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Anordnung zur taktil erfaßbaren Darstellung von Schriftzeichen
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oder Zeichenfolgen in Blindenschrift nach dem Braille-Prinzip mittels
von Hand und/oder elektro-mechanisch gesteuerter FühlstifteO Datenverarbeitende
Geräte wie rechner, Speicher und dgl. sollen mitunter auch von Blinden bedient werden.
Solche Geräte sind dann mit speziellen Datenausgabeeinrichtungen versehen und zwar
erscheinen die Daten oder Informationen in Blinden-Punktschrift auf Schriftfelder,
die der Blinde mit den Fingern abtastet. Dazu wird eine Schriftzeichenfolge relieffartig
dargestellt. Ein einzelnes Zeichen besteht nach dem allgemein üblichen Braille-System
aus 6 oder 8 Punkten. Das sind halbkugelige Erhöhungen. von etwa einem Millimeter
Durchmesser und gut 1/2 Millimeter Höhe, die innerhalb eines kleinen Feldes von
beispielsweise 10x6 mm oder 15x6 mm einem bestimmten Platz zugeordnet sind. Die
Anordnung der Plätze entspricht bei 6-Punkte-System der "6" auf einem Spielwürfel,
mit jeweils drei Plätzen übereinander, zwei nebeneirander. Beim 8-Punkte-System
liegen vier Plätze übereinander, zwei nebeneinander. Die Plätze sind je nach der
Bedeutung des Zeichens mit Punkten belegt oder frei, sodaß eine Schriftzeile eine
Abfolge der verschiedensten Belegungsmuster darstellt.
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Die bisher ausgeführten Geräte bieten Schriftfelder mit meistens
nur einer, selten mit zwei oder mehreren nicht allzu langen Schriftzeilen. Die Länge
kann z.B. 20 Schriftzeichen betragen. Rechnen wir das Schriftzeichen zu 8 Punkten,
so ergeben sich für eine solche Zeile 160 Punktplätze. Jeder Platz ist nun mit einer
Einrichtung versehen, die einen Punkt auf einen elektrischen Steuerbefehl hin erscheinen
oder verschwinden läßt. Wir nennen diese hier den Punkten geber. Er bewirkt, daß
auf den Steuerbefehl hin der Kopf eines dünnen Stiftes über der Fläche des Schriftfeldes
erscheint und stehen bleibt. Ein weiterer, anders gearteter Steuerbefehl läßt den
Stiftkopf wieder verschwinden. Stiftdurchmesser und Hub liegen in der Größenordnung
eines Millimeters. Wegen der großen Anzahl von Punktgebern, die für ein Schriftfeld
erforderlich sind, muß der einzelne Geber die folgenden Bedingungen erfüllen: Kleines
Aufbauvolumen, niedriger Leistungsbedarf,- und niedriger Preis0 Nach dem Stand der
Technik werden die Bewegungen des Stiftes
eines Punktgebers meistens
elektromagnetisch gesteuert, daneben sind auch Antriebe mit piezokeramischen Biegestreifen
bekannt geworden. Im ersteren Fall hebt ein kleiner Llektromanet den Fühlstift des
Gebers, sei es direkt oder über ein kleines Hebewerk, und der gehobene Stift wird
durch einen elektromagnetisch betätigten Riegel in seiner Lage blockiert. Zum Löschen
des "Punktes" wird die Blockierung, wiederum elektromagnetisch, aufgehoben, und
der Fühlstift kehrt in seine Ruhelage zurück. Im Fall der Steuerung durch piezokeramische
Biegestreifen werden die elektromagnetisch erzeugten Kräfte durch entsnrechende
Biegekr-ifte mehrschichtiger kerawischer Streifen ersetzt.
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Allen diesen bisher bekannt gewordenen Antrieben ist eicgen,-daß
sie den genannten Forderungen hinsichtlich Volumen, Leistungsbedarf und Preis nicht
oder nur teilweise genügen. Es ist deshalb nach dem stand der Technik auch nicht
möglich, mit vertretbarem Aufwand große Schriftfelder, z.B. ganze Schriftseiten
DIN A4, zu realisieren.
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Gegenstand dieser Erfindung ist eine Ausführung und Anordnung von
Punktgebern, bzw. der ihnen eigenen Stiftelemente und zugeordneten Antriebe, derart,
taß gleichzeitig ein geringes Bauvolumen, geringe elektrische Leistunrsaufnahme
und niedriger Preis gewährleistet sind. Damit tonnen erstmals auch grobe Schriftfelder
mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand aufeebut werden.
