DE102017202645A1 - Input interface - Google Patents

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DE102017202645A1
DE102017202645A1 DE102017202645.6A DE102017202645A DE102017202645A1 DE 102017202645 A1 DE102017202645 A1 DE 102017202645A1 DE 102017202645 A DE102017202645 A DE 102017202645A DE 102017202645 A1 DE102017202645 A1 DE 102017202645A1
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Frank Beruscha
Istvan Denes
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabeschnittstelle (1), mit einer Trägereinrichtung (2); einem Vibrationselement (3); einem ersten Aktuator (4) mit einem ersten Elektrodenpaar (4a, 4c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (4a, 4c) befindlichen ersten Polymerschicht (4b); und einem zweiten Aktuator (5) mit einem zweiten Elektrodenpaar (5a, 5c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (5a, 5c) befindlichen zweiten Polymerschicht (5b); wobei der erste Aktuator (4) einen ersten Randbereich des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet und der zweite Aktuator (5) einen zweiten Randbereich des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet; und wobei das Vibrationselement (3) durch Einstellen einer an das erste Elektrodenpaar anlegbaren ersten Spannung (U1) und einer an das zweite Elektrodenpaar (4a, 4c) anlegbaren zweiten Spannung (U2) bewegbar ist.The invention relates to an input interface (1), comprising a carrier device (2); a vibrating element (3); a first actuator (4) having a first electrode pair (4a, 4c) and a first polymer layer (4b) located between the pair of electrodes (4a, 4c); and a second actuator (5) having a second electrode pair (5a, 5c) and a second polymer layer (5b) located between the electrode pair (5a, 5c); wherein the first actuator (4) connects a first edge region of the vibration element (3) to the carrier device (2) and the second actuator (5) connects a second edge region of the vibration element (3) to the carrier device (2); and wherein the vibration element (3) is movable by setting a first voltage (U1) which can be applied to the first electrode pair and a second voltage (U2) which can be applied to the second electrode pair (4a, 4c).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabeschnittstelle, insbesondere ein Touchdisplay oder ein Touchpad, sowie eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle als Touchdisplay.The present invention relates to an input interface, in particular a touch display or a touchpad, and a use of an input interface as a touch display.

Stand der TechnikState of the art

Die neuesten Generationen von Smartphones weisen eine wachsende Anzahl von Sensorelementen und elektromechanischen Komponenten auf. So können in oder an dem Display Aktuatoren verbaut sein, um dem Benutzer eine haptische Rückkopplung zu geben und das Display in Vibration zu versetzen. Aus der Druckschrift US2015/0145657 A1 ist ein derartiges optisches Display bekannt.The latest generations of smartphones have a growing number of sensor elements and electromechanical components. Thus, actuators can be installed in or on the display to give the user a haptic feedback and to put the display in vibration. From the publication US2015 / 0145657 A1 Such an optical display is known.

Zugleich besteht jedoch erhöhte Nachfrage nach möglichst flachen und kompakten elektronischen Geräten. Um beiden Anforderungen zu genügen, müssen notwendige Elemente, wie etwa das Display des Smartphones, immer dünner ausgebildet werden.At the same time, however, there is an increased demand for flat and compact electronic devices. To meet both requirements, necessary elements, such as the display of the smartphone, must be made thinner and thinner.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung stellt eine Eingabeschnittstelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.The present invention provides an input interface having the features of claim 1 and a use of an input interface having the features of claim 10.

Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung demnach eine Eingabeschnittstelle mit einer Trägereinrichtung, einem Vibrationselement, einem ersten Aktuator und einem zweiten Aktuator bereit. Der erste Aktuator umfasst ein erstes Elektrodenpaar und eine zwischen dem Elektrodenpaar befindliche erste Polymerschicht. Der zweite Aktuator weist ein zweites Elektrodenpaar und eine zwischen dem Elektrodenpaar befindliche zweite Polymerschicht auf. Der erste Aktuator verbindet einen ersten Randbereich des Vibrationselements mit der Trägereinrichtung und der zweite Aktuator verbindet einen zweiten Randbereich des Vibrationselements mit der Trägereinrichtung. Das Vibrationselement ist durch Einstellen einer an das erste Elektrodenpaar anlegbaren ersten Spannung und einer an das zweite Elektrodenpaar anlegbaren zweiten Spannung bewegbar.According to a first aspect, the invention accordingly provides an input interface with a carrier device, a vibration element, a first actuator and a second actuator. The first actuator comprises a first electrode pair and a first polymer layer located between the pair of electrodes. The second actuator has a second electrode pair and a second polymer layer located between the electrode pair. The first actuator connects a first edge region of the vibration element to the carrier device, and the second actuator connects a second edge region of the vibration element to the carrier device. The vibrating element can be moved by setting a first voltage which can be applied to the first electrode pair and a second voltage which can be applied to the second electrode pair.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle als Touchdisplay.According to a further aspect, the present invention relates to a use of an input interface as a touch display.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aktuatoren können an verschiedenen Randbereichen des Vibrationselements angreifen und dadurch durch ein Push-Pull-Prinzip eine stärkere Vibration hervorrufen, als dies durch einen einzelnen Aktuator möglich wäre. Umgekehrt können Aktuatoren mit dünneren Polymerschichten eine gleich große Vibrationswirkung erzielen wie ein dickerer einzelner Aktuator, sodass der Gesamtaufbau der Eingabeschnittstelle flacher ausfallen kann. Die Verwendung zweier Aktuatoren ermöglicht es somit, die Eingabeschnittstelle dünner auszubilden. Durch ihre geringe Dicke ist die Eingabeschnittstelle ideal zur Verwendung in Smartphones, Touchdisplays oder Touchpads geeignet.The actuators can act on different edge regions of the vibrating element and thereby cause by a push-pull principle, a stronger vibration than would be possible by a single actuator. Conversely, actuators with thinner polymer layers can achieve the same vibrational effect as a thicker single actuator, so the overall structure of the input interface can be flatter. The use of two actuators thus makes it possible to make the input interface thinner. Its small footprint makes the input interface ideal for use in smartphones, touch displays or touchpads.

Vorzugsweise weist die Eingabeschnittstelle eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, durch zeitversetztes Anlegen der ersten Spannung und der zweiten Spannung das Vibrationselement in Vibration zu versetzen. Durch die alternierende Spannung werden die jeweiligen Polymerschichten der Aktuatoren jeweils gegenläufig auseinandergezogen bzw. zusammengezogen, sodass einer der Aktuatoren eine von diesem Aktuator wegweisende Kraft auf das Vibrationselement ausübt, während der jeweils andere Aktuator eine zu diesem Aktuator hinweisende Kraft auf das Vibrationselement ausübt. Die Aktuatoren erzeugen dadurch einen Push-Pull-Effekt.The input interface preferably has a control device which is designed to vibrate the vibrating element by applying the first voltage and the second voltage with a time delay. As a result of the alternating voltage, the respective polymer layers of the actuators are respectively pulled apart or pulled together in opposite directions, so that one of the actuators exerts a force pointing away from this actuator on the vibrating element, while the other actuator exerts a force pointing towards this actuator on the vibrating element. The actuators thereby generate a push-pull effect.

Gemäß einer Weiterbildung der Eingabeschnittstelle weist diese einen Kondensator zum Speichern von elektrischer Energie auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, durch Herstellen einer galvanischen Verbindung des Kondensators mit dem ersten Elektrodenpaar bzw. dem zweiten Elektrodenpaar die erste Spannung bzw. die zweite Spannung anzulegen. Der Kondensator dient somit als Energiezwischenspeicher, welcher dazu ausgebildet ist, sowohl Energie zum Anlegen der ersten Spannung als auch Energie zum Anlegen der zweiten Spannung bereitzustellen. Durch Verwendung eines einzigen Energiezwischenspeichers können alternierend der erste Aktuator bzw. der zweite Aktuator angesteuert werden.According to a development of the input interface, this has a capacitor for storing electrical energy, wherein the control device is designed to apply the first voltage or the second voltage by establishing a galvanic connection of the capacitor with the first electrode pair or the second electrode pair. The capacitor thus serves as an energy buffer, which is designed to provide both energy for applying the first voltage and energy for applying the second voltage. By using a single energy buffer, the first actuator or the second actuator can be driven alternately.

Vorzugsweise ist das erste Elektrodenpaar derart mit dem zweiten Elektrodenpaar verschaltet, dass bei einer Verringerung der ersten Spannung bzw. zweiten Spannung die jeweils andere Spannung erhöht wird. Wird etwa die erste Spannung reduziert, so wird die zweite Spannung erhöht und umgekehrt wird bei einer Reduzierung der zweiten Spannung die erste Spannung erhöht. Durch Erzeugen von wechselseitigen Kräften durch den ersten Aktuator und den zweiten Aktuator kann eine gleichmäßige Bewegung des Vibrationselements erzeugt werden.Preferably, the first electrode pair is connected to the second electrode pair in such a way that, when the first voltage or the second voltage is reduced, the respective other voltage is increased. If, for example, the first voltage is reduced, then the second voltage is increased and, conversely, the first voltage is increased when the second voltage is reduced. By generating mutual forces by the first actuator and the second actuator, a smooth movement of the vibrating element can be generated.

