DE3811406C2 - Vorrichtung zur Darstellung von Blindenschrift - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung von Blindenschrift, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art (EP 0 237 090 A1, US 4 633 121, US 4 664 632), mittels deren elektronisch gespeicherte oder generierte Daten in taktile Blindenschrift umgesetzt werden können, so daß z. B. ein blinder Benutzer mit einem Computer arbeiten kann, besteht der Trägerstreifen der Piezo-Biegestrei­ fen aus einem elastisch verformbaren Metall, beispielsweise Messing. Da diese Metalle eine wesentlich größere Wärmedehnung als das Piezo-Keramikmaterial haben, können zwischen dem Trägerstreifen und der mit ihm verklebten oder verlöteten Piezo-Keramikschicht erhebliche Spannungen auftreten. Diese verringern die Auslenkung und können zu einer Reduzierung der Lebensdauer führen, und zwar dadurch, daß infolge eines Risses im Keramikmaterial der Piezo-Biegestreifen ganz oder teilweise unwirksam wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere gegenüber Temperatureinflüssen, aber auch anderen, äußeren Störeinflüssen, unempfindlich ist. Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Ein faserverstärkter Kunststoff oder ein Quarzglas als Material für den Trägerstreifen, das in seiner Wärmedehnung dem Keramikmaterial angepaßt ist, vermeidet nicht nur Spannungen im Keramikmaterial, wodurch die Auslenkung keine Verminderung erfährt und Risse vermieden sowie vorhandene Risse so fein gehalten werden, daß sie nicht störend in Erscheinung treten, sondern vermeidet auch Spannungen in dem die Keramikschicht mit dem Trägerstreifen verbindenden Material, was zur Erzielung einer hohen Lebensdauer beiträgt. Die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes als Material für den Trägerstreifen ermöglicht ferner eine Verbindung des Trägerstreifens mit dem Keramikmaterial durch den Kunststoff des Trägerstrei­ fens, wodurch man eine vorzügliche und dauerhafte Verbindung zwischen der Keramikschicht und dem Trägerstreifen sowie dessen Fasermatrix erreicht. Da dank der Fasermatrix der aus faserverstärkten Kunststoff bestehende Trägerstreifen biege­ leicht ist, wird die mit der Keramikschicht erreichbare Auslenkung durch den Trägerstreifen nicht verringert.

Vorzugsweise ist der faserverstärkte Kunststoff mit Glasfasern oder Kohlefasern verstärkt.

Da weder glasfaserverstärkter Kunststoff noch Quarzglas elektrisch leitend sind, ist zwischen der Keramikschicht und dem Trägerstreifen eine elektrisch leitende Schicht als Elektrode erforderlich. Zu diesem Zwecke kann die Keramikschicht elektrisch leitend beschichtet sein. Man kann aber auch den Trägerstreifen elek­ trisch leitend beschichten.

Um unabhängig von der Einbaulage der Taststifte und auch dann, wenn Schmutzp­ artikel oder dgl. die Bewegbarkeit der Taststifte beeinträchtigen, diese zuverlässig von der tastbaren Stellung in die nicht tastbare Stellung zurückführen zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Taststift an das eine Ende des zugeord­ neten Trägerstreifens in einer eine zwangsläufige Bewegung ergebenden Weise angelenkt. Diese Anlenkung kann so ausgebildet sein, daß sich der Taststift längs einer geradlinigen Bahn bewegt, obwohl das taststiftseitige Ende des Piezo-Biege­ streifens dabei eine gekrümmte Bahn beschreibt. Beispielsweise kann der Taststift mit einer Nut oder Vertiefung versehen sein, in welche das taststiftseitige Ende des Trägerstreifens in den Bewegungsrichtungen des Taststiftes formschlüssig eingreift. Es kann aber auch beispielsweise die Randzone einer am taststiftseitigen Ende des Trägerstreifens vorgesehenen Aussparung in Eingriff mit der Nut des Taststiftes stehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform überragt der Trägerstreifen des Piezo- Biegestreifens, welcher so bemessen ist, daß er die auftretenden mechanischen Kräfte aufzunehmen vermag, die piezokeramische Schicht oder Schichten, die auf ihn aufgebracht sind, in Längsrichtung an beiden Enden, wobei die Dicke des Trägerstreifens beispielsweise bei einer Bimorph-Ausführung etwa in der Größen­ ordnung der Dicke der Keramikschicht liegt.

