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Die Erfindung betrifft eine bistabile Vorrichtung zur Darstel-
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lung 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.
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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 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 bei 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.
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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 Rdckhub ergebende Translationsbewegung ausfüllren
kann.
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Der in der eigenen, älteren Patentanmeldung P 27 34 886.3-53 gekennzeichneten
Vormichtung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bistabile Vor-/richtung zur Darstellung
wenigstens eines Punktes einy tatilen Information zu schaffen, die frei von den
Nachteilen der/bekannten Vorrichtungen ist und insbesondere nur einen verminderten
Energiebedarf sowie einen geringeren Fertigungsaufwand erfordert.
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Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genann-ten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektromdgnet einen von einer Magnetspule
umschlossenen, unbeweglichen Eiohlkern 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.
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Bei wegen ihrer Einfachheit bevorzugten Ausführungsformen dieser
Vorrichtung ist der Sperrkörper um eine senkrecht oder parallel zur Verschieberichtung
verlaufende Achse schwenkbar. Der Sperrkörper kann beispielsweise L-förmig mit kreisrundem
Querschnitt ausgebildet sein, wobei sein einer Schenkel um dessen Längsachse drehbar
gelagert ist und sein anderer Schenkel ein Sperrteil für den Stab bildet.
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einem Die Vorrichtung gemäß P-27 34-886.3-53 kommt auf jeden Fall
mit / 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 selbstverstandlich, daß der Sperrkörper in
seiner wirksamen oder unwirksamen Lage verharrt, solange die Magnetspule nicht angesteuert
wird.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung eäß P 27 34 88S.3-53 besteht
darin, daß sie mit einer verhältnismäßig geringen Bauhöhe ausführbar ist, denn es
müssen keine zwei Elektromagneten im wJsentlichen hintereinander angeordnet werden.
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Damit ist die der Vorrichtung gemäß P 27 34 886.3-53 zugrunde gelegte
Aufgabe zwar gelöst, aber noch nicht so weitgehend, wie das praktisch möglich ist.
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Mit einer anderen Lejsunq soll dieselbe Aufgabe nun nochmal eine weitere
Ereindung bilden, die insbesondere den Fertigungsaufwand in Betracht zieht.
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Die erfindungsgemtiae,einfachere Lösung besteht bei einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art darin, daß der Elektromagnet einen von einer Magnetspule
umschlossenen, unbeweglichen Hohikern aufweist, Ln dem ein den Taststift verlängernder,
unmagnetischer (d.h. keinen wesentlichen permanenten Magnetismus aufweisenderl Stab
geführt ist, dessen dem Taststift abgewandtes Ende mit dem Sperrkörper (im weitesten
Sinne)zusammenwirkt; daß an dem dem Taststift abgewandten, hinteren Pol des Elektromagneten
ein (näher oder ferner liec,ender) Permanentmagnet angeordnet ist; daß der Sperrkörper
um eine parallel zur Verschieberichtung verlaufende Achse schwenkbar ist;- insoweit
stimmen die Vorrichtung gemäß P 27 31 886.3-53 und die erfindungsgemäße Vorrichtung
überein - daß der unmagnetische Stab aus remanenzfreiem, magnetisierbarem Material
besteht; daß der Sperrkörper aus dem gleichen Material besteht und einstückig an
das dem hinteren Pol des Elektromagneten benachbarte Ende des Stabes angeformt int;
daß der Permanentmagnet mit die Verungefähr tung/senicrecht kreuzender Polachse
unbeweglich
angeordnet ist, daß der Sperrkörper einen mit beiden
Polen des Permanentmagneten zusammenwirkenden, exponierten Magnetpol bildet, der
in einer Schwenkebene schwenkbar ist, auf der die Verschieberichtung senkrecht steht;
und daß die unwirksame Lage und die wirksame Lage des exponierten Magnetpols am
Sperrkörper durch zwei zu dessen Schwenkebene parallele, in Schwenkrichtung versetzte
Anlageebenen bestimmt sind, deren in Verschieberichtung gemessener Abstand so groß
wie der Höhenunterschied zwischen der erhabenen Stellung des Taststiftes und dessen
Versenkstellung ist.
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Neben den erwähnten Vorzügen, welche schon die Vorrichtung gemäß 2
27 34 886.3-53 im Vergleich zu den beiden aus der DT-OS 2 407 452 bekannten Vorrichtungen
aufweist, hat die erfindungsgemäß Vorrichtung den zusätzlichen Vorteil, daß 1 Permanentmagnet
entfällt und der Sperrkörper sehr einfach herstellbar ist, beispielsweise durch
Abbiegen (um 900) eines freien Endes eines metallischen Rohlings, dessen längerer
gerader Abschnitt den Stab bildet.