Vorzugsweise sind die erste Polymerschicht und die zweite Polymerschicht vorgespannt. Wird nun beispielsweise an die erste Polymerschicht die erste Spannung derart angelegt, dass die Dicke der ersten Polymerschicht reduziert wird, d. h. das Vibrationselement durch den ersten Aktuator von dem Verbindungsabschnitt an der Trägereinrichtung weggedrückt wird, zieht gleichzeitig die zweite Polymerschicht das Vibrationselement in dieselbe Richtung, wobei die Vorspannung der zweiten Polymerschicht reduziert wird. Preferably, the first polymer layer and the second polymer layer are biased. If, for example, the first voltage is applied to the first polymer layer in such a way that the thickness of the first polymer layer is reduced, ie if the vibration element is pushed away from the connection section on the carrier device by the first actuator, the second polymer layer simultaneously pulls the vibration element in the same direction the bias of the second polymer layer is reduced.

Vorzugsweise umfassen die erste Polymerschicht und/oder die zweite Polymerschicht mindestens ein elektroaktives Polymer. Vorzugsweise umfasst das elektroaktive Polymer ein dielektrisches Elastomer. Elektroaktive Polymere erfahren eine Größenänderung, wenn sie mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Vorzugsweise sind das erste Elektrodenpaar und das zweite Elektrodenpaar elastisch ausgebildet, sodass sich diese bei einer Deformation der Polymerschichten ebenfalls entsprechend verformen können. Die zwischen dem erste Elektrodenpaar bzw. zweite Elektrodenpaar befindlichen Polymerschichten können jeweils eine oder mehrere Unterschichten aus Polymeren aufweisen. Wird eine elektrische Spannung an das jeweilige Elektrodenpaar angelegt, so wird das Polymer aufgrund der sich anziehenden Ladungen gestaucht und erfährt eine Dehnung senkrecht zur Feldrichtung. Da Polymere nahezu inkompressibel sind, bleibt das Volumen der Polymerschichten während der Deformation im Wesentlichen konstant. Beim Reduzieren der Spannung fließen die überschüssigen Ladungen über die Spannungsquelle ab und der ursprüngliche Zustand der Polymerschicht wird wieder hergestellt.Preferably, the first polymer layer and / or the second polymer layer comprise at least one electroactive polymer. Preferably, the electroactive polymer comprises a dielectric elastomer. Electroactive polymers undergo a change in size when subjected to an electrical voltage. Preferably, the first pair of electrodes and the second pair of electrodes are formed elastically, so that they can also deform accordingly in a deformation of the polymer layers. The polymer layers located between the first electrode pair and the second electrode pair can each have one or more sublayers of polymers. If an electrical voltage is applied to the respective electrode pair, the polymer is compressed due to the attractive charges and undergoes an elongation perpendicular to the field direction. Since polymers are nearly incompressible, the volume of the polymer layers remains substantially constant during deformation. When reducing the voltage, the excess charges flow through the voltage source and the original state of the polymer layer is restored.

Vorzugsweise können der erste Aktuator und der zweite Aktuator jeweils genau eine Polymerschicht aufweisen. Dadurch kann die Eingabeschnittstelle besonders flach ausgeführt werden.Preferably, the first actuator and the second actuator may each have exactly one polymer layer. This allows the input interface to be made very flat.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Abdeckung an der Trägereinrichtung angeordnet, welche das Vibrationselement überdeckt.According to a development, a cover is arranged on the carrier device, which covers the vibrating element.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

  • 1 Eine schematische Querschnittsansicht einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine schematische Explosionsansicht der Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 schematische Schrägansichten von Aktuatoren für eine Eingabeschnittstelle zur Erläuterung des Wirkprinzips der Aktuatoren;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 ein Schaltbild eines Teils einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung einer Eingabeschnittstelle.
Show it:
  • 1 A schematic cross-sectional view of an input interface according to an embodiment of the invention;
  • 2 a schematic exploded view of the input interface according to an embodiment of the invention;
  • 3 schematic oblique views of actuators for an input interface to explain the operating principle of the actuators;
  • 4 a schematic cross-sectional view of an input interface according to an embodiment of the invention;
  • 5 a circuit diagram of part of an input interface according to an embodiment of the invention; and
  • 6 a flowchart of a method for using an input interface.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist.In all figures, the same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference numerals. Various embodiments can be combined as desired, if appropriate.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist eine Querschnittsansicht einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert.In 1 Figure 12 is a cross-sectional view of an input interface illustrated in accordance with one embodiment of the invention.