Eine Erhöhung der Tastkräfte und eine Vergrößerung der Funk­ tionssicherheit läßt sich mit einer Bügelfeder gemäß Anspruch 7 erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Piezo-Biege­ streifen gemäß Anspruch 8 zwischen zwei Schneidenpaaren ge­ lagert, wobei wenigstens eines dieser Paare gemäß Anspruch 9 ausgebildet sein kann.

Bei einem Bimorph-Streifen kann ein Bügelfederchen gemäß An­ spruch 10 die elektrische Verbindung der beiden Außenseiten der Keramikschicht untereinander und mit der elektrischen Zu­ leitung herstellen.

Die Tastfläche kann eine Form gemäß Anspruch 11 aufweisen. Ferner kann die eine ganze Braille-Zeile bildende Vorrichtung mit der Tastfläche nach unten gemäß Anspruch 12 angeordnet sein.

Vorteilhaft ist es weiterhin, eine elektrische Beschaltung gemäß Anspruch 13 vorzusehen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellen Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematisch und perspektivisch dargestellte Ansicht des Piezo-Biegestreifens eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 eines Piezo- Biegestreifens eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine schematisch dargestellte Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine schematisch und unvollständig dargestellte Seitenansicht einer Modifikation des ersten Aus­ führungsbeispiels,

Fig. 5 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit gekrümmter Tastfläche,

Fig. 6 eine perspektivisch dargestellte Ansicht einer Braille-Zeile mit Elementen entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine schematisch dargestellte Ansicht eines Ausfüh­ rungsbeispiels mit "Überkopf"-Einbau der Tastfläche und der Taststifte,

Fig. 8 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit einer Bügelfeder.

Als Aktuator für den Braille-Punkt wird ein Biege­ streifen 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 Längsrich­ tung die Keramikschicht an beiden Enden überragt. Ihre Dicke ist entsprechend den mechanischen Anforderun­ gen zu bemessen, beispielsweise ist sie bei einer Bi­ morph-Ausführung wie in Fig. 1 dargestellt etwa in der Dicken Größenordnung der Keramikschicht.

Als Tragermaterial wird vorzugsweise Messing, Fe­ derstahl oder Federbronce oder ein anderer geeigneter metallischer Werkstoff verwendet, da hiermit beispiels­ weise bei einem Parallel-Bimorph gleichzeitig vorteil­ haft die elektrische Kontaktierung erfolgen kann. Je­ doch kann für bestimmte Anwendungen auch die Ver­ wendung faserverstärkter Kunststoffe vorteilhaft sein (z. B. GFK- oder CFK-Werkstoffe, gegebenenfalls mit metallisierter Oberfläche), die eine optimale Anpassung des Temperaturverhaltens der unterschiedlichen Schichten erlauben würde.