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Die beiden Anlage ebenen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können
beispielsweise Teile einer Stufe sein, die neben dem (einzigen) Permanentmagneten
angeordnet ist und mit dem Sperrkörper eine Sperre für den Taststift bildet. Der
Stufenhöhe entsprechend kann der Permanentmagnet geneigt angeordnet sein, damit
die Anziehung und Abstoßung des Sperrkörpers durch die Pole des Permanentmagneten
in einer die Stufe berücksichtigenden, geneigten Ebene erfolgt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf der
Erzeugung gegensinniger Drehmomente durch magnetische Anziehungs- und Abstoßungskräfte
zum Ver- und Entriegeln des Sperrkörpers, welche der elektromagnetisch gesteuerten
Hubbewegung des Stabes zwangsweise eine Drehbewegung desselben vorausgehen oder
nachfolgen lassen. Die Kombination beider Bewegungsarten besteht also in einer Addition,
d.h. in dem aufeinanderfolgenden Ausführen beider Bewegungen, während bei der in
der eigenen, bekanntgemachten Patentanmeldung P 27 07 362.7-53 gekennzeichneten
Vorrichtung beide Bewegungen eines Rotors mit Permanentmagnet gleichzeitig erfolgen,
was Reibungsverluste mit sich bringt.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand einer durch die Zeichnung beispielhaft
dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im
einzelnen erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einem vertikalen Längsschnitt
einen Braille-Modul mit sechs Tasteinheiten, von denen drei zu sehen sind.
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Die Aus führungs form der erfindungsgemäßen bistabilen Vorrichtung
zur DarsteUung von.sechs Punkten einer taktilen Information besteht im wesentlichen/aus
einer ebenen Tastfläche 10, einem Taststift 12, einem Stab 14, einem Sperrkörper
16, einem Elektromagneten 18, einer Stufe 20 und einem Permanentmagneten 22.
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Die Tastfläche 10 wird durch ein mehrteiliges, alle übrigen genannten
Teile der Ausführungsform aufnehmendes Gehäuse 24 gebildet. Sie ist eben und waagrecht
und kann beispielsweise die Oberfläche eines Lesegerätes für Blinde bilden. Sie
ist pro Taststift mit einer Bohrung 26 versehen, deren Durchmesser dem Durchmesser
des ihr zugeordneten Taststiftes 12 im Bereich der Tastfläche 10 angepaßt ist.
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Jeder kreiszylindrische Taststift 12 ist an seinem oberen Ende mit
einer halbkugelförmigen Kuppe 28 versehen, die sich je nach Höhenlage des Taststiftes
ober- oder unterhalb der Tastfläche 10 befindet. Der Taststift 12 weist einen Außenbund
30 auf, der in einem zylindrischen Hohlraum 32 des Gehäuses 24 axial verschiebbar
gelagert ist und mit seinen beiden Umkehrstellungen die erhabene Stellung des Taststiftes
12,in der seine Kuppe 28 die Tastfläche 10 überragt, und die Versenkstellung des
Taststiftes 12 bestimmt, in der die Kuppe 28 hinter der Oberflächenebene der Tastfläche
10 steht, wie die Zeichnung für beide Stellungen zeigt. Der Taststift 12 besitzt
einen am Außenbund 30 beginnenden, relativ dünnen Schaft 34,mit dem er über den
oberen Pol des Elektromagneten 18 hinaus in diesen eingreift.
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Die lose an die unteren Schäfte 34 der Taststifte 12 koaxial angesetzten
Stäbe 14 sind ebenfalls kreiszylindrisch und bestehen wie die Rlaststifte 12, die
beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein können,aus einem unmagnetischen, jedoch
remanenzarm magnetisierbaren Material wie Weicheisen, das im wesentlichen einen
remanenzfreien Ferromagnetismus zeigt.Jeder Stab 14 ist in dem kreiszylindrischen
ohlkern
36 einer Magnetspule geführt, die den ihm zugeordneten Elektromagneten 18 bildet
und eine konzentrische Wicklung 38 aufweist, aus der die beiden Enden des Ilohlkernes
36 herausragen. Wichtig ist, daß das obere oder vordere Ende 40 des Stabes 14 unter
bzw. hinter dem oberen bzw. vorderen Pol 42 des slektromagneten steht, und zwar
unabhängig davon, welche axiale Stellung der Stab einninunt. Außerdem ist zu beachten,
daß das untere oder hintere Ende 44 des Stabes 14 stets aus dem Hohlkern 36 herausragt
und unter bzw. hinter dem unteren bzw. hinteren Pol 46 des Elektromagneten 18 steht.
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Jeder Sperrkörper 16 ist das um 900 abgebogene freie Ende eines metallischen
Rohlings, dessen längerer gerader Abschnitt den zugshörigen Stab 14 bildet. Der
Sperrkörper 16 beschreibt daher mit seiner gebogenen Längsachse einen Viertelkreis,
dessen Enden tangential geradlinig fortgesetzt sind. Außerdem ist der Sperrkörper
16 einstückig an den Stab 14 angeformt. InfoLgedessen bestehen beide aus demselben
Material und haben beide dieselbe kreisrunde Querschnittsform. Jeder Sperrkörper
16 greift in einen Hohlraum 48 des Gehäuses 24 ein, in dem er ungefähr über 350
um die Längsachse 50 des Stabes 14 hin und her geschwenkt werden kann.