Die Eingabeschnittstelle 1 weist eine Trägereinrichtung 2 auf, welche vorzugsweise ein Substrat 2c mit einer ebenen Oberfläche umfasst, welches beispielsweise aus einem durchsichtigen Werkstoff, wie etwa Glas, PC, PET, PI, Polyester, oder aus einem undurchsichtigen Werkstoff, beispielsweise PA, PBT oder ABS, ausgebildet sein kann. Die Trägereinrichtung 2 weist darüber hinaus erste Verbindungsabschnitte bzw. Aufhängeelemente 2a und zweite Verbindungsabschnitte bzw. Aufhängeelemente 2b auf, welche relativ zur Oberfläche des Substrats 2c hervorstehen.The input interface 1 has a carrier device 2 which is preferably a substrate 2c comprising a flat surface, which may be formed for example of a transparent material such as glass, PC, PET, PI, polyester, or of an opaque material, such as PA, PBT or ABS. The carrier device 2 moreover has first connecting sections or suspension elements 2a and second connecting portions or suspension elements 2 B which is relative to the surface of the substrate 2c protrude.

Die Eingabeschnittstelle 1 weist weiter ein Vibrationselement 3 auf, welches ebenfalls aus einem der oben genannten Materialien bestehen kann. Das Vibrationselement kann im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein und weist einen ersten Randbereich 3a auf, welcher einer ersten Kante des Vibrationselements entspricht, und weist einen zweiten Randbereich 3b auf, welcher einer zweiten Kante des Vibrationselements entspricht, wobei die erste Kante des Vibrationselements vorzugsweise der ersten Kante des Vibrationselements gegenüberliegt. Das Vibrationselement 3 ist vorzugsweise flach ausgebildet und weist zwei ebene Oberflächen auf, wobei eine der ebenen Oberflächen die Oberfläche des Substrats 2c der Trägereinrichtung 2 kontaktiert. Das Vibrationselement kann ein Display eines Touchpads oder Touchdisplays sein, insbesondere eines Smartphones.The input interface 1 further has a vibrating element 3 on, which can also consist of one of the above materials. The vibrating element may be formed substantially rectangular and has a first edge region 3a on, which corresponds to a first edge of the vibrating element, and has a second edge region 3b which corresponds to a second edge of the vibrating element, wherein the first edge of the vibrating element is preferably opposite the first edge of the vibrating element. The vibration element 3 is preferably flat and has two planar surfaces, one of the planar surfaces being the surface of the substrate 2c the carrier device 2 contacted. The vibrating element can be a display of a touchpad or touchscreen, in particular a smartphone.

Die Eingabeschnittstelle 1 weist weiter einen ersten Aktuator 4 und einen zweiten Aktuator 5 auf. Der erste Aktuator 4 weist ein erstes Elektrodenpaar 4a, 4c auf, sowie eine zwischen dem Elektrodenpaar 4a, 4c befindliche erste Polymerschicht 4b. Der erste Aktuator 4 verbindet das erste Aufhängeelement 2a der Trägereinrichtung 2 mit dem ersten Randbereich 3a des Vibrationselements 3.The input interface 1 also has a first actuator 4 and a second actuator 5 on. The first actuator 4 has a first pair of electrodes 4a . 4c on, as well as between the pair of electrodes 4a . 4c located first polymer layer 4b , The first actuator 4 connects the first suspension element 2a the carrier device 2 with the first edge area 3a of the vibrating element 3 ,

Analog weist der zweite Aktuator 5 ein zweites Elektrodenpaar 5a, 5c und eine zwischen dem Elektrodenpaar 5a, 5c befindliche zweite Polymerschicht 5b auf.Analogously, the second actuator 5 a second pair of electrodes 5a . 5c and one between the pair of electrodes 5a . 5c located second polymer layer 5b on.

Die erste Polymerschicht 4b und die zweite Polymerschicht 5b umfassen vorzugsweise ein elektroaktives Polymer, insbesondere ein dielektrisches Elastomer. Eine Dicke der ersten Polymerschicht 4b bzw. der zweiten Polymerschicht 5b liegt vorzugsweise zwischen 20 und 50 Mikrometern.The first polymer layer 4b and the second polymer layer 5b preferably comprise an electroactive polymer, in particular a dielectric elastomer. A thickness of the first polymer layer 4b or the second polymer layer 5b is preferably between 20 and 50 microns.

