DE3044599A1 - Anordnung von elektromagnetisch bewegten stiften zurdarstellung von abtastbaren informationen, insbesondere von braille-schriftzeichen - Google Patents

Description

• "Anordnung von elektromagnetisch bewegten Stiften zur Dar-
• stellung von abtaetbaren Infor ationen, insbesondere von Braille Schriftzeichen" Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach des Oberbegriff des Hauptanspruches.
• Bekanntlich lassen sich Braille-Schriftzeichen durch sechs, je drei in zwei Reihen, in einer Fläche angeordneten Stifte darstellen, inden je nach dem darstellenden Zeichen ein oder mehrere Stifte mit Hilfe geeigneter Effekte in die Tastebene angehoben werden.
• Bei Ausnutzung vom Piezo- bzw. Magnetostrikti onseffekt wird das Anheben der Stifte durch Vibration bewirkt. Nachteilig hierbei ist die während der gesamten Dauer der Zeichendarstellung erforderliche Energiezufuhr, der kostenintensive Einsatz spezieller Werkstoffe sowie der Unterschied zur ueblichen gedruckten Braille-Schrift. Daher werden bei einen anderen bekannten Verfahren weichgnetische Stifte, die iit einer Rückstellfeder versehen sind, mittels stroidurchflossener Spulen induktiv in die Tastebene angehoben und ergeben so, je nachden welche der Spulen durchflossen ist, die einzelnen darzustellenden Braille-Zeichen.
• Nachteilig ist auch bei dieser Anordnung, daß für die Dauer der Darstellung der Schriftzeichen der Stromfluß durch die Spulen aufrechterhalten werden muß, so daß ein hoher Energieverbrauch die Folge ist. Damit ist die Anordnung für tragbare batteriegespeiste Geräte nicht einsetzbar.
• Diesen Nachteil beseitigt eine andere Anordnung dadurch, daß eine mechanische Verriegelung den Stift in der angeoberen Lage hält. Das Rücksetzen des Stiftes hat dann durch lösen der mechanischen Verriegeluhg zu erfolgen.
• Inzwischen sind verschiedene Ausführungsformen von Ver-und Entriegelungsvorrichtungen bekannt. Durch solche Vorrichtungen ist zwar der Stromverbrauch erheblich reduziert worden. In Kauf zu nehmen sind aber die unständliche elektrische Ansteuerung und die aufwendige und teure Verriegelung60echanik, die wegen der geringen Abmessungen einer derartigen Anordnung in Betrieb zu Störungen neigt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Darstellung von Braille-Schriftzeichen zu schaffen, bei der ein oder mehrere Stifte durch einen kurzzeitigen Stromfluß durch die entsprechenden Spulen von einer Endlage in die andere Endlage und zurück gesetzt wird, ohne daß eine mechanische Verriegelung zum Halten des Stiftes in der jeweiligen Endlage oder eine Rückstellfeder notwendig ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgeiäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausbildungen der erfindung sind den Unteranspruchen zu entnehmen.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der optimalen Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, die zu- Setzen der Stifte von einer Endlage in die andere notwendig ist. Der Energieaufwand ist dabei gering und die Ansteuerspannung niedrig, so daß Batteriebetrieb nöglich wird. Eine hbhe Setzfrequens ist auch ii Multiplexbetrieb Möglich Der durch Magnetkräfte in der gesetzten Lage gehaltene Stift ermöglicht ein angenehmes und schnelles Lesen, da der Stift der Krafteinwirkung bei Lesen federnd nachgibt, aber nicht in der Tastebene verschwindet. Schließlich ist eine hohe Lebenadauer und große Zuverlässigkeit der Anordnung gegeben, da nur ein einziges mechanisch bewegliches Teil mit gleitender Reibung vorhanden ist.
• In den Figuren 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch einen aus mehreren zylinderförmigen Abschnitten zusammengesetzten Stift, Figur 2 einen Halbschnitt durch einen Spulenkörper Mit Spulen und Figur 3 einen Schnitt durch eine bevorzugte Anordnung Mit Stiften in je einer Endlage.
