DE2707362B1 - Bistabile vorrichtung zur darstellung wenigstens eines punktes einer taktilen information - Google Patents

Bistabile vorrichtung zur darstellung wenigstens eines punktes einer taktilen information

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DE2707362B1 DE19772707362 DE2707362A DE2707362B1 DE 2707362 B1 DE2707362 B1 DE 2707362B1 DE 19772707362 DE19772707362 DE 19772707362 DE 2707362 A DE2707362 A DE 2707362A DE 2707362 B1 DE2707362 B1 DE 2707362B1
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    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B21/00Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/001Teaching or communicating with blind persons
    • G09B21/003Teaching or communicating with blind persons using tactile presentation of the information, e.g. Braille displays
    • G09B21/004Details of particular tactile cells, e.g. electro-mechanical or mechanical layout

Description

  • 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (4) nebeneinander angeordneter Antriebseinrichtungen in Längsrichtung der Taststifte gegeneinander versetzt angeordnet sind Die Erfindung betrifft eine bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen Information mit mindestens einem zwischen einer gesetzten Stellung, in der sein tastbares Ende über eine Tastfläche übersteht, und einer gelöschten Stellung bewegbaren Taststift und je einer Antriebseinrichtung mit einem Permanentmagneten und einem einen Kern aufweisenden Elektromagneten für jeden vorhandenen Taststift Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird der Taststift durch die von einer ersten Magnetspule auf ihren längsverschiebbaren Kern ausgeübte Magnetkraft entgegen der Kraft einer Rückstellfeder in die gesetzte Stellung bewegt, in welcher er mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelt wird, die aus einer Stahlkugel und einer zweiten Magnetspule mit einem in dieser längsverschiebbaren Kern besteht Wird der Taststift gesetzt, dann wird diese Kugel, wenn der Taststift die gesetzte Stellung erreicht hat, von dem Kern der zweiten Magnetspule, an dem eine vorgespannte Feder eingreift, und dem Magnetfeld der ersten Magnetspule in die Verriegelungsstellung gezogen, in der der Rückweg in ihre Freigabestellung durch den nachgefolgten Kern der zweiten Magnetspule blockiert ist Um den Taststift wieder in die gelöschte Stellung zu überführen, muß durch die von der zweiten Magnetspule erzeugte Magnetkraft deren Kern entgegen der Kraft der an ihm angreifenden Feder in seine Freigabestellung bewegt werden, in welcher er von der Stahlkugel verriegelt wird, die in dieser Lage durch den Kern der ersten Magnetspule festgehalten wird Sowohl für das Setzen als auch für das Löschen muß also einer der beiden Kerne durch die von der zugeordneten Magnetspule erzeugte Magnetkraft entgegen der am Kern angreifenden Feder in die andere Stellung geschoben werden, was einen relativ hohen Energiebedarf der Vorrichtung zur Folge hat Hinzu kommt noch, daß bei jeder Änderung des Zustandes des Taststiftes die Kugel der Verriegelungsvorrichtung von einem der beiden Kerne losgerissen werden muß, was den Energiebedarf erhöht Hinsichtlich des Fertigungsaufwandes ist die Vielzahl der Einzelteile störend, und beim Zusammenbau zu Anordnungen mit einer Mehrzahl von Taststiften ist es insbesondere dann, wenn zwischen den Taststiften die bei der Darstellung von Braille-Zeichen üblichen Abstände eingehalten werden sollen, praktisch nicht möglich, in dem zur Verfügung stehenden Raum Steckverbindungen für alle Anschlüsse unterzubringen.