Wie in 2 gezeigt, weist die Eingabeschnittstelle 1 vorzugsweise darüber hinaus eine Abdeckung 7 auf, welche das Vibrationselement 3 und den ersten Aktuator 4 sowie den zweiten Aktuator 5 überdeckt. Die Abdeckung 7 umfasst einen Rahmen 7a und ein optisches Fenster 7b, wobei das optische Fenster 7b vorzugsweise aus einem durchsichtigen Material ausgebildet ist. Die Abdeckung kann als Schutz für das Vibrationselement 3 dienen, welches insbesondere ein Display sein kann.As in 2 shown points the input interface 1 preferably also a cover 7 on which the vibrating element 3 and the first actuator 4 and the second actuator 5 covered. The cover 7 includes a frame 7a and an optical window 7b where the optical window 7b is preferably formed of a transparent material. The cover may serve as protection for the vibrating element 3 serve, which may be a display in particular.

In 3 ist das Wirkprinzip des ersten Aktuators 4 bzw. des zweiten Aktuators 5 genauer illustriert. So auf der linken Seite der 3 beispielhaft der erste Aktuator 4 illustriert, wobei keine elektrische Spannung an das erste Elektrodenpaar 4a, 4c angelegt ist. Wird nun eine elektrische Spannung an das Elektrodenpaar 4a, 4c angelegt, so wird der Abstand zwischen den Elektroden 4a, 4c des ersten Elektrodenpaars 4a, 4c reduziert. Da das Volumen der Polymerschicht 4b während der Deformation im Wesentlichen konstant bleibt, dehnt sich der Aktuator 4 somit in einer Ebene senkrecht zu den Feldlinien zwischen dem Elektrodenpaar 4a, 4c aus.In 3 is the working principle of the first actuator 4 or the second actuator 5 illustrated in more detail. So on the left side of the 3 as an example the first actuator 4 illustrated, wherein no electrical voltage to the first pair of electrodes 4a . 4c is created. Now an electrical voltage to the pair of electrodes 4a . 4c created, then the distance between the electrodes 4a . 4c of the first pair of electrodes 4a . 4c reduced. As the volume of the polymer layer 4b while the deformation remains substantially constant, the actuator expands 4 thus in a plane perpendicular to the field lines between the pair of electrodes 4a . 4c out.

Vorzugsweise sind der erste Aktuator 4 und der zweite Aktuator 5 vorgespannt, sodass der erste Aktuator 4 eine Zugkraft in Richtung des ersten Aufhängeelements 2a auf das Vibrationselement 3 ausübt, während der zweite Aktuator 5 eine entgegengesetzt wirkende Zugkraft in Richtung des zweiten Aufhängeelements 2b auf das Vibrationselement 3 ausübt. Aufgrund der entgegengesetzt wirkenden Kräfte bleibt das Vibrationselement 3 relativ zu dem Substrat 2c der Trägereinrichtung 2 in Ruhe, solange keine elektrische Spannung an einen der Aktuatoren 4, 5 angelegt ist. Das Vibrationselement 3 ist hierbei vorzugsweise flächig auf dem ebenen Substrat 2c der Trägereinrichtung 2 angeordnet und kann entlang der Oberfläche des Substrats 2c der Trägereinrichtung 2 gleiten bzw. verschoben werden.Preferably, the first actuator 4 and the second actuator 5 biased so that the first actuator 4 a tensile force in the direction of the first suspension element 2a on the vibrating element 3 exercises while the second actuator 5 an oppositely acting tensile force in the direction of the second suspension element 2 B on the vibrating element 3 exercises. Due to the opposing forces remains the vibrating element 3 relative to the substrate 2c the carrier device 2 at rest, as long as no electrical voltage to one of the actuators 4 . 5 is created. The vibration element 3 is here preferably flat on the planar substrate 2c the carrier device 2 arranged and can along the surface of the substrate 2c the carrier device 2 slide or be moved.

