-
Bistabile Vorrichtung II zur Darstellung wenigstens eines
-
Punktes einer taktilen Information
Die Erfindung betrifft
eine bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen
Information, mit mindestens einem Taststift, der zwischen einer erhabenen Stellung,
in der sein ertastbares Ende eine Tastfläche überragt, und einer Versenkstellung
axial verschiebbar ist, in der sein ertastbares Ende hinter der Tastfläche steht;
und mit je zwei Magneten, von denen zumindest einer ein, den Taststift bewegender,
Elektromagnet ist und einer einen Sperrkörper bewegt, der aus einer unwirksamen
Lage, in der er die Verschiebung des Taststiftes in seine Versenkstellung freigibt,
in eine wirksame Lage, in der er die Verschiebung des Taststiftes in seine Versenkstellung
sperrt, und umgekehrt verlagerbar ist.
-
Bei einer aus der DT-OS 2 407 452 (Fig. 1) 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 angreift, 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 Anderung 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 Ublichen 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 aus der DT-OS 2 407 452
(Fig. 2, 3) bekannte Vorrichtung, welche sich von der vorstehend erwähnten durch
eine andere Verriegelungseinrichtung unterscheidet. Das dem Taststift abgekehrte
Ende des Kernes einer 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 Vorrichtungen ist und insbesondere nur
einen verminderten Energiebedarf sowie einen geringeren Fertigungsaufwand erfordert.
-
Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektromagnet einen von einer Magnetspule
umschlossenen, unbeweglichen Hohlkern aufweist, in dem ein den Taststift verlängernder,
unmagnetischer Stab geführt ist, dessen dem ertastbaren Ende des Taststiftes abgewandtes
Ende mit dem Sperrkörper zusammenwirkt; daß zwischen dem ertastbaren Ende des Taststiftes
und dem benachbarten, vorderen Pol des Elektromagneten am Taststift und/oder am
Verlängerungsstab ein erster Permanentmagnet angeordnet ist, dessen gerade Polachse
parallel zur Stabachse liegt; daß an dem dem ersten Permanentmagneten abgewandten,
hinteren Pol des Elektromagneten ein mit dem Sperrkörper eine bewegliche Einheit
bildender, zweiter Permanentmagnet angeordnet ist, dessen wirkender Pol in der unwirksamen
Lage des Sperrkörpers vom hinteren Pol des Elektromagneten entfernt liegt und in
der wirksamen Lage des Sperrkörpers diesem hinteren Magnetpol eng benachbart ist;
und daß die zwei den Polen des Elektromagneten zugekehrten Pole der beiden Permanentmagneten
gleichnamig sind.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt auf jeden Fall mit einem einzigen
Elektromagneten, zwei einfach geformten Permanentmagneten und ohne Federn aus, so
daß sie einfach und infolgedessen billig herstellbar ist und zu einer sehr hohen
Leistungsersparnis führt, denn es ist zu ihrer Betätigung lediglich ein kurzer Stromimpuls
für die Magnetspule erforderlich, um den Zustand der Vorrichtung zu wechseln. Voraussetzung
dafür ist selbstverständlich, daß der Sperrkörper in seiner wirksamen oder unwirksamen
Lage verharrt, solange die Magnetspule nicht angesteuert wird.
-
nach Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung/der Erfindung besteht darin,
daß sie mit einer verhältnismäßig geringen Bauhöhe ausführbar ist, denn es müssen
keine zwei Elektromagneten im wesentlichen hintereinander angeordnet werden.
-
Bei wegen ihrer Einfachheit bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Sperrkörper um eine senkrecht oder parallel zur Verschieberichtung
verlaufende Achse schwenkbar. Durch einen Keil als Sperrkörper,der längs seiner
Scheitellinie unterstützt und um diese zwischen zwei Endlagen kippbar ist und dessen
der Scheitellinie abgekehrte Stirnseite eine Sperrfläche für den Stab bildet, läßt
sich eine einfache Selbsthemmung des Sperrkörpers in seiner wirksamen Lage herbeiführen.
Wahlweise kann der Sperrkörper beispielsweise L-förmig mit kreisrundem Querschnitt
ausgebildet sein, wobei sein eine Schenkel um dessen Längsachse drehbar gelagert
ist und sein anderer Schenkel ein Sperrteil für den Stab bildet. In diesem Fall
(Verschieberichtung und Drehachse vertikal angeordnet) ist es zweckmäßig, den hinteren
Pol des Elektromagneten asymmetrisch auszubilden oder einen Hilfspol vorzusehen,
damit der Sperrkdrper auch tatsächlich bis in seine wirksame Lage gedreht wird.
-
Auch hier tritt eine Selbsthemmung des Sperrkörpers am Stabende auf,
die aber nicht unbedingt notwendig ist, weil der Sperrkörper in jeder Drehlage stehen
bleibt, solange auf ihn keine Magnetkräfte einwirken.
