DE2734886C3 - Bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen Information - Google Patents

Description

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, in der sein ertastbares Ende die Tastfläche nicht überragt, axial verschiebbar ist; 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 DE-OS 24 07 452 (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 Verriegtlungsstellung 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 seiner 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 Ein/elteile störend, und beim Zusammenbau zu Anordnungen mit einer Mehrzahl von Taslsiiftcn 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 aus der DE-OS 24 07 452 (Rg. 2, 3) bekannte Vorrichtung, welche sich von der vorstehend erwähnten durch eine andere Verriegelungseinrichtung unterscheidet Das dem Taststift abgekehrte Ende des Kernes einer ersten s Magnetspule sowie das diesem Kern iugekehrte Ende des mit diesem Kern fluchtend angeordneten Kernes einer zweiten Magnetspule oder eines Permanentmagneten sind so geformt, daß beim Setzen des Taststftes 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 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 einen verminderten Energie- und Platzbedarf 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 beweglich 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, zweiler 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 Lei?itungsersparnis 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. to

Kin weiterer Vorteil ·' '. ■ rrichtung nach 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 erfindungsgcmäßen 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 einer Schenkel um dessen Längsachse drehbar gelagert ist und sein anderer Schenke! 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 Sperrkörper auch tatsächlich bis in feine 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 zeigt

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. als zweiten Permanentmagneten ausgebildeten Sperrkörper 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 halbkugelförmigen 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 selbstschmierendem 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 bzw. 128 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 waagerechter Grund kreisbogenförmig gerundet ist. In die Ausnehmung 40 greift ein als Keil ausgebildeter Sperrkörper 16 ein, dessen vom Grund der Ausnehmung 40 unterstützte, waagrechte Scheitellinie entsprechend abgerundet ist. Der Keil ist zwischen zwei Endlagen, die beide in F i g. 1 eingezeichnet sind und eine wirksame bzw. unwirksame Lage des Sperrkörpers ergeben, hin- und herkippbar. Die seiner Scheitellinie abgewandte Stirnseite des Keiles bildet eine schwach konvexe Sperrfläche 42, aus der neben dem unteren Pol 34 des Elektromagneten 18 der stabförmige zweite Permanentmanget 22 beispielsweise mit seinem Südpol ragt.

Die Wirkungsweise der ersten Ausführungsform ist folgende:

Ausgegangen sei von dem in F i g. 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 Poi 34 des Elektromagneten is eng benachbart. Schließlich stets das untere Ende des Stabes 14 auf der Sperrfläche 42 des Keiles und belastet diesen.

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 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 nicht nur die Schwerkraft, sondern auch die Anziehungskraft zwisehen dem Südpol des ersten Permanentmangelen 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 F i g. 1 andeutet, neben dem Keil 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 Permanentmagneten 20 von dem nun als Südpol wirkenden oberen Pol 32 des Elektromangeten 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 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 Ausgangszusland wieder erreicht.

Es ist nicht notwendig, den Elektromagneten 18 ständig zu speisen, weil die unwirksame Lage des Keiles 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 ein und derselbe Teil sind. Es ist im wesentlichen L-förmig mit kreisförmigem Querschnitt.

so wobei sein vertikaler Schenkel 144 den Nordpol und sein waagrechter Schenkel 146 den Südpol bildet. Der vertikale Schenkel Ϊ44 ist, wie der Doppelpfeil in F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. 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, in der sein ertastbares Ende die Tastfläche nicht überragt, axial verschiebbar ist; und mit je zwei Magneten, von denen zumindest einer ein, den Taststift bewegender, Elektromagnet ist und einer einen Sperrkörper bewegt, der aus eine·· 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (18) einen von einer Magnetspule (30) umschlossenen, unbeweglichen Hohlkern (28; 128) aufweist, in dem ein den Taststift (12) verlängernder, unmagnetischer Stab (14; 114) beweglich geführt ist, dessen dem ertastbaren Ende (26) des Taststiftes abgewandtes Ende mit dem Sperrkörper (16; 116) zusammenwirkt; daß zwischen dem ertastbaren Ende (26) des Taststiftes (12) und dem benachbarten, vorderen Pol (32) des Elektromagneten (18) am Taststift und/oder am Verlängerungsstab (14; 114) ein erster Permanentmagnet (20) angeordnet ist, dessen gerade Polachse parallel zur Stabachse Hegt; daß an dem dem ersten Permanentmagneten (20) abgewandten, hinteren Pol (34) des Elektromagneten (18) ein mit dem Sperrkörper (16; 116) eine bewegliche Einheit bildender, zweiter Permanentmagnet (22; 116) angeordnet ist, dessen wirkender Pol (S) in der unwirksamen Lage des Sperrkörpers vom hinteren Pol (34) des Elektromagneten entfernt liegt und in der wirksamen Lage des Sperrkörpers diesem hinteren Maenetpol eng benachbart ist; und daß die zwei den Polen (32, 34; 134) des Elektromagneten (18) zugekehrten Pole (S. S; S) der beiden Permanentmagneten (20, 22; 116) gleichnamig sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (16; 116) um eine senkrecht oder parallel zur Verschieberichtung verlaufende Achse schwenkbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Keil als Sperrkörper (16), der längs seiner Scheitellinie unterstützt und um diese zwischen zwei Endlagen kippbar ist und dessen der Scheitellinie abgewandte Stirnseite eine Sperrfläche (42) für den Stab (14) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (116) L-Förmig mil kreisrundem Querschnitt ausgebildet ist, daß sein einer Schenkel (144) um dessen Längsachse drehbar gelagert ist und daß sein anderer Schenkel (146) ein Sperrleil für den Stab (114) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Permanentmagnet (22) mit fco seinem wirkenden Pol (S) aus der Sperrfläche (42) herausragt und mit seinem anderen Pol (N) im Keil steckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Permanentmagnet und der Sperrkörper (116) identisch sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Permanentmagnet (20) den Stab (14) mit dem Taststift (12) axial verbindet

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Permanentmagnet am oder im Taststift oder Stab gelagert ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift und der Stab einstückig ausgebildet sind und daß der erste Permanentmagnet eingelagert ist