CN114375505A - 用于产生触觉信号的设备 - Google Patents

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CN114375505A CN202180005295.XA CN202180005295A CN114375505A CN 114375505 A CN114375505 A CN 114375505A CN 202180005295 A CN202180005295 A CN 202180005295A CN 114375505 A CN114375505 A CN 114375505A
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Abstract

本发明涉及一种用于产生触觉信号的设备，所述设备具有：用于产生振动的触觉模块（100）；平行于彼此布置的基板（14）和覆盖板（13），其中，覆盖板（13）具有指向基板（14）的止挡面（24）和远离基板（14）指向的上侧部，其中，触觉模块（100）布置在基板（14）与覆盖板（13）之间，其中，触觉模块（100）的第一部分区域（11）抵靠在覆盖板（13）的止挡面（24）处，并且触觉模块（100）的第二部分区域（11）抵靠在基板（14）处；和经弹簧加载的悬挂装置（16），基板（14）和覆盖板（13）通过所述经弹簧加载的悬挂装置机械地彼此连接，其中，经弹簧加载的悬挂装置（16）如此设计，使得当覆盖板（13）位于中性位置中并且力朝着基板（14）的方向被施加到覆盖板（13）的上侧部的任意点上时，覆盖板（13）的止挡面（24）向基板（14）上运动。

Description

用于产生触觉信号的设备
技术领域
本发明涉及一种用于产生触觉信号的设备。该设备具有经弹簧加载的悬挂装置，基板和覆盖板通过该经弹簧加载的悬挂装置彼此连接，该基板和覆盖板为了产生触觉信号而相对地相对于彼此运动。
背景技术
US 10 345 910 B1示出了一种设备，在该设备中盖和基座通过弹簧彼此连接。悬挂装置通过弹簧无法阻止盖相对于基座的翻转。如果例如将力施加到所述盖的左侧的边缘上，那么该盖的左侧的边缘就向基座上运动并且该盖的右侧的边缘就运动远离所述基座。
用于产生触觉信号的另外的设备从US 10 395 489 B1和US 2019/0385420 A1已知。
发明内容
本发明的任务是，说明一种用于产生触觉信号的经改善的设备。在此，目标尤其是说明一种带有唯一的致动器的设备，所述唯一的致动器能够在覆盖板的每个位置处产生触觉信号，其中，覆盖板能够具有比具有致动器的触觉模块明显更大的尺寸。此外，致动器优选地能够用于，在覆盖板的每个位置处能够实现力感知（Force Sensing）、也就是说识别出施加到覆盖板上的力。
该任务通过按照权利要求1所述的设备来解决。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
提出了一种用于产生触觉信号的设备，所述设备具有触觉模块、基板和覆盖板。基板和覆盖板平行于彼此布置，其中，覆盖板具有指向基板的止挡面和远离基板指向的上侧部，其中，触觉模块布置在基板与覆盖板之间，其中，触觉模块的第一部分区域抵靠在覆盖板的止挡面处并且触觉模块的第二部分区域抵靠在基板处。该设备具有经弹簧加载的悬挂装置，基板和覆盖板通过该经弹簧加载的悬挂装置机械地彼此连接。经弹簧加载的悬挂装置如此设计，使得当覆盖板位于中性位置中并且力朝着基板的方向被施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，覆盖板的止挡面向基板上运动，从而当力朝着基板的方向被施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，始终将压力传递到触觉模块上。
悬挂装置因此能够如此设计，使得朝着基板的方向作用到覆盖板的任意点上的力始终导致了从止挡面施加到触觉模块上的压力。相反，触觉模块的振动能够导致力被施加到止挡面上，该力被传递到覆盖板的每个点上。因此通过悬挂装置能够保证在覆盖板的每个点处产生触觉信号，其中，尤其也在大面积的覆盖板的遥远的边缘区域上产生触觉信号。相反，通过悬挂装置也能够保证的是，在覆盖板的每个任意点处的、也在大面积的覆盖板的遥远的边缘点处通过用户对覆盖板的操纵始终导致从止挡面施加到触觉模块上的压力。
设备能够实现在覆盖板的每个位置处产生触觉信号，因为当力朝着基板的方向施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，压力始终被传递到触觉模块上。相应于此，唯一的致动器的振动能够传递到覆盖板的每个位置处、也能够传递到边缘区域处。
经弹簧加载的悬挂装置具有第一弹簧元件，该第一弹簧元件能够实现覆盖板相对于基板的运动。此外，经弹簧加载的悬挂装置具有引导元件，所述引导元件阻止覆盖板从中性位置朝着远离基板的方向运动，或者相对于覆盖板从中性位置向基板上运动，所述引导元件妨碍覆盖板从中性位置出来朝着远离基板的方向运动。