Wird nun, wie in 4 illustriert, durch eine Steuereinrichtung 6 der Eingabeschnittstelle 1 eine elektrische erste Spannung U1 an das erste Elektrodenpaar 4a, 4c angelegt, so wird das Vibrationselement 3 durch den erste Aktuator 4 von dem ersten Aufhängeelement 2a parallel zum Substrat 2c der Trägereinrichtung 2 weggedrückt. Umgekehrt übt der vorgespannte zweite Aktuator 5 eine Zugkraft auf das Vibrationselement 3 aus, welche in Richtung des zweiten Aufhängeelements 2b gerichtet ist. In analoger Weise kann durch Anlegen einer zweiten Spannung U2 an das zweite Elektrodenpaar 5a, 5c eine Kraft auf das Vibrationselement 3 in entgegengesetzter Richtung erzeugt werden. Indem abwechselnd die erste Spannung U1 an das erste Elektrodenpaar 4a, 4c bzw. die zweite Spannung U2 an das zweite Elektrodenpaar 5a, 5c angelegt wird, während an das jeweils andere Elektrodenpaar keine Spannung angelegt wird, kann die Steuereinrichtung 6 somit eine Vibration erzeugen, indem das Vibrationselement 3 relativ zur Oberfläche des Substrats 2c der Trägereinrichtung 2 in Bewegung versetzt wird.Will now, as in 4 illustrated by a control device 6 the input interface 1 an electrical first voltage U1 to the first pair of electrodes 4a 4c, the vibrating element becomes 3 through the first actuator 4 from the first suspension element 2a parallel to the substrate 2c the carrier device 2 pushed away. Conversely, the preloaded second actuator exercises 5 a tensile force on the vibrating element 3 out, which in the direction of the second suspension element 2 B is directed. In an analogous manner, U2 can be applied to the second electrode pair by applying a second voltage 5a . 5c a force on the vibrating element 3 be generated in the opposite direction. By alternating the first voltage U1 to the first pair of electrodes 4a . 4c or the second voltage U2 to the second electrode pair 5a . 5c is applied while no voltage is applied to the other electrode pair, the control device 6 thus generating a vibration by the vibrating element 3 relative to the surface of the substrate 2c the carrier device 2 is set in motion.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Trägereinrichtung 2 auch ausschließlich eine das Vibrationselement 3 zumindest teilweise umgebende Rahmeneinrichtung umfassen.According to further embodiments, the carrier device 2 also only the vibration element 3 at least partially surrounding frame means.

In 5 ist ein beispielhafter Schaltplan illustriert, welcher einen Mechanismus der Eingabeschnittstelle 1 zum Anlegen der ersten Spannung U1 bzw. zweiten Spannung U2 darstellt. Demnach sind ein erster Knoten 81 und ein zweiter Knoten 82 vorgesehen. Diese Knoten 81, 82 sind verschaltet über einen ersten Zweig mit einer ersten Schalteinrichtung 65 und einer in Reihe geschalteten zweiten Schalteinrichtung 66, einen zu dem ersten Zweig parallel geschalteten zweiten Zweig mit einem Kondensator Cv, einen parallel geschalteten dritten Zweig mit einer dritten Schalteinrichtung 61 und einer in Reihe geschalteten vierten Schalteinrichtung 62, sowie einen ebenfalls parallelgeschalteten vierten Zweig mit einer fünften Schalteinrichtung 63 und einer in Reihe geschalteten sechsten Schalteinrichtung 64.In 5 an exemplary circuit diagram illustrating a mechanism of the input interface is illustrated 1 for applying the first voltage U1 and second voltage U2 represents. Thus, a first node 81 and a second node 82 intended. These knots 81 . 82 are interconnected via a first branch with a first switching device 65 and a second switching device connected in series 66 , a second branch connected in parallel with the first branch, with a capacitor Cv, a third branch connected in parallel with a third switching device 61 and a fourth switching device connected in series 62 , and also a fourth branch connected in parallel with a fifth switching device 63 and a sixth switching device connected in series 64 ,

Ein dritter Knoten 83 zwischen der ersten Schalteinrichtung 65 und der zweiten Schalteinrichtung 66 ist in einem fünften Zweig über eine Induktivität Lv und eine Spannungsquelle mit einer Ausgangsspannung UDC mit dem ersten Knoten 81 verschaltet. Ein vierter Knoten 84 zwischen der dritten Schalteinrichtung 61 und der vierten Schalteinrichtung 62 ist in einem sechsten Zweig über eine Induktivität LL und den in Reihe geschalteten zweiten Aktuator 5 mit dem ersten Knoten 81 verschaltet. Weiter ist ein fünfter Knoten 85 zwischen der fünften Schalteinrichtung 63 und der sechsten Schalteinrichtung 64 in einem siebten Zweig über eine Induktivität LL und den in Reihe geschalteten ersten Aktuator 4 mit dem ersten Knoten 81 verschaltet.A third knot 83 between the first switching device 65 and the second switching device 66 is in a fifth branch via an inductance L v and a voltage source with an output voltage U DC to the first node 81 connected. A fourth node 84 between the third switching device 61 and the fourth switching device 62 is in a sixth branch via an inductance L L and the series-connected second actuator 5 with the first node 81 connected. Next is a fifth node 85 between the fifth switching device 63 and the sixth switching device 64 in a seventh branch via an inductance L L and the series-connected first actuator 4 with the first node 81 connected.