  • Einen hohen Energiebedarf, einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand und einen relativ großen Platzbedarf hat auch eine andere bekannte Vorrichtung, welche sich von der vorstehend erwahnten durch eine andere Verriegelungseinrichtung unterscheidet. Das dem Taststift abgekehrte Ende des Kernes der ersten Magnetspule sowie das diesem Kern zugekehrte Ende des mit diesem Kern fluchtend angeordneten Kernes einer zweiten Magnetspule oder eines Permanentmagneten sind so geformt, daß beim Setzen des Taststiftes die auf den Kern der ersten Magnetspule wirkende Magnetkraft diesen Kern zunächst in seiner Längsrichtung verschiebt und beim Erreichen der gesetzten Stellung um seine Längsachse dreht Durch diese Drehung kommt das untere Ende des Kerns der ersten Magnetspule in eine Lage, in der es durch eine Stufe am oberen Ende des Kernes der zweiten Magnetspule oder des Permanentmagneten festgehalten wird Beim Überführen des Taststiftes aus der gesetzten in die gelöschte Stellung muß der Taststift zusammen mit dem Kern der ersten Magnetspule zunächst eine Drehbewegung ausführen, damit er von der Stufe freikommt und anschließend die den Rückhub ergebende Translationsbewegung ausführen kann Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen Information zu schaffen, die frei von den Nachteilen der bekannten Vonichtungen ist und insbesondere einen verminderten Energiebedarf sowie einen geringeren Fertigungsaufwand hat Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Permanentmagnet Teil eines drehbar gelagerten, vom Magnetfeld des Permanentmagneten quer zur Drehachse durchsetzten Rotors ist, der eine seine Drehbewegung zumindest in der einen Drehrichtung mechanisch in eine zwangsläufige Bewegung des zugeordneten Taststiftes umsetzende Form hat, und daß das eine Ende des unbeweglichen Kernes des Elektromagneten neben dem Rotor in einer bei einer Drehbewegung des Rotors eine gegensinnige Änderung des Abstandes zwischen diesem Ende und den beiden Polen des Permanentmagneten ergebenden Lage angeordnet ist Der Antrieb des Taststiftes mittels eines derartigen Rotors, der auch den Taststift gegen eine ungewollte Verschiebung sichert, führt zu einer Verminderung des Energiebedarfs der Vorrichtung auf wenige Prozent des Energiebedarfs der bekannten Vorrichtungen. Hierbei spielt eine wesentliche Rolle, daß durch den über die Spule des Elektromagneten zuzuführende Energieimpuls der Rotor nur geringfügig über diejenige Stellung hinaus gedreht zu werden braucht, in welcher das auf ihn von dem Permanentmagneten ausgeübte Drehmoment gleich null ist Legt man, wie dies zweckmäßigerweise der Fall ist, diese Stellung in die Mitte des maximalen Drehwinkels, dann genügt eine Drehung durch den zugeführten Energieimpuls über wenig mehr als den halben Drehwinkel. Da der Rotor ein Spritzteil mit eingesetztem Stabmagneten sein kann und die einzige Magnetspule an beliebiger Stelle auf ihrem Kern angeordnet sein kann, läßt sich diese Lösung sehr kostengünstig und mit geringem Raumbedarf verwirklichen.
  • Vorzugsweise ist in der gelöschten Stellung der Abstand des freien Endes des Taststiftes von der Tastfläche mindestens gleich dem halben Hub der Antriebseinrichtung gewählt. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise sicherstellen, daß der Stift auch dann gesetzt werden kann, wenn ein Finger der abtastenden Person im Bereich der Austrittsöffnung des Taststiftes liegt. Der Taststift wird nämlich durch das vom Permanentmagneten erzeugte Drehmoment nach Freigabe der Tastfläche in die gesetzte Stellung bewegt, wenn der zugeführte Energieimpuls wenigstens eine Drehung geringfügig über den halben Drehwinkel hinaus bewirken kann, was immer der Fall ist, wenn der Taststift in der dem halben Drehwinkel entsprechenden Stellung noch nicht über die Tastfläche übersteht Der Taststift wird vorteilhafterweise in der gesetzten Stellung durch Selbsthemmung gegen eine Verschiebung durch eine auf seine Tastspitze wirkende äußere Kraft mit Hilfe der Antriebseinrichtung gesichert.
  • Damit auch in denjenigen Fällen, in denen der Taststift am Austreten aus der Tastfläche gehindert wird, eine Sicherung gegen ein ungewolltes Zurückschieben in die gelöschte Stellung vorhanden ist, wird der Taststift zweckmäßigerweise wenigstens im Bereich von der dem halben Drehwinkel des Rotors entsprechenden Stellung bis zur gesetzten Stellung durch Selbsthemmung gesichert Eine mechanische Begrenzung des Drehwinkels des Rotors ist zwar nicht grundsätzlich notwendig, weil der Rotor auch ohne eine solche Begrenzung nur zwei definierte Stellungen einnimmt, nämlich diejenigen Stellungen, in denen der eine oder andere seiner beiden Pole den kleinstmöglichen Abstand vom Kern des Elektromagneten hat. Ist jedoch eine eindeutig definierte Drehrichtung des Rotors erwünscht oder notwendig, dann muß der Drehbereich des Rotors mechanisch begrenzt sein. Bei einer wegen ihrer Einfachheit bevorzugten Ausführungsform greift das eine Ende des Kernes des Elektromagneten als Anschlag in eine in der Rotationsebene des Permanentmagneten in Umfangsrichtung des Rotors verlaufende Ausnehmung ein. Die Verwendung dieses Kernes als Anschlag hat auch noch den Vorteil, daß ein Prellen verhindert werden kann. weil die wirksame Magnetkraft dazu führt, daß die in Anlage an den Kern kommende Anschlagfläche des Rotors am Kern kleben bleibt. Mit Rücksicht auf die zum Losreißen des Rotors vom Anschlag erforderliche Energie wird vorteilhafterweise ein optimaler Abstand zwischen dem Kern und dem Pol des Permanentmagneten vorgesehen, was in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden kann, daß man zwischen den beiden die Anschlagflächen für den Kern bildenden Enden der Ausnehmung und dem benachbarten Pol des Permanentmagneten ein nichtmagnetisierbarer Werkstoff des Rotors vorsieht Da nur das eine Ende des Kernes des Elektromagneten eine vorbestimmte Lage bezüglich des Rotors haben muß, im übrigen also die Lage und Ausbildung des Kernes frei gewählt werden kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform jeder Kern als Kontaktstecker ausgebildet, mit dem das eine Ende der auf ihm angeordneten Spule elektrisch leitend verbunden ist.