-
Eine erste der bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich dadurch
aus, daß der zweite Permanentmagnet mit seinem wirkenden Pol aus der Sperrfläche
herausragt und mit seinem anderen Pol in dem als Sperrkörper dienenden Keil steckt.
Dadurch ist die Herstellung der baulichen Einheit aus Keil und Magnet besonders
einfach und das Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten vollständig genutzt, weil
jegliche Abschirmung des aus dem Keil herausragenden Magnetpoles fehlt.
-
Bei einer zweiten der bevorzugten Ausführungsformen sind der zweite
Permanentmagnet und der Sperrkörper identisch, d.h. es handelt sich um ein und dasselbe
Vorrichtungsteil, nämlich um einen vollmagnetischen Sperrkörper, der beispielsweise
die erwähnte L-Form hat.
-
Für die Anordnung und Anbringung des ersten Permanentmagneten gibt
es verschiedene Möglichkeiten. Der erste Permanentmagnet kann den Stab mit dem Taststift
axial verbinden oder er kann am oder im Taststift oder Stab gelagert sein. Fertigungstechnisch
am vorteilhaftesten ist es aber, wenn der Taststift und der Stab einstückig ausgebildet
sind und der erste Permanentmagnet an geeigneter Stelle eingelagert ist.
-
Im folgenden ist die Erfindung anhand zweier durch die Zeichnung beispielhaft
dargestellter bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im
einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematisch und unterbrochen dargestellten
vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsform, Fig. 2 den unteren Teil einer
zweiten Ausführungsform in entsprechender Darstellung und Fig. 3 eine schematisch
dargestellte Draufsicht auf das in Fig. 2 Gezeigte.
-
Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen bistabilen Vorrichtung
zur Darstellung eines Punktes einer taktilen Information bestehen im wesentlichen
aus einer ebenen Tastfläche 10, einem Taststift 12, einem Stab 14 bzw. 114, einem
Sperrkörper 16 bzw. 116, einem Elektromagneten 18, einem ersten Permanentmagneten
20 und einem zweiten Permanentmagneten 22 bzw. 122=116.
-
Die Tastfläche 10 ist eben und waagrecht und kann beispielsweise die
Oberfläche eines Lesegerätes für Blinde bilden. Sie ist mit einer Bohrung 24 versehen,
deren Durchmesser dem Durchmesser des Taststiftes 12 angepaßt ist.
-
Der kreiszylindrische Taststift 12 ist an seinem oberen Ende mit einer
halbkugelförmigon Kuppe 26 versehen, die sich je nach Höhenlage des Taststiftes
ober- oder unterhalb der Tastfläche 10 befindet.
-
Der Stab 14 bzw. 114 ist ebenfalls kreiszylindrisch und besteht aus
einem unmagnetischen Material, beispielsweise aus selbst-schmierendem Kunststoff.
-
Zwischen dem sich vertikal erstreckenden Stab 14 bzw. 114 und dem
koaxialen Taststift 12 ist der erste Permanentmagnet 20 in Form eines Stabmagneten
angeordnet, der den Taststift mit dem Stab verbindet und seinen Nordpol beispielsweise
oben hat.
-
Der Stab 14 bzw. 114 ist in dem aus einem magnetisierbaren Material
bestehenden kreiszylindrischen Hohlkern 28 einer Magnetspule geführt, die den Elektromagneten
18 bildet und eine konzentrische Wicklung 30 aufweist, aus der die beiden Enden
des Hohlkernes 28 oben als vorderer Pol 32 und unten als hinterer Pol 34 bzw.
-
134 herausragen.
-
Den Taststift 12 und den Stab 14 bzw. 114 umschließen je ein ortsfester
Anschlagring 36 bzw. 38, zwischen denen der erste Permanentmagnet 20 angeordnet
ist.
-
Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ist unter dem Elektromagneten
18 eine sich nach oben öffnende, im wesentlichen keilförmige Materialausnehmung
40 vorhanden, deren waagrechter Grund kreisbogenförmig gerundet ist. In die Ausnehmung
40 greift als Sperrkörper ein Keil 16 ein, dessen vom Grund der Ausnehmung 40
unterstützte,waagrechte
Scheitellinie entsprechend abgerundet ist. Der Keil 16 ist zwischen zwei Endlagen,
die beide in Fig.t eingezeichnet sind und eine wirksame bzw. unwirksame Lage des
Sperrkörpers ergeben, hin- und herkippbar. Die seiner Scheitellinie abgewandte Stirnseite
des Keiles 16 bildet eine schwach konvexe Sperrfläche 42, aus der neben dem unteren
Pol 34 des Elektromagneten 18 der stabförmige zweite Permanentmagnet 22 ragt, der
beispielsweise mit seinem Nordpol im Keil 16 steckt.