因此，第一弹簧元件能够实现两个板件相对于彼此的运动。引导元件又能够限制这两个板件相对于彼此的可运动性并且在此如此引导覆盖板的运动，从而避免覆盖板的翻转。引导元件能够例如是止挡，覆盖板在静止状态中抵靠在该止挡处，并且该止挡阻止覆盖板运动远离基板。替代地，引导元件能够是第二弹簧元件，所述第二弹簧元件在其刚度方面区别于第一弹簧元件。第二弹簧元件例如能够负责的是，与相对于压力相比，相对于拉力经弹簧加载的悬挂装置具有更高的阻力。
相对于具有第一弹簧元件然而不具有引导元件的悬挂装置，通过引导元件能够引起的是，覆盖板受控制地运动并且也在边缘区域中操纵覆盖板时避免覆盖板的翻转。除了第一弹簧元件之外还具有引导元件的悬挂装置能够实现的是，与唯一的触觉模块对于没有引导元件的悬挂装置而言是可行的相比，将该唯一的触觉模块与更大地确定尺寸的覆盖板组合起来。
该引导元件能够妨碍或者阻止覆盖板运动远离基板，从而保证施加到覆盖板上的力始终传递到触觉模块上，而不依赖于该力作用在哪个位置处。相反，由触觉模块所产生的振动也传递到覆盖板的每个点处并且引起该点的振动。
第一弹簧元件和引导元件能够是结构上分离的元件。相应于此，第一弹簧元件和引导元件不是一体式的。
经弹簧加载的悬挂装置能够具有多个第一弹簧元件和多个引导元件。
止挡面能够设计用于，将作用到覆盖板上的力传递到触觉模块上。在此，止挡面能够操纵触觉模块。由触觉模块所产生的振动能够从止挡面传递到覆盖板上。
经弹簧加载的悬挂装置能够设计用于，当覆盖板位于中性位置中并且力朝着基板的方向被施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，不依赖于该力作用在上侧部的哪个点处，操纵触觉模块的止挡面始终向触觉模块上运动。因此，作用在上侧部的边缘区域处的力也导致了对触觉模块的操纵。
经弹簧加载的悬挂装置能够设计用于，阻止覆盖板相对于基板翻转或者至少将其限制到最小程度。当力点状地按压到覆盖板的上侧部的任意点上时，覆盖板相应于此从中性位置出来基本上线性地向基板上运动。当覆盖板位于中性位置中并且力朝着基板的方向被施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，覆盖板的上侧部的每个点优选地向基板上运动。
以这种方式保证的是，作用到覆盖板上的力始终传递到触觉模块上，而不依赖于该力作用在覆盖板的哪个位置处。由此能够实现的是，触觉模块可靠地用作用于识别作用到覆盖板上的力的传感器。
此外，经弹簧加载的悬挂装置能够保证的是，触觉模块能够将覆盖板的每个点都置于振动中。在此，经弹簧加载的悬挂装置能够负责的是，使触觉信号在覆盖板的上侧部的每个点处对于用户而言都能够被良好地感知到。如果压力施加到覆盖板的任意点上，那么覆盖板从中性位置运动到激活位置中。经弹簧加载的悬挂装置负责的是，使覆盖板在激活位置中比在中性位置中更靠近基板。如果现在触觉模块将激活位置中的覆盖板相对于基板置于振动中，那么覆盖板相对于基板进行振动运动，该振动运动在覆盖板的整个上侧部的范围内能够良好地被覆盖板的用户触觉地感知到。
经弹簧加载的悬挂装置能够在宽的尺寸范围中伸缩。相应于此，该设备能够以不同的尺寸制成。由此能够将该设备应用于采用不同尺寸的表面、例如显示器、操作区或者输入元件。
触觉模块能够尤其设计用于，使覆盖板相对于基板朝着远离基板的方向运动或者向基板上运动。覆盖板相对于基板的这种向上和向下运动产生了对于用户而言能触觉地感知到的信号。触觉模块能够尤其具有压电式致动器作为唯一的致动器。压电式致动器特别良好地适合于产生触觉信号，因为该压电式致动器具有短的反应持续时间并且能够以不同的频率运行并且因此能够产生不同的触觉信号。
此外，压电式致动器除了致动器功能之外还能够作为传感器运行。
经弹簧加载的悬挂装置能够构成机械的悬挂装置，基板和覆盖板通过该机械的悬挂装置机械地彼此连接。经弹簧加载的悬挂装置能够将弹簧力施加到覆盖板上，必须克服该弹簧力，以便使覆盖板相对于基板运动。
设备的下述状态被称为中性位置，在该状态中触觉模块没有将力施加到覆盖板或者基板上，并且在该状态中没有外部的力被施加到覆盖板上。该中性位置是设备的静止位置。
设备能够被激活，其方式为：将力施加到覆盖板上，通过该力使覆盖板向基板上运动。在此，覆盖板能够从中性位置运动到激活位置中，该覆盖板在该激活位置中比在中性位置中更靠近基板。触觉模块能够设计用于，在激活位置中将引起覆盖板的振动的力施加到覆盖板上。
触觉模块能够具有小于覆盖板的长度的十分之一的长度，并且触觉模块能够具有小于覆盖板的宽度的十分之一的宽度。在此，该长度和宽度能够表示触觉模块的和覆盖板的沿垂直于堆叠方向的方向的延展，覆盖板、触觉模块和基板沿该堆叠方向彼此上下地布置。在此，该长度和宽度能够相对于彼此垂直。触觉模块和覆盖板能够分别是矩形的。优选地，触觉模块的长度能够小于覆盖板的长度的二十分之一或五十分之一。优选地，触觉模块的宽度能够小于覆盖板的宽度的二十分之一或五十分之一。
相应于此，触觉模块能够比覆盖板明显更小地确定尺寸。基于所述悬挂装置（该悬挂装置除了第一弹簧元件之外还具有引导元件），具有唯一的致动器的唯一的触觉模块能够足以在明显更大的覆盖板的每个位置处产生能触觉地感知到的信号并且在每个任意的位置处识别出对覆盖板的操纵。
在一种实施例中，经弹簧加载的悬挂装置能够具有带有止挡的支座，覆盖板在中性位置中抵靠在该止挡处。在此，止挡能够构成引导元件。