  • Das andere Ende kann an einen entsprechend ausgebildeten Kontaktstecker angeschlossen werden, der auch den Spulen weiterer Taststifte als zweites Kontaktstück dienen kann. Man erreicht hierdurch einen einfachen Aufbau und insbesondere eine minimale Anzahl von Steckkontaktstiften, wodurch sich eine Steckverbindung auch bei gedrängter Anordnung einer Vielzahl von Taststiften verwirklichen lãßt. Aber auch dann, wenn Lötverbindungen mit den Kontaktstiften hergestellt werden, was beispielsweise bei der Verwirklichung einer Display-Tafel mit mehreren hundert Taststiften vorteilhaft sein kann, ist die Verwendung der Kerne als Kontaktstifte vorteilhaft.
  • Sollen taktile Zeichen dargestellt werden, für die eine bestimmte Anzahl von Taststiften benötigt werden, wie es beispielsweise bei der Darstellung von Braille-Zeichen der Fall ist, dann wird vorteilhafterweise die für die Darstellung eines Zeichens erforderliche Anzahl von Taststiften zusammen mit ihren Antriebseinrichtungen und einem zusätzlichen Kontaktstecker als fiir alle Antriebseinrichtungen gemeinsames Kontaktstück in einem quaderförmigen Kunststoffgehäuse mit über eine der Außenflächen des Gehäuses überstehenden Kontaktsteckern zu einem Modul vereinigt. Aus derartigen Modulen lassen sich in besonders wirtschaftlicher Weise Tastfelder beliebiger Form und Größe verwirklichen.
  • Ein weiterer, wesentlicher Vorteil solcher Module besteht darin, daß sie bei einer Störung ohne Schwierigkeiten und damit auch von einem blinden Benutzer ausgewechselt werden können, wobei durch eine geeignete Anordnung der Kontaktstecker ein falsches Einsetzen in die Steckbuchsen vermieden werden kann.
  • Da nur das eine Ende jedes Kernes hinsichtlich seiner Lage durch die Lage des zugeordneten Rotors festgelegt ist, könnte grundsätzlich jede Fläche des Gehäuses eines Moduls mit Ausnahme der Tastfläche für die Durchführung der Kontaktstecker gewählt werden. In der Regel ist es aber vorteilhaft, wenn die Kontaktstecker über diejenige Fläche des Gehäuses des Moduls überstehen, die parallel zu der die Rastfläche bildenden Fläche des Gehäuses liegt, also über die Unterseite des Gehäuses, da dann weitere Module an jede der Seitenflächen des Gehäuses anschließen können.
  • Sofern der Abstand benachbarter Taststifte voneinander relativ klein ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn Braille-Zeichen dargestellt werden sollen, kann es vorteilhaft sein, die Rotoren benachbarter Taststifte in Richtung der Längsachse der Taststifte versetzt, beispielsweise auf zwei oder drei verschiedenen Niveaus, anzuordnen. Man kann dann die Rotoren mit einem größeren Durchmesser ausführen, was sowohl hinsichtlich der Fertigung als auch des erreichbaren Hubes und Drehmomentes vorteilhaft ist Sofern bei einer solchen versetzten Anordnung der Rotoren der Streufluß derjenigen Antriebseinrichtungen, die einen vergrößerten Abstand zwischen dem Rotor und der zugeordneten Magnetspule haben, beispielsweise im Hinblick auf den Energiebedarf störend in Erscheinung tritt, können selbstverständlich auch die Magnetspulen in Längsrichtung der Kerne gegeneinander versetzt angeordnet sein.
  • Um eine gegenseitige Störung benachbarter Antriebseinrichtungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Magnetsysteme unmittelbar benachbarter Rotoren gegeneinander verdreht anzuordnen Auch im Hinblick auf die Führung des Kernes kann eine derartige verdrehte Anordnung der Magnetsysteme vorteilhaft sein. Gegenseitige Störungen können aber auch durch magnetische Abschirmungen verhindert werden. Auch bei relativ starken Magnetfeldern wird hierbei eine Abschirmung zwischen zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Modulen ausreichen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Drehachse des Rotors in Richtung der Längsachse des Taststiftes. Außerdem ist dem Rotor eine ihm bei einer Drehung eine zwangsläufige Längsverschiebung aufzwingende Führung zugeordnet Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß der Taststift einstückig mit dem Rotor ausgebildet sein kann, was die Fertigungskosten vermindert, und daß keine Rückstellfeder erforderlich ist, weil der Taststift zusammen mit dem Rotor in beiden Verschieberichtungen zwangsläufig bewegt werden kann.