-
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Schwerpunkt der beweglichen
baulichen Einheit aus Keil 16 und Magnet 22 vom Pol 34 aus gesehen jenseits der
Kipp- und Scheitellinie des Keiles liegt, welche die Stabachse senkrecht kreuzt,
dabei aber nicht schneidet.
-
Die Wirkungsweise der ersten Ausführungsform ist folgende: Ausgegangen
sei von dem in Fig. 1 gezeigten Zustand,in dem die Kuppe 26 des Taststiftes 12 aus
der Tastfläche 10 herausragt und dadurch die taktile Information EINS oder JA vermittelt.
-
Außerdem liegt der erste Permanentmagnet 20 mit seinem Nordpol am
oberen Anschlagring 36 an, während sich sein Südpol im Abstand vom unteren Anschlagring
38 befindet. Ferner ist der Südpol des zweiten Permanentmagneten 22 dem unteren
Pol 34 des Elektromagneten 18 eng benachbart. Schließlich steht das untere Ende
des Stabes 14 auf der Sperrfläche 42 des Keiles 16 und belastet diesen auf der dem
Schwerpunkt der Einheit 16 - 22 gegenüberliegenden Seite der Kipp- und Scheitellinie
des Keiles 16.
-
Wenn die Wicklung 30 des Elektromagneten 18 nun einen Gleichstromimpuls
erhält, der den unteren Pol 34 zum Südpol macht, stößt dieser den Südpol des zweiten
Permanentmagneten 22 ab, so daß der Keil 16 aus seiner in Fig. 1 mit durchgezogenen
Linien eingezeichneten wirksamen Lage in seine in Fig. 1 mit gestrichelten Linien
eingezeichnete unwirksame Lage gekippt wird, wie der Doppelpfeil andeutet. Falls
der Stromimpuls lang
genug dauert, wirkt auf die bauliche Einheit
aus Taststift 12, erstem Permanentmagneten 20 und Stab 14 nach dem Wegkippen des
Keils 16 nicht nur die Schwerkraft, sondern auch die Anziehungskraft zwischen dem
Südpol des ersten Permanentmagneten 20 und dem ihm benachbarten,als Nordpol wirkenden
Pol 32 des Elektromagneten 18 ein, so daß die bisher gesperrte Senkbewegung des
Stabes 14 nun freigegeben ist und dessen unteres Ende, wie Fig. 1 andeutet, neben
dem Keil 16 in die Ausnehmung 40 eingreift. Die Eindringtiefe wird von dem unteren
Anschlagring 38 bestimmt, der den Südpol des ersten Permanentmagneten 20 am Ende
der nach unten gerichteten Verschiebung des Stabes 14 auffängt. Dabei gelangt der
Taststift 12 aus seiner erhabenen Stellung in seine Versenkstellung, in der seine
Kuppe 26 die in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie eingezeichnete Lage. unterhalb
der Tastfläche 10 einnimmt, so daß die Information NULL oder NEIN vermittelt wird.
-
Falls wieder die Information EINS oder JA vermittelt werden soll,
erhält die Wicklung 30 des Elektromagneten 18 einen Stromimpuls mit umgekehrtem
Vorzeichen, der bewirkt, daß der Südpol des Perlt manentmagneten 20 von dem nun
als Südpol wirkenden oberen Pol 32 des Elektromagneten abgestoßen wird, so daß der
Taststift 12 aus der Tastfläche 10 herausgeschoben und der Stab 14 nachgezogen wird,
bis der Nordpol des Magneten 20 am oberen Anschlagring 36 anstößt. Jetzt kann auch
die Sperrfläche 42 des Keiles 16 unter das untere Ende des Stabes 14 treten und
es unterstützen, denn der Südpol des zweiten Permanentmagneten 22 wird von dem nun
als Nordpol wirkenden unteren Pol 34 des Elektromagneten 18 angezogen. Damit ist
der Ausgangszustand wieder erreicht.
-
Es ist nicht notwendig, den Elektromagneten 18 ständig zu speisen,
weil die unwirksame Lage des Keiles 16 stabil ist und seine wirksame, an sich instabile
Lage (die auch eine stabile sein könnte), durch Selbsthemmung mittels des Stabes
14 gesichert ist.
-
Die zweite Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von
der ersten im wesentlichen dadurch, daß der Sperrkörper 116 und der zweite Permanentmagnet
122 ein und derselbe Teil sind.
-
Es ist im wesentlichen L-förmig mit kreisförmigem Querschnitt, wobei
sein vertikaler Schenkel 144 den Nordpol und sein waagrechter Schenkel 146 den Südpol
bildet. Der vertikale Schenkel 144 ist, wie der Doppelpfeil in Fig. 2 andeutet,
drehbar gelagert, so daß der waagrechte Schenkel 146, wie Fig. 3 zeigt, unter das
untere Ende des Stabes 114 geschwenkt oder von diesem entfernt werden kann. Die
Antriebskraft dazu liefert der untere Pol 134 am Hohlkern 128 des Elektromagneten.
-
Leerseite