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Nach dem Erfindungsgedanken bestehen die Punktgeber eines Schriftfeldes
aus je einem Fühlstift, hier "Stiftelement" genannt, das senkrecht zur Ebene des
Schriftfeldes beweglich, verschiebbar gelagert ist. In der Ruhestellung schließt
der Kopf des Stiftelementes mit der Ober fliehe des Schriftfeldes ab, in Arbeitsstellung
überragt er die Flache um ca. einen Millimeter. Alle Punktplätze eines Schriftfeldes
sind mit je einem solchen Stifelement besetzt.
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Der Antrieb, also das Heben der Stiftelemente wird durch eine hydraulisch
oder pneumatisch betätigte Membran bewirkt. Der dazu benötigte Druck wird entweder
mechanisch durch eine von Hand betriebene Drucktaste erzeugt,- dies iat besonders
für Kleirgeräte wie Taschenrechner vorteilhaft-, oder elektromechanisch durch eine
Membranpumpe oder dgl. Es werden gleichzeitig alle Stiftelemente durch eine einzige
hydraulische oder pneumatische Einrichtung angehoben.
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Zur Darstellen der gewünschten Schriftzeichenmuster werden die dazu
benötigten Stiftelemente in ihrer Arbeitslage durch piezokeramische Biegestreifen
blockiert, die übrigen kehren nach Fortfall des Antriebes in ihre ruhelage zurück.
Die Biegestreifen sind Teil eines Kamm-ähnlichen piezokeramischen Bauelementes,
das eine große Zahl von Stiftelementen gleichzeitig bedient und nach Art einer gedruckten
Schaltung ausgeführt ist. Es dürfte möglich sein, ca. 40 Stiftelemente durch ein
einziges piezokeramisches Bauelement bedienen zu lassen.
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Die Mehrfachausnützung der piezoker-3mischen Bauelemente und die
Gemeinsamkeit eines einzigen hydraulischen oder pneumatischen Antriebes ermögliches
es, die Forderung nach geringem Volumen, Leistungsbedarf und Preis zu erfüllen.
Damit ist auch der Aufbau großer Schriftfelder technisch und wirtschaftlich vorteilhaft
möglich0 Der Erfindun-sgedanke wird im folgenden anhand von Bildern näher erläutert.
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Bild 1 zeigt ein Stiftelement 1.Es ist leichtgängig verschiebbar
in der Deckplatte 2, deren Oberfläche das Schriftfeld bildet, und in der Grundplatte
3. Beide Platten sind im Gehäuse 4 zueinander lanparallel befestigt. Das Stifelement
1 wird durch die Druckfeder 5 mit geringem Druck in seiner Ruhestellung, wie gezeichnet,
gehalten. Dabei liegt die Kopffl-iche des Stiftelementes 1 in der oberen Ebene der
Deckplatte 2, also des Schriftfeldes.
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Das Anheben des Stiftelementes wird nach Bild 1 und Bild 2 hydraulisch
bewirkt. Bild 1 zeigt die Ruhelage des hydraulischen Antriebs. Er besteht aus einem
geschlossenen Behälter 6, der mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt ist und dessen obere
Deckfläche 8 durch eine elastische Membran gebildet wird. Dieser Membran 8 steht
die untere Stirnflache des Stiftelementes 1 in der Ruhestellung in geringem Abstand
oder gerade leicht berührend gegenüber. Soll das Stiftelement angehoben werden,
so wird durch Niederdrücken der Drucktaste 9 die Membran 8 deformiert und zwar am
Ort der Drucktaste nach unten gedrückt. Den Gesetzen der Hydraulik folgend macht
die Fläche der Membran außerhalb des Wirkungsbereiches der Drucktaste eine Aufw,rtsbewegung
und hebt damit das Stiftelement bis in seine Arbeitslage an. Dies zeigt Bild 2.
Beim Loslassen der Drucktaste 9 kehrt diese durch den Druck der Feder 10 in ihre
Kuhelage zurück, ebenso die Membran 9 der hydraulischen Einrichtung0
Wenn
nicht zwischenzeitlich das Stiftelement 1 in einer noch zu zeigenden Weise blockiert
wurde, kehrt auch dieses in die Ruhelage zurück.
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Die Drucktaste betätigt außer der hydraulischen Einrichtung einen
elektrischen Kontakt oder Kontaktsatz,1S, der-lektrische Stuervorgänge auslösen
kann.