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

In dem einen Ende der Tragerschicht wird nun in geeigneter Weise der Taststift (5) gelenkig gelagert. Bei­ spielsweise kann eine gabelförmige Aussparung (10a) im Streifenende vorgesehen werden, die in die zweck­ mäßig geformte Nut (7) des taktile n Stiftes (5) eingreift (Fig 3). Oder das glatte Streifenende (10b) kann in einen Schlitz (11) des Stiftes (5) eingreifen (Fig. 4). Der taktile Punkt folgt nun zwangsweise der Bewegung des Biege­ streifens, wenn dieser sich unter der aufgebrachten elek­ trischen Ladung verformt, und zwar sowohl aufwärts wie abwärts. Auch bei beispielsweise senkrechter Lage der Tastfläche (6) ist eine einwandfreie Funktion ge­ währleistet, sogar bei Überkopfeinbau der Tastfläche.
(Diese Gebrauchslage mag zwar zunächst verblüffen und ungewöhnlich erscheinen, bei sinnvoller Spiegelung der Schrift ist so aber ebensogut zu lesen, und es erge­ ben sich besonders hinsichtlich der Verschmutzungs­ probleme eine Reihe von Vorteilen.) (Fig. 7)

Das zweite überstehende Ende des Trägerstreifens (2) erlaubt nun eine vorteilhafte Einspannung des Biege­ streifens, bei der nicht nur die Arbeitsfähigkeit des Pie­ zomaterials optimal ausgenützt wird, sondern auch die bei der üblichen Klemmung zu beobachtenden Proble­ me mit Druckspitzen und daraus resultierender Bruch­ gefahr vermieden werden. Dazu wird das Kunststoffteil (8) so ausgeformt, daß die Schneidenlager (3) und (4) entstehen (Fig. 3), wobei zwischen den enger zusam­ menstehenden Schneiden (3) der mit Piezokeramik be­ schichtete Teil des Biegestreifens gelagert wird. So ent­ steht eine optimale Lagerung in eine Längsverschie­ bung 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 Mög­ lichkeit: bei selektiver Metallisierung der Schneiden (3) und (4) nur in den Berührungsbereichen können über die Schneiden (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 an­ dere Möglichkeit benutzt bei metallischem Trägermate­ rial ein Schweißverfahren zum Kontaktieren der Mittel­ elektrode und eine kleine Federklammer, die die beiden Außenflächen gleichzeitig miteinander und mit der zweiten elektrischen Zuleitung verbindet. Bei beiden Vorgehensweisen wird ein Löten und damit ein Wärme­ eintrag in die Piezokeramik vermieden, wodurch die Gefahr von Rißbildungen, Abplatzen von Keramikteil­ chen und Überschreiten des Curie Punktes des Materi­ als vermieden wird.

Eine Erhöhung der Tastkräfte und eine Vergroßerung der Funktionssicherheit läßt sich durch die in Fig. 8 an­ gegebene Losung erreichen. Zwischen das entspre­ chend geformte Ende des Biegestreifens und eine ge­ genüberliegende feste Schneide (25), die in das Gehause 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 wurden sich in einem labilen Zustand befinden. Wird nun durch An­ legen einer Spannung der Streifen nach oben gebogen, so entspannt sich die Feder (26) etwas und nimmt gleich­ zeitig eine stabile Lage ein, wobei sie den Biegestreifen unterstutzt. Wird nun durch Umpolen der Spannung der Streifen nach unten gebogen, so geht die Feder (26) durch ihren maximalen Spannungszustand und unter stutzt wiederum nach Überschreiten dieses Punktes den Biegestreifen, diesmal allerdings in die andere Richtung. Durch eine solche zusätzliche Feder werden wie bei einem Sprungschalter die beide Endlagen 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. Da zu ist eine längere, zuverlässige Funktionsdauer zu er warten, da mögliche Ermüdungserscheinungen der Pie­ zokeramik zumindest so lang ausgeglichen werden kön­ nen, 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 Fingerkuppe angenä­ hert sein soll. Dadurch wird es erleichtert, die insbeson­ dere beim Einsatz an Computers übliche und erforderli­ che 8-Punkt-Schrift zu lesen, da man alle 8 Punkte gleichzeitig unter dem Finger hat, während bei einer eben ausgeführten Tastfläche in aller Regel nur maximal 6 Punkte gleichzeitig 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 Ein­ zelpunkt 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 (10a) 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 En­ de des Trägerstreifens ist im Plastikrahmen (8) zwischen dem Schneidenpaar (4) gelagert, während das Schnei­ denpaar (3) den Biegestreifen im Bereich der Piezokera­ mik-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 Anschluß­ stecker leitend verbunden wird. Wird nun der Metall- Träger auf ein Null-Potential und die Schneiden (3) auf ein positives Potential gelegt, so wird eine Keramik­ schicht in ihrer Polarisationsrichtung aufgeladen und zieht sich zusammen, während die zweite Schicht entge­ gen ihrer Polarisation aufgeladen wird und sich dadurch etwas dreht. Da beide Schichten fest mit dem Träger­ streifen verbunden sind, der seine Länge nicht ändert, biegt sich der gesamte Streifen in Richtung der kontra­ hierenden Keramikschicht. Beim Umpolen der angeleg­ ten 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 (13)

