitstellung der Verbindungselemente 31a und 31b auf den Endabschnitten 16a, 16b auf dem ersten Teil können diese Verbindungselemente anderweitig angeordnet sein, solange über eine versetzte Anordnung zu dem Pie- zoelement in der Erstreckungsrichtung 14 eine Verstärkung der Längenänderung des Piezoelementes über eine Verbiegung der länglichen Platte 1 gewährleistet ist.

Beispielsweise können die Verbindungselemente eine Ankopplung an Bohrungen in den in Fig. 2 gezeigten Stegabschnitten 23a, 23b bereitstellen.

Die Bereitstellung einer Bedienoberfläche 41 (Abdeckteil) auf den Verbindungsele- menten 31a, 31b ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigt Fig. 4 eine Schnittansicht durch ein Gerätegehäuse 42 oder ähnliches, welches ein Gerät mit beispielsweise einer berührungsempfindlichen Oberfläche als der Bedienober- fläche 41 aufnimmt. Die Einrichtung 33 zum Befestigen der länglichen Platte ist gemäß Fig. 4 über eine Schraube 43 mit dem Gerätegehäuse 42 verbunden. Die Schraube ist in der Figur überdimensioniert und zur Verdeutlichung in der Perspek- tivansicht der Fig. 4„oben" dargestellt. Die Darstellung der Schraube 43 dient lediglich als Beispiel für eine mechanische Befestigung und kann den Bedürfnissen entsprechend durch eine andere Art der mechanischen Befestigung ersetzt wer- den. Die Darstellung in Fig. 4 verdeutlicht schematisch den eingebauten Zustand der haptischen Rückwirkungsvorrichtung. Durch den Einbau mit einer Befestigung an einer Position an dem dritten Teil, die der Position des Piezoelementes auf dem ersten Teil bezüglich der Erstreckungsrichtung der länglichen Platte entspricht, so- wie durch die Verbindung der Verbindungselemente mit dem Abdeckteil liegt die haptische Rückwirkungsvorrichtung zunächst wie eine entspannte Feder zwischen Abdeckteil 41 und dem Gerätegehäuse 42. Bei Aktivierung des Piezoelementes verkürzt sich dieses und zieht die Enden des ersten Teils (mit den Verbindungs- elementen) nach oben. Über die Befestigung im dritten Teil spannt sich die Vor- richtung wie eine Feder zwischen Abdeckteil 41 und Gerätegehäuse 42 und erzeugt eine haptische Rückwirkung auf dem Abdeckteil.

Eine Alternative zu der Bereitstellung der Verbindungselemente 31a und 31b ge- mäß Fig. 3 ist in Fig. 5 gezeigt. Im Einzelnen zeigt Fig. 5 eine Perspektivansicht einer weitere Ausführungsform der gefalteten Anordnung in einer Vorderansicht. Hierbei sind die Endabschnitte 16a, 16b jeweils mit L-förmigen Endabschnittsver- längerungen 51a, 51b derart verlängert, dass über zwei entgegengesetzte 90°- Winkel eine zu der Ebene des ersten Teils 11 parallele Ebene in der zu dem dritten Teil 13 abgewandten Richtung ausgebildet wird. Die zu dem ersten Teil 11 paral- lelen Elemente der Endabschnittsverlängerungen 51a, 51b können Bohrungen 52a, 52b zur mechanischen Befestigung wie etwa zur Verschraubung aufweisen. Es versteht sich hierbei, dass bei Abwandlungen der in Fig. 5 gezeigten Ausfüh- rungsform Abweichungen bei den 90°-Winkeln, der jeweiligen Form als reine Ebene sowie der Parallelität auftreten können, solange ein Einbau unter Beibehal- tung des vorstehend beispielsweise in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen feder- artigen Funktionsprinzips möglich ist. Gemäß vorstehender Beschreibung ist es möglich, eine haptische Rückwirkungs- Vorrichtung bereitzustellen, welche den Impuls des Piezoelementes verzögerungs- frei auf die Oberfläche eines Abdeckteils überträgt und so verstärkt, dass der Im- puls dort als eine Rückwirkung wie etwa ein Tastendruck wahrgenommen wird. Die Ausführung ist dabei so robust und kompakt, dass Anwendungen bei allen Arten von Geräten einschließlich mobiler Geräte möglich sind. Als Beispiele, die jedoch keineswegs abschließend zu verstehen sind, können die zentrale (berührungsemp- findliche) Bedieneinheit (mit oder ohne Anzeige) eines Kraftfahrzeugs, die Bedien- oder Eingabeeinheit eines Industriegeräts oder eines Gerätes aus dem medizini- schen Bereich genannt werden.