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In jeden Hohlraum 48 ragt eine der Stufen 20. Die Stufe ist rechtwinklig
und weist zwei parallele Anlageebenen 52 und 54 auf, zu denen die Längsachse 50,
welche die Verschieberichtung des Taststiftes 12 angibt, senkrecht verläuft und
deren senkrechter Abstand so groß wie der Höhenunterschied zwischen der erhabenen
Stellung der Kuppe 28 und deren Versenkstellung ist, also gleich groß wie der Verschiebeweg
des Außenbundes 30. Die Stufe 20 befindet sich außerhalb der Verlängerung des Hohlkernes
36 des Elektromagneten 18, damit das waagrechte, senkrecht zur Längsachse 50 verlaufende
freie Ende des Sperrkörpers 16 auch tatsächlich von Anlageebene zu Anlageebene der
Stufe 20 ohne große Schwenkbewegung versetzt werden kann.
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Jeder Hohlraum 48 wird auf einer Seite von einem der quaderförmigen
Permanentmagnete 22 begrenzt. Dieser Magnet ist so angeordnet, daß seine Polachse
waagrecht liegt und die Längsachse 50 senkrecht kreuzt, also nicht schneidet. Die
beiden Pole des
Permanentmagneten 22 befinden sich neben der Anlageebene
52 bzw.
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54. Es ist also jeder Anlageebene ein Pol zugeordnet. Der Sperrkörper
16 weist mit ;einem freien Ende stets gegen den Permanentmagneten 22 und richtet
sich abwechselnd auf dessen einen bzw.
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anderen Pol aus, wenn es selbst einen elektromagnetisch erzeugten
Magnetpol bildet. Ist das nicht der Fall, bleibt das freie Ende au£ den erreichten
Pol des Permanentmagneten 22 ausgerichtet, weil es statisch angezogen wird.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausführungsform ist folgende:
Ausgegangen sei von dem in der Zeichnung links gezeigten Zustand, in dem die Kuppe
28 des Taststiftes 12hinter der Tastfläche 10 steht und dadurch die taktile Information
NULL oder NEIN vermittelt. Außerdem steht der Sperrkörper 16 auf der unteren oder
hinteren Anlage fläche 54 der Stufe 20, wobei sein freies Ende einem Pol des Permanentmdgneten
22 dicht benachbart ist.
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Wenn die Wicklung 38 des Eiektromagneten 18 nun einen Gltichstromimpuls
erhält, der den unteren Pol 46 beispielsweise zum Südpol macht, bildet sich auch
am freien Ende des Sperrkörpers 16 ein Südpol aus, der dem Südpol des Permanentmagneten
22 gegenübersteht. Da ich gleich-namige Pole abstoßen, versuchen die niagnetischen
Kräfte den Sperrkörper 16 so zu schwenken, da3 sich die benachbarten Pole voneinander
entfernen. Das kann aber erst geschehen, nachdem der GLeichstrom impuls durch Hineinziehen
des Stabes 1-1 in die Wicklung 38 des Elektromagneten 18 zu einem Ilub des Stabes
geführt hat, der den Sperrkörper 16 auf die Höhe der oberen oder vorderen Anlageebene
52 der Stufe 20 hebt, so daß diese die Schwenkbewequng nicht mehr verhindern kann.
Am Ende der Schwenkbewpng steht der Südpol am freien Ende des Sperrkörpers 16 dem
Nordpol des Permanentmagneten 22 gegenüber und die Anlageebene 52 unterstützt den
Sperrkörper.
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Infolge des llubes des Stabes 14 ist der Taststift 12 nach oben oder
vorn geschoben worden, so daß seine Kuppe 28 jetzt die Tastfläche 10 überragt. Damit
ist das "Setzen" des Taststiftes 12 beendet.
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Zum "Löschen" des Taststiftes 12 erhält die Wicklung 38 des Elektromagneten
18 einen gegensinnigen Gleichstromimpuls, der den unteren Pol 16 des Elektromagneten
zu einem Nordpol und .lementsprechend das freie Ende des Sperrkörpers 16 zu einem
gleichnamigen
Pol macht, der vom Nordpol des Permanentmagneten 22 abgestoßen wird, daß der Sperrkörper
nun in umgekehrter Richtung geschwenkt wird, wobei sein Nordpol von dem Südpol des
Permanentmagneten angezogen wird. Dabei verläßt der Sperrkörper 16 die Anlageebene
52 und fällt auf die untere oder hintere Anlageebene 54 der Stufe 20 zurück. Diese
Fallbewegung wird je nach Lage des Moduls ersetzt oder unterstützt durch das Hinausstoßen
des bes 14 aus der Wicklung 38 des Elektromagneten 18, welches von demselben Gleichstrompimpuls
bewirkt wird.
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