DE4233524A1 - Vorrichtung zum bistabilen Setzen und Halten von Taststiften - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum bistabilen Setzen und Halten von Taststiften oder Taststiftensembles zur taktilen Darstellung von Infor­ mationen mit mehreren, jeweils einen Kern aus weichmag­ netischem Material aufweisenden, axial beweglichen Taststiften und Permanentmagneten, sowie jeweils eine den Kern aus weichmagnetischem Material konzentrisch Umgebende in beide Stromrichtungen polbare, elektrische Magnetspule.

Es sind derartige Vorrichtungen bekannt (DE OS 28 45 436), die mit Hilfe von Federn und Dauermagneten die bistabilen Stellungen des Taststiftes ohne mechanische Verriegelungen realisieren. Insbesondere ist eine Vorrichtung bekannt (DE 30 42 390 C2), bei der der Taststift durch eine vorgespannte Feder in die gesetzte Stellung gedrückt und durch die Feder dort elastisch rückdrückbar gehalten wird. Das Absenken des Taststiftes in die nicht gesetzte Stellung erfolgt durch eine, den Eisenkern des Taststiftes und den unterhalb des Eisenkerns angeordneten Dauermagneten konzentrisch umgebende, polbare elektrische Magnetspule. Bei Erregung der elektrischen Magnetspule wird der Dauermagnet in die Sättigung gebracht und gleichzeitig der Eisenkern des Taststiftes bis zum Anspringen an den gesättigten Dauermagneten in die elektrische Magnetspule hineingezogen. Der Taststift wird nach dem Abschalten der Erregung der elektrischen Magnetspule durch die Haftung des Eisenkerns an dem Dauermagneten gehalten. Bei einer weiteren Erregung der elektrischen Magnetspule durch einen elektrischen Impuls, dessen Stromrichtung entgegengesetzt zu der des ersten Impulses ist, wird der den Eisenkern haltende Dauermagnet soweit entmagnetisiert, daß die Federkraft die magnetische Haltekraft des Dauermagneten übersteigt und der Taststift durch die Feder in die gesetzte Stellung geschoben wird.

Die bekannten Lösungen erfordern eine hohe Anzahl von Bauteilen und Funktionsschritten, die den Aufwand für das Herstellen und die Zuverlässigkeit für die Funktion ungünstig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit einfachem Aufbau und einer geringen Anzahl mechanischer Bauteile ein Ensemble von Taststiften in bilokale Zustände setzen und halten kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Permanentmagnete, die jeweils axial miteinander fluchtende Bohrungen aufweisen, in denen der Taststift axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Länge des aus weichmagnetischem Material bestehenden Kerns des Taststiftes in etwa gleich dem Abstand der Potentialmulden der beiden Permanentmagnete ist und mittig zwischen den Permanentmagneten, die den Kern aus weichmagnetischem Material konzentrisch umgebende, in beide Stromrichtungen polbare, elektrische Magnetspule in einem Eisentopf angeordnet ist. Diese Magnetspule erzeugt kurzzeitig ein Magnetfeld, welches die Permanentfelder überlagert.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Taststifte sowohl in der gesetzten als auch in der gehaltenen Stellung allein durch magnetische Selbsthaltung axial federnd stabil gehalten werden. Dabei ist es nicht erforderlich, andere, insbesondere mechanische, Bauelemente zum Verriegeln, Setzen oder Halten des Taststiftes einzusetzen, so daß kleine Bauhöhen der Vorrichtung realisiert werden können.

Durch weitgehende Separierung der Permanent- und Elektromagnetfelder und Einsatz eines Permanentmagnetwerkstoffes mit hoher Koerzivität wird eine hohe Dauerstandfähigkeit und damit auch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit erreicht.

Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die obere Permanentmagnetplatte in Längsrichtung des Taststiftes gepolt ist und die Polung der unteren Permanent­ magnetplatte entgegengesetzt zur Polung der oberen Permanentmagnetplatte verläuft. Durch eine derartige Polung der Permanentmagnetplatten werden die Magnetfelder so geordnet, daß für die Schaltung des Taststiftes in die jeweilige Endstellung günstige Kräfteverhältnisse entstehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung begrenzt ein Anschlag den Weg des Taststiftes in der jeweiligen axialen Richtung bevor der Schwerpunkt des Kräfteangriffes am weichmagnetischen Kern des Taststiftes das Minimum der Potentialmulde des jeweiligen Permanentmagneten erreicht, wobei die Potentialmulde des Permanentmagneten größer ist als die Länge des aus der Anzeigeebene hervorstehende Teil des Taststiftes. Mit dieser Ausgestaltung wird erreicht, daß die Taststifte in der jeweiligen Endstellung in einem gewünschten Vorspannungszustand stehen und eine axiale Auslenkung des Taststiftes um die Länge seines Hervorstehens aus der oberen Permanentmagnetplatte zu keiner Änderung des stabilen Zustandes des Taststiftes führt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß bei Taststiftensembles die beiden Permanentmagnete als Permanentmagnetplatten ausgebildet sind und die obere Permanentmagnetplatte gleichzeitig Anzeigeebene ist. Dadurch ist es möglich, die Vielzahl der bei Taststiftensembles erforderlichen Permanentmagnete zu einem Bauteil zusammenzufassen und entsprechend der vorgesehenen Stiftanordnungen zu bearbeiten, wobei auf ein zusätzliches Anzeigetableau verzichtet werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die mechanische Führung des Taststiftes im Bereich der elektrischen Magnetspule angeordnet ist, wodurch die Gefahr der Verschmutzung der Führung vermindert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine jeweils mit mehreren Bohrungen versehene obere Permanentmagnetplatte 1 und eine untere Permanentmagnetplatte 2 in einem Abstand zueinander angeordnet. Die obere Permanentmagnetplatte 1 dient gleichzeitig als Anzeigeebene. Die Permanent­ magnetplatten 1,2 bestehen aus einem anisotropen dauermagnetischen Werkstoff. In den miteinander fluchtenden Bohrungen ist der Taststift 3,4 axial verschiebbar angeordnet. Der Taststift besteht aus einen weichmagnetischen Kern 3 und an den Enden des Taststiftes angeordneten Stiftköpfen 4. Der weichmagnetische Kern 3 ist in seiner Länge auf optimale Funktion eingestellt, ist im Beispiel so lang wie der Mittenabstand der beiden Permanentmagnetplatten 1, 2 und besteht aus niederkoerzitivem hochpermeablem und hochinduktivem Material.