Die ersten bis sechsten Schalteinrichtungen 61 bis 66 weisen jeweils einen Schalter S1 bis S6 und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode D1 bis D6 auf. Die Schalter S1 bis S6 sind vorzugsweise als MOSFET-Transistoren ausgebildet. Der erste Zweig und der fünfte Zweig bilden einen Step-Up-Konverter 6a, welcher die Ausgangsspannung UDC auf eine höhere Zwischenkreisspannung Uv transformiert. Anfänglich sind hierzu sämtliche Schalter S1 bis S6 geöffnet. Durch Schließen der zweiten Schalteinrichtung 66 baut sich ein Strom IV durch die Induktivität LV auf. Nach Schließen der ersten Schalteinrichtung 65 und Öffnen der zweiten Schalteinrichtung 66 wird der Strom umgeleitet und lädt den Kondensator CV auf.The first to sixth switching devices 61 to 66 each have a switch S1 to S6 and a parallel-connected freewheeling diode D1 to D6. The switches S1 to S6 are preferably designed as MOSFET transistors. The first branch and the fifth branch form a step-up converter 6a , which transforms the output voltage U DC to a higher intermediate circuit voltage Uv. Initially, all switches S1 to S6 are opened for this purpose. By closing the second switching device 66 A current I V builds up through the inductance L V. After closing the first switching device 65 and opening the second switching device 66 the current is diverted and charges the capacitor C V.

Die dritten, vierten, sechsten und siebten Zweige dienen als Doppelkanal-Abwärtskonverter 6b. Zu Beginn sind die dritten bis sechsten Schalteinrichtungen 61 bis 64 geöffnet. Wird nun beispielsweise die vierte Schalteinrichtung 61 geschlossen, fließt ein Strom von dem Kondensator CV durch die Induktivität LL und baut eine zweite Spannung U2 zwischen dem Elektrodenpaar 5a, 5c des zweiten Aktuators 5 auf. Wird nun die vierte Schalteinrichtung 62 geschlossen und die dritte Schalteinrichtung 61 geöffnet, wird die zweite Spannung U2 wieder reduziert. Analog kann durch Öffnen bzw. Schließen der fünften Schalteinrichtung 63 und der sechsten Schalteinrichtung 64 eine erste Spannung U1 an den ersten Aktuator 4 angelegt werden. Durch entsprechendes Öffnen und Schließen der Schalter S1 bis S4 kann die Steuereinrichtung 6 die erste Spannung U1 bzw. zweite Spannung U2 anlegen.The third, fourth, sixth and seventh branches serve as a dual channel down converter 6b , At the beginning are the third to sixth switching devices 61 open until 64. Now, for example, the fourth switching device 61 closed, a current flows from the capacitor C V through the inductance L L and builds a second voltage U2 between the pair of electrodes 5a . 5c of the second actuator 5 on. Will now be the fourth switching device 62 closed and the third switching device 61 opened, the second voltage U2 is reduced again. Similarly, by opening or closing the fifth switching device 63 and the sixth switching device 64 a first voltage U1 to the first actuator 4 be created. By appropriate opening and closing of the switches S1 to S4, the control device 6 apply the first voltage U1 or second voltage U2.

In 6 ist ein Flussdiagramm zur Verwendung einer Energieschnittstelle 1 gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen als Touchdisplay illustriert. In einem Verfahrensschritt S1 werden vorzugsweise abwechselnd eine erste Spannung U1 an das Elektrodenpaar 4a, 4c des ersten Aktuators 4 und eine zweite Spannung U2 an das zweite Elektrodenpaar 5a, 5c des zweiten Aktuator 5 angelegt. An das jeweils andere Elektrodenpaar wird keine Spannung bzw. eine Spannung von Null angelegt. Dadurch wird das Vibrationselement 3 entlang des Substrats 2c der Trägereinrichtung 2 in Bewegung versetzt.In 6 Fig. 10 is a flowchart for using an energy interface 1 illustrated according to one of the embodiments described above as a touch display. In a method step S1, preferably a first voltage U1 is alternately applied to the electrode pair 4a . 4c of the first actuator 4 and a second voltage U2 to the second electrode pair 5a . 5c of the second actuator 5 created. No voltage or zero voltage is applied to the respective other pair of electrodes. This will be the vibrating element 3 along the substrate 2c the carrier device 2 set in motion.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2015/0145657 A1 [0002]US 2015/0145657 A1 [0002]

Claims (10)