  • Vorzugsweise weist der Rotor bei einer solchen Ausführungsform wenigstens einen radial über die M antelfläche überstehenden Teil mit wendelförmigem Verlauf auf, der in eine korrespondierende Nut einer den Rotor aufnehmenden Bohrungen eingreift Eine derartige Gewindeverbindung zwischen dem Rotor und der Wandung der ihn aufnehmenden Bohrung könnte natürlich auch verwirklicht werden, indem der Rotor mit einer Nut und die Wandung der Bohrung mit einem in die Nut eingreifenden, vorspringenden Teil versehen werden würde.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt die Drehachse des Rotors im rechten Winkel zur Verschieberichtung des Taststiftes. Der Rotor weist hierbei eine in Richtung seines Umfanges verlaufende Steuerkurve auf, an der ein Kupplungsteil des Taststiftes anliegt. Der Vorteil dieser AusfOhrungsform ist insbesondere darin zu sehen, daß der Rotor eine einfachere Form und, da er in der Art einer Scheibe ausgebildet sein kann, einen geringeren Raumbedarf hat. Eine einstückige Ausbildung von Rotor und Taststift ist aber nicht möglich, und der Taststift kann auch nur in der einen Richtung zwangsläufig verschoben werden, falls die Steuerkurve durch einen Teil der Mantelflãche des Rotors und nicht durch einen Schlitz gebildet wird, in den das Kupplungsteil eingreift Im folgenden ist die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert Es zeigt F i g. 1 eine perspektivisch dargestellte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig.2 einen vergrößert dargestellten läängsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels, F i g. 3 eine Seitenansicht des ersten Auslührtmgsbeispiels, F i g. 4 eine perspektivisch dargestellte Ansicht eines der Rotoren und Taststifte des ersten Ausführungsbeispiels, F i g. 5 eine Seitenansicht des in F i g. 4 dargestellten Rotors mit Taststift, Fig. 6 einen Schnitt nach der Ljnie Vl-Vl der Fig. 3, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 3, Fig.8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 6, F i g. 9 einen Schnitt entsprechend F i g. 2 des zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9.
  • Ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Modul zur abtastbaren Darstellung von Braille-Zeichen weist, wie F i g. 1 zeigt, ein quaderförmiges, mehrteiliges Gehäuse auf, das aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften und geringem Verschleiß besteht. Die Hohe des Gehäuses beträgt 30mm, die Länge 13 mm und die Breite 7,3 mm. Die eine Stirnseite dient als Tastfläche 2 und ist daher mit sechs Bohrungen in der für die Darstellung von Braille-Zeichen bekannten Anordnung für den Austritt je eines Taststiftes 3 versehen Jeder der Taststifte 3 ist einstuckig mit einem Rotor 4 ausgebildet, der mit Ausnahme eines stabförmigen Permanentmagneten 5, welcher in eine den Rotor 4 in radialer Richtung durchdringende Bohrung eingesteckt ist, ein aus Kunststoff bestehendes Spritzteil ist Der Taststift 3 liegt, wie insbesondere die Fig.4 und 5 zeigen, in der Längsachse eines zylindrischen Teils 6 des Rotors und schließt sich an dessen eine Stirnfläche an.
  • Den zylindrischen Teil 6 umfaßt auf etwas mehr als der Hälfte seines Umfangs ein Teil 7 in Form eines im Querschnitt rechteckförmigen Bandes mit wendelförmigem Verlauf. Dieser Teil 7 greift mit dem für einen leichten Lauf erforderlichen Spiel in eine korrespondierend ausgebildete Nut 8 ein, welche in einer auf den Durchmesser des zylindrischen Teiles 6 abgestimmten Bohrung 9 des Gehäuses des Moduls 1 vorgesehen ist.