覆盖板在止挡处的抵靠能够阻止覆盖板从中性位置运动出来。因此，覆盖板无法运动远离基板。在本实施例中，覆盖板向基板上的运动仅仅从中性位置出来是可行的。在此，支座阻止翻转，在该翻转时例如覆盖板的边缘区域运动远离基板。在一种实施方式中，支座确保了与触觉模块存在接触的止挡面向触觉模块上运动。
基板能够具有经弹簧加载的悬挂装置的止挡，该止挡平行于覆盖板的上侧部并且所述覆盖板在中性位置中抵靠在止挡处。带有止挡的支座能够限制覆盖板相对于基板的运动并且因此负责的是，当力被施加到覆盖板上时，覆盖板的每个点始终向基板上运动。
基板能够具有导轨，覆盖板嵌入到该导轨中，并且该导轨设计用于引导覆盖板的运动。导轨例如能够允许覆盖板的仅纯线性的运动。导轨能够实现即使覆盖板已经离开了中性位置也引导覆盖板的运动。
在一种实施例中，经弹簧加载的悬挂装置此外具有第二弹簧元件，该第二弹簧元件将弹簧力施加到覆盖板上，仅仅在覆盖板运动远离基板时需要克服该弹簧力。第二弹簧元件能够构成引导元件。
相应于此，与对于覆盖板向基板上运动相比，对于基板运动远离覆盖板而言需要花费更高的力。第一弹簧元件施加一种弹簧力，该弹簧力不仅沿牵拉方向而且也沿按压方向作用到覆盖板上。第二弹簧元件施加一种弹簧力，该弹簧力仅仅逆着牵拉方向作用。因此，在带有两个不同的弹簧元件的本实施例中，相对于覆盖板向基板上运动妨碍了覆盖板运动远离基板。两个不同的弹簧元件的组合引起的是，覆盖板向基板上的运动被引导并且覆盖板朝着基板的翻转被最小化。
设备能够具有第一弹簧元件的类型的多个弹簧元件以及第二弹簧元件的类型的多个弹簧元件。
第二弹簧元件的刚度能够大于第一弹簧元件的刚度。与相对于覆盖板朝着基板的运动相比，相对于覆盖板远离基板的运动经弹簧加载的悬挂装置能够具有更大的刚度。经弹簧加载的悬挂装置因此具有依赖于方向的系统刚度。
所述第一和第二弹簧元件能够是任意的弹簧元件。弹簧元件例如能够是z形的。替代地，弹簧元件能够是盘形弹簧或者螺旋弹簧、板式弹簧、扁形弹簧或者咬合盘形弹簧。弹簧元件能够具有屈服的材料或者由屈服的材料制成、例如橡胶、弹性体或者泡沫材料。
所述设备能够具有用于产生振动的唯一的触觉模块，该唯一的触觉模块居中地布置在基板与覆盖板之间。因为在力作用到覆盖板的任意点上时覆盖板的每个点都向基板上运动，所以该力在任何情况下都传递到触觉模块上。因此，唯一的居中地所布置的触觉模块的布置方案是足够的。相比于具有多个触觉模块的设备，因此能够构造更简单的且节省空间的设备。
触觉模块能够具有带有上侧部和下侧部的压电式致动器、第一机械式增强元件以及第二机械式增强元件。第一机械式增强元件布置在致动器的上侧部上并且具有第一部分区域。第二机械式增强元件布置在致动器的下侧部上并且具有第二部分区域。第一机械式增强元件和第二机械式增强元件如此设计和布置，使得压电式致动器的沿平行于上侧部的方向的长度变化转换成第一部分区域的垂直于上侧部的运动和第二部分区域的沿与第一部分区域运动所沿的方向相反的方向的运动。在此，第一部分区域能够抵靠在覆盖板的指向基板的内侧处。第二部分区域能够抵靠在基板的指向覆盖板的内侧处。
压电式致动器能够具有压电陶瓷或者压电聚合物。该压电式致动器能够具有交替地堆叠的内电极和压电的材料的层，它们平行于致动器的上侧部布置。
第一机械式增强元件和第二机械式增强元件能够是截锥状的或者说钹状的。这种形状良好地适合于致动器的沿与之垂直的方向的长度变化的转换，其中，能够增大运动的幅度。
所述设备能够具有与触觉模块连接的评测电子装置，其中，评测电子装置设计用于，当施加到覆盖板上的力超过预先规定的力阈值时，其中测量由触觉模块产生的电压。力阈值的超过以及对该超过的识别能够被称为“力感知”。评测电子装置能够将力阈值的超过解释为对覆盖板的操纵并且在这种情况下通过触觉模块引起振动的产生。
覆盖板能够设计用于，识别出覆盖板的触碰的位置，其中，评测电子装置设计用于，在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数。替代地，覆盖板能够与触碰敏感的表面固定连接，该触碰敏感的表面设计用于，识别出触碰敏感的表面的触碰的位置，其中，评测电子装置设计用于，在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数。在两种情况下通过依赖于位置的校正因数能够补偿的是，施加在不同的位置上的力没有以相同的程度传递到触觉模块上。例如，与作用在边缘区域处的力相比，居中地施加到覆盖板上的力将能够更剧烈地传递到触觉模块上。
在一种实施例中，能够改变存储在评测电子装置中的力阈值。
经弹簧加载的悬挂装置的抵抗覆盖板向基板上运动的刚度能够小于触觉模块的刚度。作为替代方案或者补充方案，经弹簧加载的悬挂装置的抵抗覆盖板运动远离基板的刚度能够大于或等于触觉模块的刚度。由此使覆盖板朝向基板的运动变得容易。
经弹簧加载的悬挂装置的弹簧元件能够更换。覆盖板能够是显示屏、操作区或者输入元件。替代地，所述设备能够具有连接元件，覆盖板通过该连接元件与显示屏、操作区或者输入元件固定连接。
设备能够设计用于产生触觉信号，其方式为：将电压施加到触觉模块处，如引起第一部分区域向第二部分区域上运动或者远离第二部分区域运动那样，从而覆盖板和基板运动到彼此上或者与彼此远离地运动。
