DE3811406A1 - Vorrichtung zur darstellung von blindenschrift - Google Patents

Description

Auf dem Markt für Blindenhilfsmittel sind verschiedene Vorrichtungen verfügbar, die elektronisch gespeicherte oder generierte Daten in taktile Blindenschrift umsetzen können, so daß z. B. ein blinder Benutzer mit einem Computer arbeiten kann.

Neben elektromagnetischen Vorrichtungen sind auch verschiedene Vorrichtungen bekannt, die den indirekten Piezoeffekt zur Umsetzung des elektrischen Signals in die mechanische Bewegung eines Braille-Punktes ausnützen. Bei diesen wird die Form eines Bimorph-Biegestreifens benutzt, der aus zwei verklebten oder verlöteten Piezo-Keramikschichten aufgebaut ist. Den bekannten Lösungen ist das Problem gemein, daß die Stifte, die die Braille-Punkte bilden, nur lose auf die Enden der Keramikstreifen aufgestellt sind, so daß als Rückstellkraft für den taktilen Punkt vom angehobenen (tastbaren) Zustand in den abgesenkten (nicht tastbaren) Zustand nur die Schwerkraft benutzt werden kann. Bei Abwei­ chungen der Gebrauchslage (z. B. schräge Arbeitsfläche) oder auch durch kleinste Schmutzpartikel wird das freie Zurückfallen in die abgesenkte Position behindert. Erst durch die zusätzliche Kraft des lesenden Fingers z. B. werden dann die Punkte zuverlässig abgesenkt, wodurch für den blinden Benutzer ein "Schatten"- Eindruck entsteht, der insbesondere beim schnellen Lesen stört.

Zur Behebung dieser Problematik wird folgende Lösung vorgeschlagen:

Als Aktuator für den Braille-Punkt wird ein Biegestreifen verwendet, der aus einer Trägerschicht (2) und einer oder mehreren piezokeramischen Schichten (1) aufgebaut ist. Die Trägerschicht ist dabei so bemessen, daß sie nicht nur elektrische, sondern auch mechanische Aufgaben übernehmen kann und daß sie in Längsrichtung die Keramikschicht an beiden Enden überragt. Ihre Dicke ist entsprechend den mechanischen Anforderungen zu bemessen, beispielsweise ist sie bei einer Bimorph-Ausführung wie in Fig. 1 dargestellt etwa in der Dicken- Größenordnung der Keramikschicht.

Als Trägermaterial wird vorzugsweise Messing, Federstahl oder Federbronce oder ein anderer geeigneter metallischer Werkstoff verwendet, da hiermit beispielsweise bei einem Parallel-Bimorph gleichzeitig vorteilhaft die elektrische Kontaktierung erfolgen kann. Jedoch kann für bestimmte Anwen­ dungen auch die Verwendung faserverstärkter Kunststoffe vorteilhaft sein (z. B. GFK- oder CFK-Werkstoffe, gegebenenfalls mit metallisierter Ober­ fläche), die eine optimale Anpassung des Temperaturverhaltens der unter­ schiedlichen Schichten erlauben würde.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Biegestreifen auch als Heteromorph- Element ausgeführt werden, mit nur einseitiger Keramikschicht auf dem Trägermaterial.

In dem einen Ende der Trägerschicht wird nun in geeigneter Weise der Tast­ stift (5) gelenkig gelagert. Beispielsweise kann eine gabelförmige Aussparung (10 a) im Streifenende vorgesehen werden, die in die zweckmäßig geformte Nut (7) des taktilen Stiftes (5) eingreift (Fig. 3). Oder das glatte Strei­ fenende (10 b) kann in einen Schlitz (11) des Stiftes (5) eingreifen (Fig. 4). Der taktile Punkt folgt nun zwangsweise der Bewegung des Biegestreifens, wenn dieser sich unter der aufgebrachten elektrischen Ladung verformt, und zwar sowohl aufwärts wie abwärts. Auch bei beispielsweise senkrechter Lage der Tastfläche (6) ist eine einwandfreie Funktion gewährleistet, sogar bei Überkopfeinbau der Tastfläche. (Diese Gebrauchslage mag zwar zunächst ver­ blüffen und ungewöhnlich erscheinen, bei sinnvoller Spiegelung der Schrift ist so aber ebensogut zu lesen, und es ergeben sich besonders hinsichtlich der Verschmutzungsprobleme eine Reihe von Vorteilen.) (Fig. 7)

Das zweite überstehende Ende des Trägerstreifens (2) erlaubt nun eine vorteil­ hafte Einspannung des Biegestreifens, bei der nicht nur die Arbeitsfähigkeit des Piezomaterials optimal ausgenützt wird, sondern auch die bei der üblichen Klemmung zu beobachtenden Probleme mit Druckspitzen und daraus resultierender Bruchgefahr vermieden werden. Dazu wird das Kunststoffteil (8) so ausgeformt, daß die Schneidenlager (3) und (4) entstehen (Fig. 3), wobei zwischen den enger zusammenstehenden Schneiden (3) der mit Piezokeramik beschichtete Teil des Biegestreifens gelagert wird. So entsteht eine optimale Lagerung in eine Längsverschiebung zulassenden Drehgelenken, wobei sich durch den Abstand (a) zwischen den Schneidenpaaren (3) und (4) die Federrate des Biegestreifens optimal einstellen läßt.