  • Diese Bohrung 9 schließt sich gleichachsig an das untere Ende einer den Taststift 3 aufnehmenden Bohrung 10 an Der Eingriff des Teiles 7 des Rotors 4 in die Nut 8 und die einstückige Ausbildung des Taststiftes 3 mit dem Rotor 4 haben für beide Drehrichtungen des Rotors eine zwangsläufige Längsverschiebung des Taststiftes 3 zur Folge. Die axiale Länge der Bohrung 9 ist daher gleich der Summe aus der axialen Länge des Rotors 4 und dessen maximalem Hub, zuzüglich des erforderlichen Spiels Um bei dem vorgegebenen Abstand der Taststifte 3 voneinander den Durchmesser der gleich ausgebildeten Rotoren 4 möglichst groß wählen zu können, sind, wie die F i g. 2 und 3 zeigen, der mittlere Rotor der einen Dreierreihe und die Deiden äußeren Rotoren der anderen Dreierreihe in Längsrichtung der Taststifte um etwas mehr als die axiale Länge ihrer Bohrung 9 versetzt, was natürlich auch für die Bohrung 9 gilt Der Durchmesser der Rotoren 4 im Bereich ihres Teiles 7 braucht hierdruch nur wenig kleiner als der Abstand des mittleren Taststiftes der einen Dreierreihe von einem der äußeren Taststifte der anderen Dreierreihe gewählt zu werden, wie die F i g. 6 und 7 erkennen lassen. Diese versetzte Anordnung der Rotoren 4 bedingt zum einen zwei unterschiedliche Längen der Taststifte 3, was jedoch unbedeutend ist, sowie wegen der Herstellung als Spritzteil eine Teilung des Gehäuses des Moduls 1 in zwei parallel zur Tastfllche 2 liegenden Ebenen, wobei die eine Teilungsebene die drei näher an der Tastfläche liegenden Bohrungen 9 und die andere Teilungsebene die drei übrigen Bohrungen 9 teilt Der Antrieb der Rotoren 4 erfolgt durch das Zusammenwirken ihres Permanentmagneten 5 mit je einem Elektromagneten, der aus einem Kern 11 in Form eines zylindrischen Stabes und einer auf diesem angeordneten, trägerlosen Spule 12 besteht. Jeder der Kerne 11, die auf einem Teil ihrer Länge in je einer Bohrung der drei Gehäuseteile 13, 14 und 15 liegen, ist mit seinem einen Ende an den zugeordneten Rotor 4 herangeführt, und zwar derart, daß dieser Endabschnitt parallel zur Drehachse des Rotors liegend mit geringem Abstand von der Mantelfläche des zylindrischen Teiles 6 des Rotors in den Zwischenraum zwischen den beiden Endflächen 16 und 17 des Teiles 7 des Rotors 4 ragt.
  • Dieser Endabschnitt des Kernes 11 bildet daher nicht nur den einen Pol des Elektromagneten, dessen Feld mit demjenigen des Permanentmagneten 5 zusammenwirkt, sonden auch den Anschlag, der den Drehbereich des Rotors 4 in beiden Richtungen dadurch begrenzt, daß an ihn die eine oder andere der beiden Endflächen 16 und 17 in Anlage kommt Um ein Prellen des Rotors beim Anschlag an den Kern 11 zu vermeiden, haben die beiden Endflächen 16 und 17 eine an den Kern angepaßte konkav-zylindrische Form sowie einen Abstand von dem benachbarten Pol des Permanentmagneten 5, der zu einem durch das Magnetfeld bedingten Kleben der Endfläche am Kern 11 führt Andererseits ist aber die Stärke des nicht magnetisierbaren Werkstoffes des Rotors zwischen den Endflächen 16 und 17 und dem Permanentmagneten 5 so groß gewählt, daß der Energiebedarf gering ist, um die Endflächen 16 und 17 vom Kern 11 loszureißen.
  • Die Steigung der Nut 8 und des unvollständigen Gewindeganges, den der Teil 7 der Rotor bildet, ist so gewählt, daß bei dem maximalen Drehwinkel, den der Rotor ausführen kann, die erforderliche axiale Verschiebung des Taststiftes 3 erreicht wird, daß aber auch in jeder Drehstellung des Rotors 4 zwischen ihm und der Nut 8 Selbsthemmung vorhanden ist Ferner ist der Hub der Rotoren 4 und die Länge der Taststifte 3 so gewählt, daß das freie Ende jedes Taststiftes 3 nach der Hälfte des Hubes, also in der dem halben Drehwinkel entsprechenden Stellung des Rotors, wenig unterhalb der Tastfläche 2 liegt, damit das auch nach der Entregung des Elektromagneten vom Permanentmagneten 5 erzeugte Drehmoment von Rotor in die der gesetzten Stellung des Taststiftes entsprechende Drehlage bringen kann, falls dies während der Erregung des Elektromagneten nicht möglich war, weil beispielsweise der Finger einer Person auf der Tastfläche 2 im Bereich der Austrittsstelle des Taststiftes lag.
  • Um eine gegenseitige Störung der einzelnen je aus einem der Rotoren mit eingesetztem Permanentmagneten und dem zugehörigen Kern 11 mit aufgesetzter Spule 12 bestehenden Antriebseinrichtungen der einzelnen Taststifte 3 durch die Magnetfelder dieser Antriebseinrichtungen zu vermeiden, sind, wie insbesondere die in den F i g. 6 und 7 darge tellte Lage der Kerne 11 zeigt, die Magnetsysteme gegeneinander verdreht Zusätzlich kann zwhen zwei nebeneinander rngeordneten Modulen 1 zeine magnetische Abschirmung in Form eines Bleches aus einem magnetisierbaren Material vorgesehen werden.