经弹簧加载的悬挂装置能够具有至少四个弹簧元件，它们布置在覆盖板和基板的拐角附近。这种布置能够以所期望的方式引导覆盖板的运动。
在下文中提及优选的方面。为了更容易的引用而对这些方面进行编号。
1. 用于产生触觉信号的设备，所述设备具有：
- 用于产生振动的构件，
- 平行于彼此布置的基板和覆盖板，其中，覆盖板具有指向基板的止挡面和远离基板指向的上侧部，其中，构件布置在基板与覆盖板之间，其中，构件的第一部分区域抵靠在覆盖板的止挡面处并且构件的第二部分区域抵靠在基板处，和
- 经弹簧加载的连接部，基板和覆盖板通过该连接部机械地彼此连接，
其中，经弹簧加载的连接部如此设计，使得当覆盖板位于中性位置中并且力朝着基板的方向被施加到覆盖板的上侧部的任意点上时，止挡面向基板上运动。
2. 根据前述方面所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部具有带有止挡的支座，覆盖板在中性位置中抵靠在该止挡处。
3. 根据前述方面所述的设备，
其中，基板构成经弹簧加载的连接部的止挡。
4. 根据前述方面所述的设备，
其中，覆盖板具有突起，该突起平行于覆盖板的上侧部，
并且其中，突起在中性位置中抵靠在止挡处。
5. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，基板具有导轨，覆盖板嵌入到该导轨中，并且该导轨设计用于引导覆盖板的运动。
6. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部如此设计，使得阻止覆盖板从中性位置朝着远离基板的方向运动。
7. 根据方面1至5中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部如此设计，使得相对于覆盖板从中性位置向基板上运动妨碍了覆盖板从中性位置出来朝着远离基板的方向运动。
8. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部具有至少一个第一弹簧元件，该第一弹簧元件将弹簧力施加到覆盖板上，在覆盖板向基板上运行时并且在覆盖板运动远离基板时需要克服该弹簧力；和
至少一个第二弹簧元件，该第二弹簧元件将弹簧力施加到覆盖板上，仅仅在覆盖板运动远离基板时需要克服该弹簧力。
9. 根据前述方面所述的设备，
其中，第二弹簧元件的刚度大于第一弹簧元件的刚度。
10. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，与相对于覆盖板朝向基板运动相比，相对于覆盖板运动远离基板该经弹簧加载的连接部具有更高的刚度。
11. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，设备具有用于产生振动的唯一的构件，并且用于产生振动的构件居中地布置在基板与覆盖板之间。
12. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，用于产生振动的构件具有：
带有上侧部和下侧部的压电式致动器，
第一机械式增强元件，该第一机械式增强元件布置在所述压电式致动器的上侧部上并且该第一机械式增强元件具有第一部分区域，和
第二机械式增强元件，该第二机械式增强元件布置在压电式致动器的下侧部上并且该第二机械式增强元件具有第二部分区域，
其中，第一机械式增强元件和第二机械式增强元件如此设计和布置，使得压电式致动器沿平行于压电式致动器的上侧部的方向的长度变化转换成第一部分区域的垂直于压电式致动器的上侧部的运动和第二部分区域的沿第一部分区域运动所沿的方向相反的方向的运动。
13. 根据前述方面所述的设备，
其中，压电式致动器具有压电陶瓷或者压电聚合物。
14. 根据方面12或13中任一项所述的设备，
其中，第一机械式增强元件和第二机械式增强元件是截锥状的。
15. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，设备具有与构件连接的评测电子装置，并且其中，评测电子装置设计用于，识别出施加到覆盖板上的力何时超过预先规定的力阈值，其方式为：测量在构件处所产生的电压。
16. 根据前述方面所述的设备，
其中，覆盖板设计用于，识别出覆盖板的触碰的位置，其中，评测电子装置设计用于在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数，
或者其中，覆盖板与触碰敏感的表面固定地连接，该触碰敏感的表面设计用于，识别出触碰敏感的表面的触碰的位置，其中，评测电子装置设计用于，在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数。
17. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部的抵抗覆盖板向基板上运动的刚度小于构件的刚度，
并且/或者其中，经弹簧加载的连接部的抵抗覆盖板运动远离基板的刚度大于或等于构件的刚度。
18. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，覆盖板是显示屏、操作区或者输入元件，
或者其中，设备具有连接元件，覆盖板通过该连接元件与显示屏、操作区或者输入元件固定连接。
19. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，设备设计用于产生触觉信号，其方式为：将电压施加到构件处，该电压引起第一部分区域向第二部分区域上运动或者远离第二部分区域运动，从而覆盖板和基板运动到彼此上或者与彼此远离地运动。
20. 根据前述方面中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的连接部具有至少四个弹簧元件，它们布置在基板的和覆盖板的拐角的附近。
附图说明
在下文中根据附图来阐释本发明的优选的实施例。其中：
图1以立体图示出了用于产生振动的触觉模块；
图2示出了触觉模块的横向剖面；
图3至6示出了按照第一种实施例的用于产生触觉信号的设备；
图7至8示出了按照第二种实施例的用于产生触觉信号的设备。
具体实施方式
图1以立体图示出了用于产生振动的触觉模块100。
图2示出了触觉模块100的横向剖面。
触觉模块100具有压电式致动器1、第一机械式增强元件2和第二机械式增强元件3。触觉模块100尤其能够应用在用于产生触觉信号且用于探测操作信号的设备中。
压电式致动器1具有由沿堆叠方向S交替地彼此上下堆叠的内电极4和压电层5构成的堆叠结构。压电式致动器1具有第一外电极6和第二外电极7。内电极4沿堆叠方向S交替地与第一外电极6或者与第二外电极7接触。压电式致动器1是长方形的。在此，一种高度描述了压电式致动器1沿堆叠方向S的延展。压电式致动器1的高度小于其宽度和其长度。该宽度和长度描述了致动器1的沿垂直于堆叠方向S的方向的延展。压电式致动器1的上侧部8和下侧部9沿堆叠方向S对置。
压电层5能够具有压电陶瓷、尤其锆钛酸铅陶瓷（PZT陶瓷）。该PZT陶瓷能够附加地包括Nd和Ni。替代地，该PZT陶瓷能够附加地具有Nd、K并且必要时具有Cu。替代地，该压电层5能够具有包含Pb(ZrxTi1-x)O3 + y Pb（Mn1/3Nb2/3）O3的成分。
替代地，压电层5能够具有压电聚合物。
内电极4具有铜或者由铜组成。
压电式致动器1如此设计，使得在施加电压时发生压电式致动器1的变形。特别地，压电层5如此极化，使得在内电极4之间施加电压导致了压电式致动器1的垂直于堆叠方向S的延展的变化。
为了进一步强化长度变化的效果，该设备具有两个增强元件2、3。该第一增强元件2紧固在压电式致动器1的上侧部8上。第二增强元件3紧固在压电式致动器1的下侧部9上。这两个增强元件2、3构造相同。
第一增强元件2和第二增强元件3是截锥状的。该第一增强元件2和第二增强元件3分别具有边缘区域10，该边缘区域直接抵靠在压电式致动器1处。第一增强元件2和第二增强元件3分别具有部分区域11，该部分区域与压电式致动器1间隔开。部分区域11平行于压电式致动器1的上侧部8或者说下侧部9。
第一增强元件2和第二增强元件3分别具有连接区域12，其中，部分区域11通过连接区域12与边缘区域10连接。边缘区域10圆形地或椭圆形地包围该部分区域11。连接区域12相对于压电式致动器1的上侧部8或者说下侧部9围成具有0 < α < 90°的角度α。
增强元件2、3如此确定尺寸并且与压电式致动器1连接，使得增强元件2、3的相应的部分区域11基于致动器1的沿垂直于堆叠方向S的方向的延展的变化而实施沿堆叠方向S的提升运动，其中，提升运动的幅度大于致动器1的长度变化的幅度。
增强元件2、3能够是板片。增强元件2、3能够具有钛或者由钛组成。增强元件2、3的边缘区域10不可拆卸地与压电式致动器1连接。边缘区域10例如能够与致动器1通过粘接连接来连接。
图3至6示出了用于产生触觉信号的设备，该设备具有在图1和图2中所示出的触觉模块100。图3以立体图示出了设备。图4示出了设备的横向剖面。图5以立体图示出了设备，其中，透明地示出了该设备的覆盖板13。图6示出了设备的侧视图。
该设备具有基板14和覆盖板13。基板14和覆盖板13平行于彼此布置。压电式致动器1和两个增强元件2、3布置在基板14与覆盖板13之间。第一机械式增强元件2的部分区域11抵靠在覆盖板13的指向压电式致动器1的侧部处。第二机械式增强元件3的部分区域11抵靠在基板14的指向压电式致动器1的侧部处。
在覆盖板13与基板14之间构造有气隙15，该气隙能够实现的是，覆盖板13能够向基板14上运动。覆盖板13和基板14通过经弹簧加载的悬挂装置16机械地彼此连接。
在图中示出了该设备在中性位置中的情况。在中性位置中，没有将电压施加到压电式致动器1处并且没有将力施加到覆盖板13上。该中性位置因此是设备的静止位置。经弹簧加载的悬挂装置16在基板14与覆盖板13之间如此设计，使得覆盖板13从中性位置出来无法运动远离压电式致动器1。仅仅可行的是，覆盖板13向压电式致动器1上运动。
在第一种实施例中，经弹簧加载的悬挂装置16具有四个z形的第一弹簧元件17。该弹簧元件中的每个弹簧元件17不仅与基板14而且也与覆盖板13连接。弹簧元件17如此设计，使得其将弹簧力施加到覆盖板13上，必须克服该弹簧力，以便使覆盖板13向基板14上运动并且使覆盖板13运动远离基板14。
弹簧元件17对称地布置在设备中。每个弹簧元件17布置在基板14的和覆盖板13的拐角附近。每个弹簧元件17布置在基板14的纵向侧的边缘处并且布置在覆盖板13的纵向侧的边缘处。