Mittig zwischen den Permanentmagnetplatten 1, 2 ist die den weichmagnetischen Kern 3 des Taststiftes konzentrisch umgebende elektrische Magnetspule 5 angeordnet. Zur Vermeidung der Entmagnetisierung der Permanentmagnetplatten 1, 2 durch elektromagnetische Einflüsse ist die elektrische Magnetspule 5 in einem Eisentopf 6 aus hochpermeablen, niederkoerzitiven Material hoher Sättigung.

Die mechanische Führung 7 der Taststifte befindet sich zur Verminderung grober Verschmutzung im Bereich der elektrischen Magnetspule 5. In dem Ausführungsbeispiel ist die mechanische Führung 7 gleichzeitig als Anschlag ausgebildet, der im Zusammenwirken mit den Stiftköpfen 4 die axiale Bewegung des Tastiftes begrenzt.

In der gesetzten Stellung des Taststiftes steht der obere Stiftkopf 4 aus der Anzeigeebene hervor und kann so ertastet werden. Die Remanenzinduktion der oberen Permanentmagnetplatte 1 ist in Abstimmung mit der Länge des weichmagnetischen Kernes 3 und der Lage des An­ schlages 4, 7 so gewählt, daß der obere Stiftkopf 4 beim Tasten einerseits einen hinreichend fühlbaren Widerstand bietet, andererseits federnd in der hervorstehenden Länge dem Tastdruck nachgeben kann, ohne daß ein Umspringen des Taststiftes 3, 4 in die untere stabile Endstellung erfolgt. Ein Umschalten des Taststiftes 3, 4 in die jeweils andere stabile Endstellung erfolgt durch gepoltes kurzzeitiges Einschalten der elektrischen Magnetspule 5. Durch die Anordnung der Permanentmagnetplatten 1, 2 und die mit dieser Anordnung abgestimmte Länge des weichmagnetischen Kernes 3 des Taststiftes 3, 4, wird im Zusammenwirken mit der polbaren elektrischen Magnetspule 5 durch eine gezielte Überlagerung der einzelnen Magnetfelder ein Anzug des weichmagnetischen Kerns 3 des Taststiftes 3, 4 aus jeder der beiden stabilen Endstellungen des Taststiftes 3, 4 erreicht.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum bistabilen Setzen und Halten von Taststiften oder Taststiftensembles zur taktilen Darstellung von Informationen mit mehreren jeweils einen Kern aus weichmagnetischen Material aufweisen­ den axial beweglichen Taststiften und Permanentmagneten sowie jeweils den Kern aus weichmagnetischem Material konzentrisch umgebenden, in beiden Stromrichtungen polbare, elektrische Magnetspulen, gekennzeichnet durch zwei in einem Ab­ stand zueinander angeordnete Permanentmagnete (1, 2) die jeweils axial miteinander fluchtende Bohrungen aufweisen, in denen der Taststift (3, 4) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Länge des aus weichmagnetischem Material bestehenden Kerns (3) des Taststiftes in etwa gleich dem Abstand der Potentialmulden der beiden Permanentmagnete (1, 2) ist und mittig zwischen den Permanentmagneten (1, 2), die den Kern (3) aus weichmagnetischem Material konzentrisch umgebende, in beiden Stromrichtungen polbare elektrische Magnetspule (5) in einem Eisentopf (6) angeordnet ist, die kurzzeitig ein Magnetfeld erzeugt, welches die Permanentmagnet­ felder überlagert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die obere Permanentmagnetplatte (1) in Längsrichtung des Taststiftes (3, 4) gepolt ist und die Polung der unteren Permanentmagnetplatte (2) entgegengesetzt zur Polung der oberen Permanent­ magnetplatte (1) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Anschlag (4, 7) den Weg des Taststiftes (3, 4) in der jeweiligen axialen Richtung begrenzt, bevor der Schwerpunkt des Kräfteangriffes am weichmagnetischen Kern (3) des Taststiftes (3, 4) das Minimum der Potentialmulde des jeweiligen Permanentmagneten (1) erreicht und daß die Potentialmulde des Permanentmagneten (1) größer ist als die Länge des aus der Anzeigeebene hervor­ stehenden Stiftkopfes (4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Taststiftensembles die beiden Permanentmagnete (1, 2) als Permanentmagnetplatten ausgebildet sind und die obere Permanentmagnetplatte (1) gleichzeitig eine Anzeigeebene ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mechanische Führung (7) des Taststiftes (3, 4) im Bereich der elektrischen Magnetspule (5) angeordnet ist.