• Im Beispiel nach Figur 1 besitzt der Stift 1 mehrere fur den Setzvorgang maßgebliche Polabschnitte 2, 3...m, mit alternierender Polarität, die aus weichmagnetischem oder nichtmagnetisierbarem Material beitehen. Zwischen den Polabschnitten befinden sich zylinderförmige Permanentmagnete 4, 5...n, die jeweils Mit gleichnamigen Polen du radiale Feld der Polabschnitte erzeugen. AM unteren Ende des Stiftes 5 befindet sich ein Permanentmagnet 6, der das Magnetfeld zur Selbsthaltung des Stiftes in der unteren Endlage erzeugt sowie ein Kungststoffzylinder 10. AM oberen Ende der Stifte befinden sich ein zusätzlicher Polabschnitt 7 Mit des dazugehörigen Permanentmagneten 8, der du Magnetfeld zur Selbsthaltung und die Rückstellkraft des Stiftes in der oberen Endlage erzeugt, sowie ein Kunststoffzylinder 9, der als Tastkuppe Ausgebildet ist. Die Seitenflächen 11, 12 des oberen und unteren Kunststoffzylinders 9, 10 dienen als Gleitlager fur den Stift. Ans diese. Grunde ist der Durchmesser der Kunststoffzylinder gerindfügig größer als der der übrigen Abschnitte des Stifte und du Material der Zylinder Mit den Gleitpartner (Spulenkörper) nach tribologischen Gesichtspunkten optiMiert.
• Figur 2 zeigt einen für die Aufnahme eines Stiftes nach Figur 1 vorgesehenen Spulenkörper 13 in Halb schnitt.
• Der Halb schnitt zeigt auf der rechten Seite die abgestufte Zylinderkontur, die der Bohrung in einer Weicheisenkörper (Figur 3) enspricht. Auf der linken Seite ist die Setzspule sichtbar, die aus einer der Anzahl r der Polabschnitte des Stiftes 1 entsprechenden Anzahl von Teilspulen 14, 15 ...o besteht,die mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität angesteuert werden. Die Lange der Teilspuleh 14, 15. .o entspricht der Lunge der Polabschnitte 2, 3",- und des Hub des Stiftes.
• Die Gleitfläche für den Stift liegt iM Bereich ober- und unterhalb der Teilespulen auf der Innenseite 16 des Spulenkörpers. Der Hub des Stiftes wird mechanisch begrenzt in der oberen Endlage durch über den Spuleukörper ragende Teile des Weicheisenkörpers (Figur 3) und in der unteren Endlage durch Verringerung 13b des Innendurchmessers des Spulen.
• körpers 13. Im unteren Teil des Spulenkörpers sind Kontaktfinger 17 fur die Stroizufuhrung der Spulen integriort. In einer anderen Ausführungsform kann der Spulenkörper aus einzelnen Segmenten 13a, b, c bestehen, die die dann als freitragende Spulen 14, 15...0 ausgebildeten Teilspulen in der Bohrung des Weicheisenkörpera positionieren.
• Figur 3 zeigt eine bevorzugte Anordnung. Hierbei besitzt der Stift 18 nur einen für den Setzvorgang maßgeblichen Polabschnitt 19 und entsprechend der Spulenkörper 20 nur eine Spule g1. Der Mitgezeichnete ein Modul daretellende Weicheisenkörper 22 enthält dreimal die zwei gezeigten stufenförmig abgesetzten Bohrungen, die den Spulenkörper aufnehmen. Das deckelförmige Teil 25 des Weicheisenkörpers überragt den Spulenkörper und läßt nur die Tastbuppe 24 durch eine Bohrung 25 hindurchtreten, wie der gesetzte Zustand des rechten Stiftes zeigt.
• Der linke Teil zeigt den Stift 18 in der unteren Endlage.
• In dieser Lage wird der Stift durch die magnetische Haltekraft des Permanentmagneten 26 gegenüber dem Weicheisenkörper 22, die wegen des konischen Verlaufs der Bohrung 27 in dieser Position ein stabiles MaxiMuM erreicht, gegen Stoß und Erschütterung sicher gehalten.
• Wird die Setzspule 21 von einen Stromimpuls durchflossen, derart, daß der Strom auf der linken Seite (-) in die Zeichenebene hinein und auf der rechten Seite (+) au dieser herausfließt, so wirkt ein nach oben gerichteter achsialer fraftstoß auf den Stift 18, der die ebep beschriebene Haltekraft überwindet und ihn zur oberen Endlage hin beschleunigt.
• In der oberen Endlage ragt die Tastkuppe deutlich über die Tastebene hinaus, die von einer nicht mitgezeichneten Folie gebildet wird, welche alle Module einer Zeile oder eine Seite gemeinsam abdeckt. Durch Variation der Foliendicke kann erreicht werden, daß die Tastkuppe in einer Höhe von 0,3 bis 0,7 mm Uber die Tastebene hinausrqt.
• In dieser Lag. wird der Stift 18 durch zwei Kräfte gehalten, das radiale Feld des Polabschnittes 28 und das magnetische Feld des Permanentmagneten 29 gegenüber dem deckelförmigen Teil 23 des Weicheisenkörpers 22. Durch diese Feldgeometrie wird nach de Prinzip der minimalen Fsidenergie .in. den Herunterdrücken des Stiftes entgegengerichtete Rückstellkraft erzeugt, solange ein Teil des Polabachnittes 28 dem Bohrabsatz 30 des Weicheisenkörpers getenübersteht.
• Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Laser den Eindruck ron federnd gelagerten Tastkuppen erhält. Die Tastkuppen geben bei eines bestimmten Tastdruck nach und zeigen bis zur völligen Hineindriicken in die Tastebene einen nahezu konstanten Gegendruck. Nath Wegfall des Tastdruckes kehren die Tastkuppen in ihre ursprüngliche Lage zurück. Auch kommen die Tastkuppen in die Endlage, wenn während des Setzvorganges die Stifte 18 heruntergedrückt bleiben. Werden die Setzspulen 21 von einem in der Polarität dci oben beschriebenen entgegengesetzten Strominpuls durchflossen, so wird in entsprechender Weise der Stift 18 in die untere Endlage zurückgesetzt.
• Die Kontaktfinger 31 - 34 der sechs funktionellen Einheiten eines Moduls und ton einem Modul zum anderen stehen in Abstand der Platinenraster-Norm zueinander, eo daß die Module ohne Zusatzmaßnahmen direkt auf Schaltungs-Platinen zu Zeilen oder Seiten gesteckt werden können.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung weist aufgrund des einfachen mechanischen Aufbaus eine hohe Zuverlässigkeit auf, ist wegen des geringen Stromverbrauches und der niedrigen Ansteuerspannung zur Batteriebetrieb geeignet, läßt sich aufgrund der genormten Abmessungen als Steckeinheit auf Platinen einsetzen und gibt nicht zuletzt dem Benutzer den angenehmen Eindruck federnder Tastschrift beim Lesen.

Claims (13)

1. Patentasprüche Anordnung von elektromagnetisch bewegten Stiften zur Darstellung von abtutbaren Informationen, insbesondere von Braille-Schrift@ sichen, die aus mehreren gleicharttigen funktionellen Einheiten besteht, welche zu eine. Modul vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (18) die jeweils in einer Bohrung eines du Modul daretellenden Weicheisenkörpers (22) in achsialer Richtung beweglich gleitend gelagert sind, in bestimmten Abschnitten entlang der Stiftachse ein radiales Magnetfeld besitzen, das die Wicklungen einer den Stift umgebenden Spule (21), die ebenfalls in die Bohrung des Weicheisenkörpers eingepaßt ist, senkrecht durchflutet, so daß eine Kraft in achsialer Richtung auf den Stift entsteht, wenn ein Strompuls durch die Spule (21) fließt, und daß die Stifte (18) am oberen und unteren Ende Magnetfelder besitzen, die in den Bohrungen des Weicheisenkörpers (22) zu definierten Baltekrätten fuhren, die die Stifte in der oberen und unteren Endlage halten bzw. in diesen Endlagen eine uagnetische Rückstellkraft bei Zwangsbewegung der Stifte erzeugen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte aus einen homogenen anisotropen Magnetit terial bestehen, in den lateral auf des Unfang zwei oder mehr Magnetpole aufflagnetisiert sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte aus mehreren zflinderföruigen Abschnitten unterschiedlichen Materials zusammengesetzt sind, wsbei mindestens zwei dieser Abschnitte nit Abstand voneinander angeordnete Dauermagnete entgegengesetzter Polarität sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte zwischen den Dauersagneten des Stiftes aus weichaagnetisches Material bestehen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte zwischen den Dauermagneten des Stiftes aus nichtmagnetisierbarem Material bestehen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus einer der Anzahl der Polabschnitte des Stiftes entsprechenden Anzahl von Teilspulen besteht, die mit abwechselnd entgegengesetzter Durchflutung betrieben werden.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule von einen Spulenkörper aufgenommen wird, der zentrisch in die Bohrung des Weicheisenkörpers eingepaßt ist und als Gleitlager für den Stift dient.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule als freittagende Spule in der Bohrung des Weicheisenkörpiers zentriert wird.
9. 9. Anordnung nabh Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Stiftes in der Bohrung in die Endabschnitte verlegt ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Endabechnitte des Stiftes hinsichtlich der Reibwerte nit den Gleitpartner in der Bohrung optimiert ist.
11. 11. Anordnung nah Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrungen im Weicheisenkörper zu beiden Seiten hin verjüngen.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen zusätzlichen Polabschnitt Ii Stift eine Selbsthaltung in der Bohrung über eine längere Wegstrecke gewährleistet ist.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthaltung des Stiftes durch Einsetzen von ringförmigen Dauermagneten in die Bohrung des Weicheisenkörpers ober- und unterhalb der Spule gewährleistet ist.