Für die Kontaktierung des Biegestreifens bietet die vorerwähnte Lagerung ebenfalls eine vorteilhafte Möglichkeit: bei selektiver Metallisierung der Schneiden (3) und (4) nur in den Berührungsbereichen können über die Schnei­ den (3) gleich die Außenflächen, über die Schneiden (4) der Mittelkontakt elektrisch kontaktiert werden. Im Kunststoffteil (8) lassen sich dann leicht die Verbindungen zum Anschlußstecker herstellen. Eine andere Möglichkeit be­ nutzt bei metallischem Trägermaterial ein Schweißverfahren zum Kontaktieren der Mittelektrode und eine kleine Federklammer, die die beiden Außenflächen gleichzeitig miteinander und mit der zweiten elektrischen Zuleitung verbin­ det. Bei beiden Vorgehensweisen wird ein Löten und damit ein Wärmeeintrag in die Piezokeramik vermieden, wodurch die Gefähr von Rißbildungen, Ab­ platzen von Keramikteilchen und Überschreiten des Curie-Punktes des Materials vermieden wird.

Eine Erhöhung der Tastkräfte und eine Vergrößerung der Funktionssicherheit läßt sich durch die in Fig. 8 angegebene Lösung erreichen: Zwischen das entsprechend geformte Ende des Biegestreifens und eine gegenüberliegende feste Schneide (25), die in das Gehäuse eingeformt sein kann, wird eine kleine Biegefeder (26) eingespannt. Im stromlosen Zustand, wenn also der Streifen in seiner Mittellage steht, wäre diese Feder maximal gespannt, die beiden Biegefedern würden sich in einem labilen Zustand befinden. Wird nun durch Anlegen einer Spannung der Streifen nach oben gebogen, so entspannt sich die Feder (26) etwas und nimmt gleichzeitig eine stabile Lage ein, wo­ bei sie den Biegestreifen unterstützt. Wird nun durch Umpolen der Spannung der Streifen nach unten gebogen, so geht die Feder (26) durch ihren maximalen Spannungszustand und unterstützt wiederum nach Überschreiten dieses Punktes den Biegestreifen, diesmal allerdings in die andere Richtung. Durch eine solche zusätzliche Feder werden wie bei einem Sprungschalter die beiden End­ lagen eindeutiger definiert und zuverlässiger erreicht. Bei entsprechender Auslegung der beiden Federraten kann z. B. erreicht werden, daß die zuletzt eingeschriebene Information auch nach Abschalten der Spannung erhalten bleibt. Dazu ist eine längere, zuverlässige Funktionsdauer zu erwarten, da mögliche Ermüdungserscheinungen der Piezokeramik zumindest so lang ausgeglichen wer­ den können, wie der Streifen noch über seine Mittellage hinaus Bewegungen mit ausreichender Kraft ausführen kann.

In einer Variante soll die Tastfläche (12) (Fig. 5, Fig. 6) zylinderförmig gewölbt ausgeführt werden, wobei der Zylinderradius dem Radius der Finger­ kuppe angenähert sein soll. Dadurch wird es erleichtert, die insbesondere beim Einsatz an Computern übliche und erforderliche 8-Punkt-Schrift zu le­ sen, da man alle 8 Punkte gleichzeitig unter dem Finger hat, während bei einer eben ausgeführten Tastfläche in aller Regel nur maximal 6 Punkte gleich­ zeitig erfaßt werden können und für die übrigen beiden Punkte eine senkrecht zur Leserichtung auszuführende zusätzliche Fingerbewegung notwendig ist.

Eine beispielhafte Lösung sei anhand von Fig. 2 bis 5 beschrieben (die Beschreibung kann sich auf einen Einzelpunkt beschränken, die Ausführung in einer 2×4-Punkt-Anordnung ist dann trivial).