  • Der untere Gehäuseteil 15 ist im Anschluß an einen die Bohrungen 9 enthaltenden Abschnitt hohl rusgebildet und zur Modudmterseite hin offen. Die sechs Kerne 11 sind in der in F i g. 7 dargestellten Anordnung durch diesen hohlen Abschnitt des unteren Gehäuseteils 15 hindurchgeführt. Ihr über die Gehäuseunterseite überstehender Endabschnitt ist je als Kontaktstecker 18 ausgebildet. Ein zusätzlicher Kontaktstift 19, der im Ausführungsbeispiel die unterschiedlichen Abstände zwischen den Kernen 11 aufweisende Dreierreihe zu einer Viererreihe ergänzt, ist mit seinem einen Ende im oberen Abschnitt des unteren Gehäuseteils 15 festgelegt und steht über die Unterseite des Gehäuses in gleicher Weise über wie die Kontaktstecker 18 Auf jeden der Kerne innerhalb des hohlen Abschnittes des unteren Gehäuseteils 15 sitzt die zugeordnete, trägerlos Spule lZ deren eines Ende elektrisch leitend mit dem die Spule tragenden Kern verbunden ist Das andere Ende der Spulen 12 ist an den zusätzlichen Kontaktstift 19 angeschlossen Die Hohlräume zwischen den Spulen 12 und der Wandung des unteren Gehäuseteils 15 ist mit einem Gießharz ausgegossen Zum Setzen der Taststifte, CL IL zum Oberführen in diejenige Position, in der sie abtastbar über die Tastfläche 2 überstehen, wird die zugeordnete Spule 12 derart durch einen Impuls erregt, daß sich an dem neben dem Rotor 4 liegenden Endabschnitt des zugehörigen Kernes 11 ein Magnetfeld ausbildet, das dem benachbarten Pol des Permanentmagneten 5 dem Rotor 4 abstößt und den entfernten Pol anzieht Die Folge ist eine Drehung des Rotors 4 und gleichzeitig eine Axialverschiebung. Der Energieimpuls braucht nur so groß zu sein, daß der Rotor 4 sich etwas über die mittlere Drehstellung hinaus dreht, da dann das vom Permanentmagneten 5 infolge der größeren Nähe des anderen Poles zum Kern erzeugte Drehmoment den Rotor 4 in die andere Endstellung dreht, welche der gesetzten Stellung des Taststiftes 3, also der Stellung mit dem maximalen Überstand über die Tastfläche 2, entspricht In dieser Stellung klebt die Endfläche 17 am Kern 11 und hält dadurch den Rotor fest Außerdem verhindert die Selbsthemmung zwischen dem Rotor und der Nut 9, daß ein auf den Taststift 3 ausgeiibter Druck, wie er beim Abtasten auhritt, zu einer Drehung des Rotors führen kann Um den Taststift 3 in die gelöscht Stellung zurückzuführen, wird die Spule 12 wieder impulsartig erregt, aber mit einer entgegengesetzten Stromrichtung, damit der jetzt dem Kern 11 benachbarte Pol des Permanentmagneten 5 vom Kern 11 abgestoßen wird. Durch die hierbei erzeugte Drehung wird der Rotor 5 und der einstöckig mit ihm ausgebildete Taststift 3 zwangsläufig in die Ausgangslage zurückgeführt, in der er durch ein Kleben der Endfläche 16 am Kern 11 und die Selbsthemmung gehalten wird. Die Antriebseinrisitung hat also ein bistabiles Schaltverhalten.
  • Das in den F i g. 9 und 10 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist wie das erste Ausführungsbeispiel als Modul 101 zur Drrstelhing von Braille-Zeichen ausgebildet Das Gehäuse dieses Moduls hat daher die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie dasjenige des Moduls 1. Ebenso ist wie bei letzterem eine Stirnfläche des Gehäuses als Tastfläche 102 ausgebildet, über die im gesetzten Zustand die Taststifte 103 überstehen, welche in der gleichen Weise wie die Taststifte 3 angeordnet und wie ktztere in je einer lotrecht zur Tastflflche verlaufenden Bohrung 110 län verschiebbargcflllrrtsinCL ldbereinstimmung mit dem Modul 1 besteht auch insoweit, als die aber die Unterseite des Gehäuses überstehenden Kontaktstecker 118 durch den unteren Endabschnitt je eines Kernes 111 und eines zusätzlichen Kontaktstiftes 119 gebildet werden, die die gleiche Anordnung wie die Kontaktstecker 18 und der zusätzliche Kontaktstift 19 des Moduls 1 haben Die Module 1 und 101 sind daher gegenseitig austauschbar.