Eingabeschnittstelle (1), mit einer Trägereinrichtung (2); einem Vibrationselement (3); einem ersten Aktuator (4) mit einem ersten Elektrodenpaar (4a, 4c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (4a, 4c) befindlichen ersten Polymerschicht (4b); und einem zweiten Aktuator (5) mit einem zweiten Elektrodenpaar (5a, 5c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (5a, 5c) befindlichen zweiten Polymerschicht (5b); wobei der erste Aktuator (4) einen ersten Randbereich (3a) des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet und der zweite Aktuator (5) einen zweiten Randbereich (3b) des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet; und wobei das Vibrationselement (3) durch Einstellen einer an das erste Elektrodenpaar anlegbaren ersten Spannung (U1) und einer an das zweite Elektrodenpaar (4a, 4c) anlegbaren zweiten Spannung (U2) bewegbar ist.Input interface (1), with a carrier device (2); a vibrating element (3); a first actuator (4) having a first electrode pair (4a, 4c) and a first polymer layer (4b) located between the pair of electrodes (4a, 4c); and a second actuator (5) having a second electrode pair (5a, 5c) and a second polymer layer (5b) located between the electrode pair (5a, 5c); wherein the first actuator (4) connects a first edge region (3a) of the vibration element (3) to the carrier device (2) and the second actuator (5) connects a second edge region (3b) of the vibration element (3) to the carrier device (2) ; and wherein the vibrating element (3) is movable by adjusting a first voltage (U1) which can be applied to the first pair of electrodes and a second voltage (U2) which can be applied to the second pair of electrodes (4a, 4c). Eingabeschnittstelle (1) nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, durch zeitversetztes Anlegen der ersten Spannung (U1) und der zweiten Spannung (U2) das Vibrationselement (3) in Vibration zu versetzen.Input interface (1) to Claim 1 , comprising a control device (6) which is designed to set the vibration element (3) into vibration by time-shifted application of the first voltage (U1) and the second voltage (U2). Eingabeschnittstelle (1) nach Anspruch 2, mit einem Kondensator (Cv) zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, durch Herstellen einer galvanischen Verbindung des Kondensators (Cv) mit dem ersten Elektrodenpaar (4a, 4c) bzw. dem zweiten Elektrodenpaar (5a, 5c) die erste Spannung (U1) bzw. zweite Spannung (U2) anzulegen.Input interface (1) to Claim 2 , comprising a capacitor (Cv) for storing electrical energy, wherein the control device (6) is designed to connect the first electrode pair (4a, 4c) or the second electrode pair (5a, 5a) by establishing a galvanic connection of the capacitor (Cv). 5c) to apply the first voltage (U1) or second voltage (U2). Eingabeschnittstelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Elektrodenpaar (4a, 4c) derart mit dem zweiten Elektrodenpaar (5a, 5c) verschaltet ist, dass bei einer Verringerung der ersten Spannung (U) bzw. zweiten Spannung (U2) die jeweils andere Spannung (U1, U2) erhöht wird.Input interface (1) according to one of the preceding claims, wherein the first electrode pair (4a, 4c) is connected to the second electrode pair (5a, 5c) in such a way that the first voltage (U) or second voltage (U2) is reduced each other voltage (U1, U2) is increased. Eingabeschnittstelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Polymerschicht (4b) und die zweite Polymerschicht (5b) vorgespannt sind.An input interface (1) according to any one of the preceding claims, wherein the first polymer layer (4b) and the second polymer layer (5b) are biased. Eingabeschnittstelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Polymerschicht (4b) und/oder die zweite Polymerschicht (5b) mindestens ein elektroaktives Polymer umfassen.Input interface (1) according to one of the preceding claims, wherein the first polymer layer (4b) and / or the second polymer layer (5b) comprise at least one electroactive polymer. Eingabeschnittstelle (1) nach Anspruch 6, wobei das elektroaktive Polymer ein dielektrisches Elastomer umfasst.Input interface (1) to Claim 6 wherein the electroactive polymer comprises a dielectric elastomer. Eingabeschnittstelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Aktuator (4) und der zweite Aktuator (5) jeweils genau eine Polymerschicht (4a, 5a) aufweisen.Input interface (1) according to one of the preceding claims, wherein the first actuator (4) and the second actuator (5) each have exactly one polymer layer (4a, 5a). Eingabeschnittstelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Abdeckung (7), welche an der Trägereinrichtung (2) angeordnet ist und das Vibrationselement (3) überdeckt.Input interface (1) according to one of the preceding claims, with a cover (7) which is arranged on the carrier device (2) and covers the vibrating element (3). Verwendung einer Eingabeschnittstelle (1) als Touchdisplay.Use of an input interface (1) as a touch display.
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