弹簧元件17如此布置并且如此选择弹簧元件17的刚度，使得当用户将力施加到覆盖板13上的任意的位置上时，覆盖板13基本上线性地向基板14上运动。弹簧元件17引起了：施加到覆盖板13上的力仅仅以非常低的程度导致覆盖板13相对于基板14的翻转。
经弹簧加载的悬挂装置16的抵抗覆盖板13向基板14上运动的刚度能够小于触觉模块100的刚度。经弹簧加载的悬挂装置16的抵抗覆盖板13运动远离基板14的刚度能够大于或等于触觉模块100的刚度。通过对该刚度的这样的选择，能够使得覆盖板13朝着基板14的运动变得容易。
在覆盖板13与基板14之间的经弹簧加载的悬挂装置16具有支座18。支座18具有止挡19，覆盖板13在中性位置中抵靠在该止挡处，并且该止挡阻止了覆盖板13运动远离基板14。相应于此，止挡19在本实施例中能够构成引导元件，该引导元件阻止覆盖板13从中性位置朝着远离基板14的方向运动。
覆盖板13是矩形的板件。覆盖板具有远离基板指向的上侧部13a。覆盖板13的上侧部13a设计用于由用户来操纵，其方式例如为：用户用销钉或者手指按压到上侧部13a上。此外，上侧部13a设计用于，通过振动来传递对于用户而言能触觉地感知到的信号。覆盖板13具有指向基板14的下侧部13b。在覆盖板的下侧部13b处构造有止挡面24，该止挡面抵靠在第一增强元件的部分区域11处。止挡面设计用于，将触觉模块的振动传递到覆盖板13上并且将作用到覆盖板13上的力传递到触觉模块上。
覆盖板13在其边缘的每个边缘处具有缩回的区域20，基板的隆起21嵌入到该区域中。
覆盖板13具有突起22。突起22向内突出。突起22布置在构造在基板14中的导轨23中。在中性位置中，突起22抵靠在构造在基板14中的止挡19处并且阻止覆盖板13运动远离基板14。止挡19沿指向覆盖板的方向构成导轨23的结束部。
基板14是矩形的板材。基板14具有与覆盖板13相同的宽度和相同的长度。基板14平行于覆盖板13布置。
在基板14的边缘处构造有隆起21，该隆起朝向覆盖板13突出。隆起21布置在经弹簧加载的悬挂装置16的弹簧元件17之间。隆起21在其内侧处分别构成导轨23，覆盖板13的突起22布置在该导轨中。当覆盖板13向基板14上运动时，沿着导轨23来引导覆盖板13的突起22。
基板14具有构成经弹簧加载的悬挂装置16的止挡19的面。覆盖板13的突起22在中性位置中抵靠在基板14的止挡19处。
如果现在用户将力施加到覆盖板13上，其方式例如为：用户在覆盖板13的任意位置处用其手指或者销钉按压到覆盖板13上，那么覆盖板13就向基板14上运动。特别地，覆盖板13的止挡面24向基板13和压电式致动器1上运动。在此，经弹簧加载的悬挂装置16与支座处于悬挂中负责的是，将覆盖板13相对于基板14的倾斜限制到最小程度上并且使覆盖板13基本上线性地运动。通过覆盖板14向基板13上运动这种方式，第一机械式增强元件2和第二机械式增强元件3发生变形，尤其所述部分区域11运动到彼此上。由此，机械式增强元件2、3将力施加到压电式致动器1上，通过该力在长度方面和宽度方面来牵拉压电式致动器1。基于压电效应，现在在压电式致动器1中出现电压信号，该电压信号能够被与压电式致动器1相连接的评测电子装置读取。
如果电压信号超过预先规定的力阈值，那么该电压信号被解释为对覆盖板13的操纵。在这种情况下，能够将引起致动器1的振动的电压施加到压电式致动器1处。由此，增强元件2、3的部分区域11沿堆叠方向S相对于彼此运动并且覆盖板13相对于基板14运动。覆盖板13的运动作为触觉信号对于该设备的用户而言能够被感知到。
经弹簧加载的悬挂装置16的设计方案和布置方案能够实现的是，该设备仅仅具有唯一的压电式致动器1，该压电式致动器居中地布置在基板14与覆盖板13之间。不依赖于在覆盖板13的哪个位置处将力施加到覆盖板13上，该力始终引起覆盖板13的止挡面24向基板14上运动并且在此将力施加到压电式致动器1上。不依赖于在覆盖板13的哪个位置处施加力，压电式致动器1都能够识别出将力施加到覆盖板13上。经弹簧加载的悬挂装置16如此设计，从而触觉模块100的振动使得覆盖板13运动并且于是在覆盖板13的每个位置处产生能触觉地感知到的信号。
压电式致动器1能够与评测电子装置连接。当电压超过预先规定的力阈值时，评测电子装置测量在致动器1中所产生的电压并且识别出对覆盖板13的操纵（Force Sensing（力感知））。
覆盖板13能够设计用于，识别出在覆盖板13的哪个位置处触碰该覆盖板。这种信息能够转发到评测电子装置处，其中，评测电子装置一同考虑依赖于位置的校正因数，以便确定是否超过了预先确定的阈值。相应于此，能够依赖于位置地针对覆盖板13的不同的区域来不同地规定该阈值。
覆盖板13能够替代地与触碰敏感的表面连接，该触碰敏感的表面被用户触碰。在此，能够将触碰敏感的表面被触碰所在的位置的信息转发到评测电子装置处，从而该评测电子装置又能够考虑依赖于位置的校正因数。
图7和图8示出了设备的第二种实施例。在图7中以立体图示出了设备，其中，覆盖板13透明地示出。图8示出了按照第二种实施例的设备的横向剖面。
与按照第一种实施例的设备的相反，按照第二种实施例的设备并不具有支座。替代地，按照第二种实施例的设备具有第一弹簧元件17和第二弹簧元件25。第一弹簧元件17和第二弹簧元件25分别不仅与覆盖板13而且也与基板14连接。第一弹簧元件17和第二弹簧元件25是z形的。