  • Die jedem Taststift 103 zugeordnete Antriebseinrichtung weist wie bei dem, Ausfahrungsbeispiel gemäß den Fig1 bis 8 einen Rotor 104 auf, bei dem es sich um ein Spritzteil handelt, das mit einer es in radialer Richtung durcbn Bohrung versehen ist, in die ein stabförmiger Permanentmagnet 105 eingesetzt ist Die Drehachse des Rotors 104 verläuft jedoch, wie F i g. 9 zeigt, bei diesem Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zur Läs-se des zugeordneten Taststiftes 103. Ein zylindrischer Teil 106 des Rotors 104 greift in eine an seinen Durchmesser angepaßte Lagerbohrung des Gehäuses ein, das in der durch die Drehachsen der Rotoren 104 definierten Ebene geteilt ist An die eine StirnflPcbe des zylindrischen Teils 106 schließt sich ein in der Art einer Kurvenscheibe ausgebildeter Teil 107 an, der im Bereich seiner einen Hälfte abgeflacht ist Die Mantelfläche dieses abgeflachten Teils, die sich vom einen zum anderen Pol des Permanentmagneten 105 erstreckt, bildet eine Steuerkurve 121 für den wgeordneten Taststift 103. Ihr Verlauf ist daher so gewählt, daß die maximale Drehbewegung des Rotors 104 den erwünschten Hub des Taststiftes ergibt und daß eine Selbsthemmung zwischen der Steuerkurve 121 und dem an ihr anliegenden Kupplungselement 122 vorhanden ist, welches das untere Ende des Taststiftes 103 bildet Zur Begrenzung des Drehbereichs des Rotors 104 ist dieser in dem dem Taststift 103 abgekehrten Bereich seiner Mantelfläche mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut 123 versehen, in welche das obere Ende des zugeordneten Kernes 111 eingreift Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemaß den F i g. 1 bis 8 liegen die beiden Endflächen 116 und 117 der Nut 123, welche die Anschlagflächen für den Kern 111 bilden, in einem solchen Abstand vom Permanentmagneten 105, daß sie zwar am Kern kleben, das zum Losreißen erforderliche Drehmoment aber gering ist Das blockförmige Kupplungselement 122 am unteren Ende des Taststiftes 103 ist in Längsrichtung des Taststiftes in einer Ausnehmung des Gehäuses verschiebbar, welche die Lagerbohrung für den Rotor mit der Bohrung 110 für den Taststift verbindet Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Rotor 104 den Taststift 103 nur von der gelöschten in die gesetzte Stellung zwangsläufig verschieben. Um jeden der Taststifte 103 ist daher eine als Schraubenfeder ausgebildete RAckholfeder 124 gelegt, welche auch das Kupplungsteil 122 in Anlage an der Steuerkurve 121 hält Sofern eine vertikale Lage der Taststifte gewohrleistet ist, sind aber die lccckholfedern 124 entbehrlich Ferner konnte auch bei dieser Ausführungsform eine zwangslSufige Bewegung des Taststiftes in beiden Verschieberichtungen durch den Rotor vorgesehen werden. Hierzu wäre es beispielsweise nur erforderlich, anstelle der Steuerkurve 121 einen Steuenchlitz in entsprechendem Verlauf im Rotor 104 vorzusehen und in diesen Schlitz einen parallel zur Drehachse liegenden Stift des Kupplungsteils eingreifen zulasssst Um eine gegenseitige Störung der Magnetfelder der einzelnen Antriebseinrichtungen zu verhindern, sind wie die F i & 10 zeigt, die Drehachsen benachbarter Rotoren 104 jeweils um 90D gegeneinander verdreht Auf jedan der Kerne 111 ist wie bei dem Modul 1 im unteren Teil des Gehäuses eine trägerlose Spule 112 angeordnet, deren eines Ende elektrisch leitend mit diesem Kern verbunden ist, während das andere Ende aller Magnetspulen mit dem zusätzlichen Kontaktstift 119 verbunden ist Die Zwischenräume zwischen den Spulen 112 sind mit Gießharz ausgegossen, wodurch auch die Kerne eine zusätzliche Festlegung erfahren.