Auf einen Trägerstreifen (2), der beispielsweise aus Messingblech gefertigt ist, werden zwei Schichten aus Piezokeramik (1) so aufgeklebt oder gelötet, daß die eine Schicht mit ihrem Pluspol, die andere mit ihrem Minuspol auf dem Streifen aufliegt (Parallelbimorph). Am einen Ende der Trägerschicht ist eine Aussparung (10 a) angebracht, die in eine Nut (7) des Taststiftes (5) eingreift. Der Taststift (5) ist im Plastik-Rahmen (8) so geführt, daß er in seiner abgesenkten Position unter der Tastfläche (6) liegt, während er die Fläche (6) in seiner angehobenen Position fühlbar überragt. Das zweite Ende des Trägerstreifens ist im Plastikrahmen (8) zwischen dem Schneidenpaar (4) gelagert, während das Schneidenpaar (3) den Biegestreifen im Bereich der Piezokeramik-Fläche hält. Die Oberfläche der Schneiden (3) ist galvanisch metallisiert und zum (nicht gezeichneten) Anschlußstecker der Vorrichtung leitend verbunden. An das Ende des Metall-Trägers (2) ist das Kontaktdräht­ chen (9) angeschweißt, das ebenfalls mit dem Anschlußstecker leitend verbun­ den wird. Wird nun der Metall-Träger auf ein Null-Potential und die Schneiden (3) auf ein positives Potential gelegt, so wird eine Keramikschicht in ihrer Polarisationsrichtung aufgeladen und zieht sich zusammen, während die zweite Schicht entgegen ihrer Polarisation aufgeladen wird und sich dadurch etwas deht. Da beide Schichten fest mit dem Trägerstreifen verbunden sind, der seine Länge nicht ändert, biegt sich der gesamte Streifen in Richtung der kontra­ hierenden Keramikschicht. Beim Umpolen der angelegten Spannung werden die Keramikschichten umgeladen und die Bewegungsrichtung wird umgekehrt. Ist eine Feder (26) in die Vorrichtung eingebaut, so schnappt sie jeweils beim Nulldurchgang in eine andere stabile Lage und unterstützt die Kraftwirkung des Piezostreifens.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Darstellung von Blindenschrift, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktuator für den Braille-Punkt ein Piezo-Biegestreifen mit einer für die Übernahme mechanischer Aufgaben wie Lastaufnahme geeigneten Träger­ schicht verwendet wird, die an einem oder beiden Enden die Keramikschicht oder -schichten überragt und für mechanische Aufgaben ausreichend dick aus­ geführt ist.

2. Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Ende der Träger­ schicht eine Aussparung eingebracht ist, die in eine Nut des Taststiftes eingreift und auf diesen Kräfte in mindestens zwei Richtungen übertragen kann, so daß der Taststift zwangsweise der Bewegung des Biegestreifens folgt, unabhängig von der Wirkungsrichtung der Schwerkraft.

3. Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Taststift eine Nut oder Vertiefung eingebracht ist, in die das entsprechend geformte oder glatte Ende des Trägerstreifens eingreift und Kräfte in zwei Richtungen übertragen kann.

4. Vorrichtung nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bügel­ feder so zwischen eine feststehende Spitze und das den Taststift bewegende Ende des Trägerstreifens eingespannt ist, daß sie den Piezo-Biegestreifen beim Erreichen seiner jeweiligen Endlagen unterstützt, wobei die Bügelfeder selbst beim Durchgang durch die Mittellage des Piezostreifens ihre Maximal­ spannung erfährt, deren Wirkungsrichtung durch die Längsachse des Piezostrei­ fens geht, während nach Überschreiten dieses Punktes eine Kraftkomponente der Bügelfeder in Biegerichtung des Piezostreifens wirkt und diesen unter­ stützt.

5. Vorrichtung nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift an den Trägerstreifen angelenkt ist, so daß er in jeder beliebigen Lage zuver­ lassig funktioniert, auch bei "Überkopf"-Einbau.

6. Vorrichtung nach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstreifen aus einem geeigneten metallischen Werkstoff hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger­ streifen aus einem in seiner Wärmedehnung dem Keramikmaterial angepaßten faserverstärkten Kunststoff, aus Quarzglas oder aus einem anderen nicht elektrisch leitenden Werkstoff besteht.

8. Vorrichtung nach 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtleitende Träger­ streifen elektrisch leitend beschichtet ist.

9. Vorrichtung nach 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastfläche in ihrer Form quer zur Leserichtung an die Form der Fingerkuppe angepaßt ist.

10. Vorrichtung nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezo-Biege­ streifen an seinem zweiten Ende zwischen zwei in einem Abstand zueinander stehenden Schneidenpaaren gelagert ist, wobei ein Schneidenpaar der Gesamt­ dicke des Streifens, das zweite der Dicke der Trägerschicht entspricht.

11. Vorrichtung nach 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schnei­ denpaar elektrisch leitend beschichtet ist und zur elektrischen Kontaktierung dient.

12. Vorrichtung nach 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bügelfederchen die beiden Außenseiten der Piezoschichten eines Bimorphstreifens elektrisch lei­ tend untereinander und mit der elektrischen Zuleitung verbindet.

13. Vorrichtung nach 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die eine ganze Braille-Zeile bildenden Vorrichtungen mit der Tastfläche nach unten in ein unter die Rechnertastatur passendes Gehäuse eingebaut wird und so optimal gegen Verschmutzung geschützt wird.

14. Vorrichtung nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zweckmäßige elektrische Beschaltung im angehobenen Zustand der direkte Piezo­ effekt zur Erkennung der Position des über eine Reihe von Vorrichtungen glei­ tenden Lesefingers benutzt wird.