第二弹簧元件25承担支座的功能。第二弹簧元件25在本实施例中构成引导元件，相对于覆盖板13从中性位置向基板14上运动，该引导元件妨碍覆盖板13从中性位置出来沿远离基板14方向运动。
第二弹簧元件25将弹簧力施加到覆盖板13上，仅仅在覆盖板13运动远离基板14时才必须克服该弹簧力。第二弹簧元件25没有阻碍覆盖板13向基板14上运动。第一弹簧元件与第一种实施例的弹簧元件构造相同。第一弹簧元件施加弹簧力不仅抵抗覆盖板朝向基板运动而且也抵抗覆盖板运动远离基板。
带有第一和第二弹簧元件的经弹簧加载的悬挂装置负责的是，不依赖于在哪个位置处将力作用到覆盖板上，都使覆盖板基本上线性地向基板上运动。此外，第二弹簧元件如此设计，使得限制覆盖板从中性位置出来运动远离基板。第二弹簧元件具有比第一弹簧元件要高的刚度。经弹簧加载的悬挂装置因此具有依赖于方向的系统刚度。
附图标记列表：
1 压电式致动器
2 第一机械式增强元件
3 第二机械式增强元件
4 内电极
5 压电层
6 外电极
7 外电极
8 压电式致动器的上侧部
9 压电式致动器的下侧部
10 边缘区域
11 部分区域
12 连接区域
13 覆盖板
13a 覆盖板的上侧部
13b 覆盖板的下侧部
14 基板
15 气隙
16 经弹簧加载的连接部
17 （第一）弹簧元件
18 支座
19 止挡
20 覆盖板的缩回的区域
21 基板的隆起
22 突起
23 导轨
24 止挡面
25 （第二）弹簧元件
100 触觉模块
S 堆叠方向。

Claims (22)

1.用于产生触觉信号的设备，所述设备具有：
- 具有唯一的触觉模块（100）的唯一的致动器（1），
- 平行于彼此布置的基板（14）和覆盖板（13），其中，所述覆盖板（13）具有指向所述基板（14）的止挡面（24）和远离所述基板（14）指向的上侧部（13a），
其中，所述触觉模块（100）布置在所述基板（14）与所述覆盖板（13）之间，其中，所述触觉模块（100）的第一部分区域（11）抵靠在所述覆盖板（13）的止挡面（24）处，并且所述触觉模块（100）的第二部分区域（11）抵靠在所述基板（14）处，和
- 经弹簧加载的悬挂装置（16），所述基板（14）和所述覆盖板（13）通过所述经弹簧加载的悬挂装置机械地彼此连接，
其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）如此设计，使得当所述覆盖板（13）位于中性位置中并且力朝着所述基板（14）的方向被施加到所述覆盖板（13）的上侧部（13a）的任意点上时，所述止挡面（24）向所述基板（14）上运动，从而当力朝着所述基板（14）的方向被施加到所述覆盖板（13）的上侧部（13a）的任意点上时，始终将压力传递到所述触觉模块上，
其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）具有第一弹簧元件（17），所述第一弹簧元件能够实现所述覆盖板相对于所述基板的运动，
并且其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）具有引导元件（19、25），所述引导元件阻止所述覆盖板（13）从所述中性位置朝着远离所述基板（14）的方向运动，或者相对于所述覆盖板（13）从所述中性位置向所述基板（14）上运动，所述引导元件妨碍所述覆盖板（13）从所述中性位置出来朝着远离所述基板（14）的方向运动。
2.按照权利要求1所述的设备，
其中，所述第一弹簧元件（17）和所述引导元件（19、25）是结构上分离的元件。
3.按照权利要求1或权利要求2所述的设备，
其中，所述触觉模块（100）具有小于所述覆盖板（13）的长度的十分之一的长度，并且所述触觉模块具有小于所述覆盖板的宽度的十分之一的宽度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，
其中，所述基板（14）具有导轨（23），所述覆盖板（13）嵌入到所述导轨中，并且所述导轨设计用于引导所述覆盖板（13）的运动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，
其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）具有带有止挡（19）的支座（18），所述覆盖板（13）在中性位置中抵靠在所述止挡处，
其中，所述止挡（19）构成所述引导元件。
6.按照权利要求4和权利要求5所述的设备，
其中，所述止挡（19）沿指向覆盖板的方向构成所述导轨（23）的结束部。
7.按照权利要求5或权利要求6所述的设备，
其中，所述基板（14）构成所述经弹簧加载的悬挂装置（16）的止挡（19）。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，
其中，所述覆盖板（13）具有突起（22），所述突起平行于所述覆盖板（13）的上侧部（13a），
并且其中，所述突起在中性位置中抵靠在所述止挡（19）处。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，