  • Die Wlrinveise der Antriebseinrichtungen ist die gleiche wie bei dem Modul 1, weil eine Erregung der Spulen 112 zu einem Magnetfeld im Bereich des oberen Endes des zugeordneten Kernes 111 führt, daß im Zi---wirken mit dem Magnetfeld des Permanent- magneten 105 bei richtiger Polung zu einer Abstoßung des dem Kern 111 benachbarten Poles und einer Anziehung des zunächst entfernt liegenden Poles führt, wobei auch hier eine Drehbewegung des Rotors durch den über die Magnetspule geführten Impuls etwas über den halben Drehwinkel hinaus genügt, um den Rotor in die Endlage zu bringen Da außerdem zwischen dem Kupplungsteil 122 und der Steuerkurve 121 Selbsthemmung vorhanden ist, hat auch diese Antriebseinrichtung ein bistabiles Schaltverhalten

Claims (14)

  1. Patentansprüche: 1. Bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenig. stens eines Punktes einer taktilen Information mit mindestens einem zwischen einer gesetzten Stellung, in der sein tastbares Ende über eine Tastfläche übersteht, und seiner gelöschten Stellung bewegbaren Taststift und je einer Antriebseinrichtung mit einem Permanentmagneten und einem einen Kern aufweisenden Elektromagneten für jeden vorhandenen Taststift, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5; 105) Teil eines drehbar gelagerten, vom Magnetfeld des Permanentmagneten quer zur Drehachse durchsetzten Rotors (4; 104) ist, der eine seine Drehbewegung zumindest in der einen Drehrichtung mechanisch in eine zwangsläufige Bewegung des zugeordneten Taststiftes (3; 103) umsetzende Form hat, und daß das eine Ende des unbeweglichen Kerns (11; 111) des Elektromagneten neben dem Rotor (4; 104) in einer bei einer Drehbewegung des Rotors eine gegensinnige Änderung des Abstandes zwischen diesem Ende und den beiden Polen des Permanentmagneten (5; 105) ergebenden Lage angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der gelöschten Stellung der Abstand des freien Endes des Taststiftes (3; 103) von der Tastfläche (2; 102) mindestens gleich dem halben Hub der Antriebseinrichtung (4, 5, 11, 12; 104, 105, 111,112) gewählt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (3; 103) wenigstens im Bereich von der dem halben Drehwinkel des Rotors (4; 104) entsprechenden Stellung bis zur gesetzten Stellung durch Selbsthemmung gegen eine Verschiebung durch eine auf ihn wirkende äußere Kraft mit Hilfe der Antriebseinrichtung gesichert ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Kernes (11; 111) als Anschlag in eine in der Rotationsebene des Permanentmagneten (5; 105) in Umfangsrichtung des Rotors (4; 104) verlaufende Ausnehmung (123) eingreift und daß zwischen den beiden die Anschlagflächen (16, 17; 116, 117) für den Kern bildenden Enden der Ausnehmung und dem benachbarten Pol des Permanentmagneten (5; 105) ein nichtmagnetisierbarer Werkstoff des Rotors vorgesehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern (11; 111) als Kontaktstecker (18; 118) ausgebildet ist, mit dem das eine Ende der auf ihm angeordneten Spule (12; 112) elektrisch leitend verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Darstellung eines einzelnen taktilen Zeichens, insbesondere eines Braille-Zeichens, erforderliche Anzahl von Taststiften (3; 103) zusammen mit ihren Antriebseinrichtungen (4,5,11,12; 104, 105, 111, 112) und einem zusätzlichcn Kontaktstecker (19; 119) als zweites, für alle Antriebseinrichtungen gemeinsames Kontaktstück in einem quaderförmigen Kunststoffgehäuse mit über eine der Außenfläche des Gehäuses überstehenden Kontaktsteckern zu einem Modul (1; 101) vereinigt sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstecker (18, 19, 118, 119) über diejenige Fläche des Gehäuses überstehen, die parallel zu der Tastfläche (2; 102) des Gehäuses liegt
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine magnetische Abschirmung zwischen zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Modulen (1; 101).
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Rotors (4) in Richtung der Längsachse des Taststiftes (3) liegt und dem Rotor eine ihm bei einer Drehung eine zwangsläufige Längsverschiebung aufzwingende Führung (8) zugeordnet ist
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) wenigstens einen radial über seine Mantelfläche überstehenden Teil (7) mit wendelförmigem Verlauf aufweist, der in eine korrespondierende Nut (8) einer den Rotor aufnehmenden Bohrung (9) eingreift
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) und der Taststift (3) einstückig ausgebildet sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Rotors (104) im rechten Winkel zur Verschieberichtung des Taststiftes (103) liegt und der Rotor eine in Richtung seines Umfangs verlaufende Steuerkurve (121) aufweist, an der ein Kupplungsteil (122) des Taststiftes (104) anliegt
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (121) durch einen Teil der Mantelfläche des Rotors (104) gebildet ist
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung mehrerer Antriebseinrichtungen und der zugeordneten Taststifte (3; 103) in zueinander parallelen und aufeinander ausgerichteten Reihen die Magnetsysteme unmittelbar benachbarter Antriebseinrichtungen gegeneinander verdreht liegen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015077846A1 (en) * 2013-11-29 2015-06-04 Institute Of Information And Communication Technologies Braille display

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