DE2749585B2 - Bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen Information - Google Patents

Description

Stellung um seine Längsachse cj_reht. 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 Translations- ι ο bewegung ausführen kann.

Der in der eigenen, älteren Patentanmeldung P 27 34 8863-53 gekennzeichneten Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bistabile Vorrichtung zur Darstellung wenigstens eines Punktes einer taktilen Information zu schaffen, die frei von den Nachteilen der beiden bekannten Vorrichtungen ist und insbesondere nur einen verminderten Energiebedarf sowie einen geringeren Fertigungsaufwand erfordert Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindüngsgernäß 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, 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 zugekehrte Pole der beiden Permanentmagneten gleichnamig sind.

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.

Die Vorrichtung gemüß P 27 34 886.3-53 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. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß P 27 34 886.3-53 besteht darin, daß sie mit einer verhältnismäßig geringen Bauhöhe ausführbar ist, denn es müssen keine zwei Elektromagneten im wesentlichen hintereinander angeordnet werden. b5

Damit ist die der Vorrichtung gemäß P 27 34 886.3-53 zugrunde gelegte Aufga'/e zwar gelöst, aber noch nicht so weitgehend, wie das praktisch möglich ist.

Mit einer anderen Lösung soll dieselbe Aufgabe nun nochmal eine weitere Erfindung bilden, die insbesondere den Fertigungsaufwand in Betracht zieht.

Die erfindungsgemäße, einfachere Lösung besteht bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art darin, daß der Elektromagnet einen von einer Magnetspule umschlossenen, unbeweglichen Hohlkern aufweist, in dem ein den Taststift verlängernder, unmagnetischer (d. h. keinen wesentlichen permanenten Magnetismus aufweisender) 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 femer liegender) Permanentmagnet angeordnet ist; daß der Sperrkörper um eine parallel zur Verschieberichtung verlaufende Achse schwenkbar ist; — insoweit stimmen die Vorrichtung gemäß P 27 34 8863-53 und die erfindungsgemäße Vorrichtung überein — daß der unmagnetische Stab aus remanenzfreiem, magnetisierbarem Materia.¹ besteht; daß der Sperrkörper aus dem gleichen Materia! besteht und einstückig an das dem hinteren Pol des Elektromagneten benachbarte Ende des Stabes angeformt ist; daß der Permanentmagnet mit seiner die Verschieberichtung ungefähr senkrecht kreuzenden Polachse unbeweglich angeordnet ist, daß der Sperrkörper einen gleichzeitig mit beiden Polen des Permanentmagneten zusammenwirkenden Magnetpol bildet, der bei Erregung des Elektromagneten ein Drehmoment erzeugt, das den Sperrkörper in einer erregungsabhängigen Drehrichtung schwenkt; und daß die unwirksame Lage und die wirksame Lage des Magnetpols am Sperrkörper durch zwei zu dessen Schwenkebene parallele, in Schwenkrichtung versetzte Anlageebenen für den Sperrkörper bestimmt sind, deren in Verschieberichtung gemessener Abstand so groß wie der Höhenunterschied zwischen der erhabenen Stellung des Taststiftes und dessen Versenkstellung ist.

Neben den erwähnten Vorzügen, welche schon die Vorrichtung gemäß P 27 34 8863-53 im Vergleich zu der beiden aus der DE-OS 24 07 452 bekannten Vorrichtungen aufweist, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen Vorteil, daß ein Permanentmagnet entfällt und der Sperrkörper sehr einfach herstellbar ist, beispielsweise durch AbLiegen (dm 90") eines freien Endes eines metallischen Rohlings, dessen längerer gerader Abschnitt den Stab bildet.

Die beiden Anlageebenen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise Teile einer Stufe sein, die neben dem (einzigen) Permantntmagneten angeordnet ist und mit dem Sperrkörper eine Sperre für den Taststift bildet. Der Stufenhöhe entsprechend kann der Permanentmagnet bei vertikaler Verschieberichtung gegen die Waagrechte geneigt angeordnet sein, damit die Anziehung und Abstoßung des fperrköfpers durch die Pole des schräggestellten Permanentmagneten in einer die Stufe berücksichtigenden schiefen Ebene erfolgt, die waagrechte Streichlinien aufweist und die Polachse als FaIM !nie enthält.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf der Erzeugung gegensinniger Drehmomente durch magnetische Anziehungs und Abstoßungskräfte zum Ver- und Entriegeln des Sperrkörpers, weiche 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.