其中，所述第一弹簧元件（17）将弹簧力施加到所述覆盖板（13）上，在所述覆盖板（13）向所述基板（14）上运动时并且在所述覆盖板（13）运动远离所述基板（14）时需要克服所述弹簧力。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，
其中，所述设备作为引导元件具有至少一个第二弹簧元件（25），所述第二弹簧元件将弹簧力施加到所述覆盖板（13）上，仅仅在所述覆盖板（13）运动远离所述基板（14）时需要克服所述弹簧力。
11.根据权利要求10所述的设备，
其中，所述第二弹簧元件（25）的刚度大于所述第一弹簧元件（17）的刚度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，
其中，与相对于所述覆盖板（13）朝向所述基板（14）运动相比，相对于所述覆盖板（13）运动远离所述基板（14）所述经弹簧加载的悬挂装置（16）具有更高的刚度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，
其中，所述唯一的触觉模块（100）居中地布置在所述基板与所述覆盖板（13）之间。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，
其中，所述触觉模块（100）作为致动器具有带有上侧部（8）和下侧部（9）的压电式致动器（1），并且其中，所述触觉模块此外具有：
第一机械式增强元件（2），所述第一机械式增强元件布置在所述压电式致动器（1）的上侧部（8）上并且所述第一机械式增强元件具有第一部分区域（11），和
第二机械式增强元件（3），所述第二机械式增强元件布置在所述压电式致动器（1）的下侧部（9）上并且所述第二机械式增强元件具有第二部分区域（11），
其中，所述第一机械式增强元件（2）和所述第二机械式增强元件（3）如此设计和布置，使得所述压电式致动器（1）沿平行于所述压电式致动器（1）的上侧部（8）的方向的长度变化转换成所述第一部分区域（11）的垂直于所述压电式致动器（1）的上侧部（8）的运动和所述第二部分区域（11）的沿与所述第一部分区域（11）运动所沿的方向相反的方向的运动。
15.根据权利要求14所述的设备，
其中，所述压电式致动器（1）具有压电陶瓷或者压电聚合物。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的设备，
其中，所述第一机械式增强元件（2）和所述第二机械式增强元件（3）是截锥状的。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的设备，
其中，所述设备具有与所述触觉模块（100）相连接的评测电子装置，并且其中，所述评测电子装置设计用于，识别出施加到所述覆盖板（13）上的力何时超过预先规定的力阈值，其方式为：测量在所述触觉模块（100）处所产生的电压。
18. 根据权利要求17所述的设备，
其中，所述覆盖板（13）设计用于，识别出所述覆盖板（13）的触碰的位置，其中，所述评测电子装置设计用于，在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数，或者
其中，所述覆盖板（13）与触碰敏感的表面固定地连接，所述触碰敏感的表面设计用于，识别出触碰敏感的表面的触碰的位置，其中，所述评测电子装置设计用于，在识别出所施加的力时考虑依赖于位置的校正因数。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备，
其中，经弹簧加载的悬挂装置（16）的抵抗所述覆盖板（13）向所述基板（14）上运动的刚度小于所述触觉模块（100）的刚度，
并且/或者其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）的抵抗所述覆盖板（13）运动远离所述基板（14）的刚度大于或等于所述触觉模块（100）的刚度。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的设备，
其中，所述覆盖板（13）是显示屏、操作区或者输入元件，
或者其中，所述设备具有连接元件，所述覆盖板（13）通过所述连接元件而与显示屏、操作区或者输入元件固定地连接。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的设备，
其中，所述设备设计用于产生所述触觉信号，其方式为：将电压施加到所述触觉模块（100）处，所述电压促使所述第一部分区域（11）向所述第二部分区域（11）上运动或者运动远离所述第二部分区域（11），从而所述覆盖板（13）和所述基板（14）运动到彼此之上或者远离彼此运动。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的设备，
其中，所述经弹簧加载的悬挂装置（16）具有至少四个弹簧元件，这些弹簧元件布置在所述基板（14）的和所述覆盖板（13）的拐角附近。
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