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Neben dem Stiftelement 1 ist stehend der piezokeramische Riegestreifen
12 in der Grundplatte 3 befestigt. Seine metallischen Belege sind leitend mit den
Klemmen 13 und 14 verbunden. Ist keine Spannung zwischen diesen Klemmen vorhanden,
steht der Biegestreifen wie in Bild 1 Fall A gezeichnet senkrecht in seiner Ruhelage,
ohne das Stiftelement zu berühren. Bei Anlegen einer Gleichspannung geeigneter Größe
und Polrichtung verbiegt sich der Biegestreifen 12 in Richtung des Stiftelementes.
ist nun das Stiftelement durch die hydraulische Vorrichtung bis zu seinem oberen
Anschlag angehoben, so nimmt der Biegestreifen 12 seine gekrümmte Arbeitslage ein
(Bild 1, Fall B). Er hindert damit das Stiftelement, bei Fortfall der anhebenden
Kraft in seine Ruhelage zurückzukehren. Die Kop£-fiache dz Stiftelementes erhebt
sich nun deutlich über die Ober fläche der Deckplatte 2, und ragt damit in das Schriftfeld
hinein.
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Erst wenn die Gleichspannung zwischen den Klemmen 13,14 auf Null reduziert
wird, kehrt der Biegestreifen in seine Ruhelage zurück, gibt das Stiftelement frei,
und dieses kann durch die Druckfeder 5 in seine Ruhelage zurückversetzt werden.
Die Funktion des Biegestreifens besteht also im Blockieren oder Freigeben der Bewegung
des Stiftelementes. Dabei wird weder in der Ruhestellung noch in der Arbeitsstellung
elektrische Energie verbraucht.
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Erfindungsgemäß ist der Biege streifen Teil eines größeren piezokeramischen
Bauelementes, das eine Vielzahl dieser Streifen zu einem größeren, umfassenden Bauteil
vereinigt. Bild 3 zeigt das Prinzip.
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Die eigentlichen Biegestreifen 1,1 ; 1,2 etc. sind angeordnet wie
die Zinken auf einem Kamm, dessen Rücken die Leiste 2 bildet.
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Der ganze Kamm ist ein einziges piezokeramisches Bauelement, auf der
einen Seite, im Bild die Rückseite, dick metallisch plattiert, 3, auf der anderen
Seite mit aufgedampften dünnen, metallischen, flächigen Belegen und Leiterbahnen
versehen,4, Wird an eine der Leiterbahnen die Steuerspannung angelegt, so verbiegt
sich die zugehörige Zinke des Kammes, wie in Bild 3-1,3 dargestellt, und bewirkt
die
oben beschriebene Blockierung des ihr zugeordneten Stiftelementes.
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Im allgemeinen wird es vorteilhaft sein, die Lücken zwischen den
Zinken wesentlich zu reduzieren, sodaß eine Anordnung nach Bild 4 entsteht.
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Ein solcher piezoelektrischer Kamm kann von einer Schriftzeile jeweils
nur eine Punktzeile bedienen. Bei einer Schriftzeile von beispielsweise 20 Zeichen
wäre das eine Punktzeile von 40 Punkten.
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Zur Bildung einer Schreiftzeile wären danach drei bis vier "Kämme"
nötig, die parallel zueinander angeordnet wären. Durch weitere parallele Anordnungen
lassen sich größere Schriftfelder bilden.
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Das Beispiel nach Bild 1-3 erläutert den Erfindungsgedanken, ohne
ihn auf die gezeigte Ausführungsform zu beschränken. Viele Abwandlungen im einzelnen
sind denkbar. Wie schon gesagt, können hydraulische oder pneumatische Antriebe verwandt
werden, solche, die Von Hand oder elektromechanisch betrieben werden. Die Arbeits-und
Ruhelage der Stiftelemente kann vertauscht werden, sodaß sie sich in ihrer Ruhelage
im angehobenen Zustand befinden und durch den Antrieb abgesenkt werden. Das piezokeramische
Bauelement zur Verriegelung der Stiftelemente kann die Form eines Kammes haben oder
die Form eines durchgehenden Streifens, der nur Kamm-artig metallisiert ist, sofern
das piezokeramische Material nur ausreichend elastisch ist. Der elektrisch gesteuerte
Biegeeffekt kann in verschiedener Weise realisiert sein, durch Metall/Keramik- Beschichtungen
oder Keramik/Keramk-Schichten oder sonstige Mehrfachbeschichtung, wie es der Stand
der Technik auf diesem Gebiet ermöglicht. Ja es kann nach dem Erfindungsgedanken
im Prinzip jegliche piezoelektrische Verformung für die Blockierung der Stiftelemente
benutzt werden, sofern das piezoelektrische Element gleichzeitig eine große Anzahl
von Stiftelementen bedient. So sind z.B.
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Lochstreifen denkbar, deren Bohrungen sich piezoelektrisch so verformen,
daß die durch sie hindurchgeführten Stiftelemente blockiert bzw. freigegeben werden.
Ein solcher Lochstreifen würde diegleiche Funktion wie die zuvor beschriebenen Kämme
ausüben. Anstelle eines Lochstreifens kann auch eine einzige Lochplatte in der Größe
des Schriftfeldes verwandt werden.