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.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen bistabilen Vorrichtung zur Darstellung von sechs Punkten einer taktilen Information besteht im wesentlichen je aus einer ebenen Tastfläche 10, einem Taststift 12, einem ^tah 14 Ainpm <*η*»π·1ίΛι·η#»Γ Ift *»in#»m Plpllrnmaonptpn — -■· — r -· · f --' ο

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 35° um die Längsachse SO des Stabes 14 hin und her geschwenkt werden kann.

In jeden Hohlraum 48 ragt eine der Stufen 20. Die

to 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

r> der erhabenen Stellung der Kuppe 28 und deren Versenkstellung ist, also gleich groß wie der Verschiebeweg des Außenbundes 30. Die Stufe 20 befindet sich anßprhalh Ηργ Vprlänupriinir Hf»s HnhlcprnPS ^fi d?*

18, einer Stufe 20 und einem Permanentmagneten 22.

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.

Jeder kreiszylindrische Taststift 12 ist an seinem oberen Ende mit einer halbkugelförmigen Kuppe 28 versehen, die sich je nach Höhenlage des Taststifte', 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 7eigt. 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.

Die lose an die unteren Schäfte 34 der Taststifte 12 koaxial angesetzten Stäbe 14 sind ebenfalls kreiszylindrisch und bestehen wie die Taststifte 12, die beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein können, au«, einem unmagnetischen, jedoch remanenzarm magneiisierbaren Material wie Weicheisen, das im wesentlichen einen remanenzfreien Ferromagnetismus zeigt. Jeder Stab 14 ist in dem kreiszylindrischen Hohlkern 36 einer Magnetspule geführt, die den ihm zugeordneten Elektromagneten 18 bildet und eine konzentrische Wicklung 38 aufweist, aus der die beiden Enden des Hohlkernes 36 herausragen. Wichtig ist. daß das obere oder vordere Ende 40 des Stabes 14 unter bzw. hinter dem oberen bzw. vorderen Pol 42 des Elektromagneten steht, und zwar unabhängig davon, welche axiale Stellung der Stab einnimmt. 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.

Jeder Sperrkörper 16 ist das um 90° abgebogene freie Ende eines metallischen Rohlings, dessen längerer gerader Abschnitt den zugehörigen Stab 14 bildet. Der Sperrkörper 16 beschreibt daher mit seiner gebogenen Längsachse einen Viertelkreis, dessen Enden tangential 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.
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

so bzw. 54. Es ist also jeder Anlageebene ein Pol zugeordnet. Der Sperrkörper 16 weist mit seinem freien Ende stets gegen den Permanentmagneten 22 und richtet sich abwechselnd auf dessen einen bzw. anderen Pol aus, wenn es selbst einen elektromagnetisch erzeugten Magnetpol bildet. Ist das nicht der Fall, bleibt das freie Ende auf den erreichten Pol des Permanentmagneten 22 ausgerichtet, weil es statisch angezogen wird.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausfuhrungsform ist folgende:

Ausgegangen sei von dem in der Zeichnung links gezeigten Zustand, in dem die Kuppe 28 des Taststiftes 12 hinter der Tastfläche 10 steht und dadurch die taktile Information NULL oder NEIN vermittelt. Außerdem steht der Sperrkörper 16 auf der unteren oder hinteren Anlagefläche 54 der Stufe 20, wobei sein freies Ende einem Pol des Permanentmagneten 22 dicht benachbart ist. Wenn die Wicklung 38 des Elektromagneten 18 nun einen Gleichstromimpuls erhält, der den unteren Pol 46

so beispielsweise zum Südpol macht, bildet sich au' Ί am freien Ende des Sperrkörpers 16 ein Südpol aus, der dem Südpol des Permanentmagneten 22 gegenübersteht Da sich gleichnamige Pole abstoßen, versuchen die magnetischen Kräfte den Sperrkörper 16 so zu schwenken, daß sich die benachbarten Pole voneinander entfernen. Das kann aber erst geschehen, nachdem der Gleichstromimpuls durch Hineinziehen des Stabes 14 in die Wicklung 38 des Elektromagneten 18 zu einem Hub 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 Schwenkbewegung nicht mehr verhindern kann. Am Ende der Schwenkbewegung steht der Südpol am freien Ende des Sperrkörpers 16 dem Nordpol des Permanentmagneten 22 gegenüber

b5 und die Aniageebene 52 unterstützt den Sperrkörper. Infolge des Hubes 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.

Zum »Löschen« des Taststiftes 12 erhält die Wicklung 38 des Elektromagneten 18 einen gegensinnigen Gleichstromimpuls, der den unteren Pol 46 des Elektromagneten zu einem Nordpol und dementsprechend das freie Ende des Sperrkörpers 16 zu einem jii'eichnamigen Pol macht, der vom Nordpol des Permanentmagneten 22 abgestoßen wird, so 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 unterstützt durch das Hinausstoßen des Stabes 14 aus der Wicklung 38 des Elektromagneten 18, welches von einer Feder oder einem Permanentmagneten bewirkt werden könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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 Oberragt, 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, wobei nach Patentanmeldung P 27 34 8863-53 der Elektromagnet einen von einer Magnetspule umschlossenen, unbeweglichen Hohlkern aufwebt, in dem ein den Taststift verlängernder, unmagnetischer Stab beweglich geführt ist, dessen dem Taststift abgewandetes Ende mit dem Sperrkörper zusammenwirkt; wobei an dem dem Taststift abgewandten, hinteren Pol des Elektromagneten ein Permanentmagnet angeordnet ist; und wobei der Sperrkörper um eine parallel zur Verschieberichtung verlaufende Achse schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der unmagnetische Stab (14) aus remanenzfreiem, magnetisierbarem Material besteht; daß der Sperrkörper (16) ii's dem gleichen Material besteht und einstückig an das dem hinteren Pol (46) des Elektromagneten (18) benachbarte Ende (44) des Stabes (14) angeformt ist; daß des Permanentmagnet (22) mit seiner die Verschieberichtung ungefähr senkrecht kreuzenden Polachse unbeweglich angeordnet ist; daß der Sperrkörper (16) einen gleichzeitig mit beiden Polen des Permanentmagneten (22) zusammenwirkenden Magnetpol bildet, der bei Erregung des Elektromagneten (18) ein Drehmoment erzeugt, das den Sperrkörper (16) in einer erregungsabhängigen Drehrichtung schwenkt; und daß die unwirksame Lage und die wirksame Lage des Magnetpols am Sperrkörper (16) durch zwei zu dessen Schwenkebene parallele, in Schwenkrichtung versetzte Anlageebenen (52,54) für den Sperrkörper (16) bestimmt sind, deren in Verschieberichtung gemessener Abstand so groß wie der Höhenunterschied zwischen der erhabenen Stellung des Taststifteü (12) und dessen Versenkstellung ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrkörper (16) ein um 90° abgebogenes freies Ende eines metallischen Rohlings vorgesehen ist, dessen längerer gerader Abschnitt den Stab (14) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anlageebenen (52, 54) die Hauptflächen einer Stufe (20) sind, die neben den Polen des Permanentmagneten (22) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polachse des Permanentmagneten ungefähr parallel zu einer durch die Stufe bestimmten Steigungslinie verläuft, die einem stetigen Übergang von der einen zur anderen Anlageebene (52 oder 54) entspricht.

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 VersenScstellung, 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

ίο 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 Ki*aft 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 vorgespannt*! Feder angreift, und dem Magnetfeld der ersten Magnetspule in die Verriegelungsstellung gezogen, in der der Rückweg in ihre Freigabestellung durch den nachgefolgten Kern der

ju 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. Sofohl für das Sätzen als auch für das Löschen muß also einer der beiden Kerne durch die von der zugeoniaeten 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 Verriegelungseinrichtung 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

so 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 (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 Permanentma gneten 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