1. Vorrichtung zur Darstellung von Blindenschrift mit einer der Anzahl der darstellbaren Braille-Punkte entsprechenden Anzahl von Piezo-Biegestreifen als Aktuatoren, die je einen Trägerstreifen aufweisen, der auf wenigstens einer Seite eine Keramikschicht trägt und wenigstens am einen Ende die Keramikschicht überragt dadurch gekenn-zeichnet, daß der Trägerstreifen (2) aus einem in seiner Wärmeausdehnung dem Keramikmaterial angepaßten, faserverstärkten Kunststoff oder aus Quarzglas besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoff mit Glasfasern oder Kohlefasern verstärkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstreifen (2) elektrisch leitend beschichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein längsverschiebbarer Taststift (5) an das eine Ende jedes Trägerstreifens (2) in einer eine zwangsläufige Bewegung des Taststiftes (5) zwischen seiner tastbaren Stellung und seiner nicht tastbaren Stellung ergebenden Weise angelenkt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (5) mit einer Nut oder Vertiefung (11) versehen ist, in welche das taststiftseitige Ende des Träger­ streifens (2) in den Bewegungsrichtungen des Taststiftes (5) formschlüssig eingreift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone einer am taststiftseitigen Ende des Trägerstreifens (2) vorgesehenen Aussparung (10a) in Eingriff mit der Nut (11) des Taststiftes (5) steht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bügelfeder (26) so zwischen eine feststehende Spitze (25) und das den Taststift (5) bewegende Ende des Trägerstreifens (2) eingespannt ist, daß sie den Piezo-Biege­ streifen (1, 2) beim Erreichen seiner jeweiligen Endlagen unterstützt wobei die Bügel­ feder (26) selbst beim Durchgang durch die Mittellage des Piezo-Biegestreifens (1, 2) ihre Maximalspannung erfährt, deren Wirkungsrichtung durch die Längsachse des Piezo- Biegestreifens (1, 2) geht, während nach Überschreiten dieser Mittellage eine Kraftkom­ ponente der Bügelfeder (26) in die Richtung des Piezo-Biegestreifens (1, 2) wirkt und diesen unterstützt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezo- Biegestreifen (1, 2) an seinem zweiten Ende zwischen zwei in einem Abstand zueinander stehenden Schneidenpaaren (3, 4) gelagert ist, wobei der Schneidenabstand des einen Schneidenpaares (3) der Gesamtdicke des Piezo-Biegestreifens (1, 2) und der Schneidenanstand des anderen Schneidenpaares (4) der Dicke des Trägerstreifens (2) entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das eine Schneidenpaar (3) elektrisch leitend beschichtet ist und zur elektrischen Kontaktierung dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bügelfederchen die beiden Außenseiten der Keramikschichten eines Bimorph-Streifens elektrisch leitend untereinander und mit einer elektrischen Zuleitung verbindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tastfläche (12) in ihrer Form quer zur Leserichtung an die Form der Fingerkuppe angepaßt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eine ganze Braille-Zeile bildenden Vorrichtungen mit der Tastfläche nach unten in ein unter eine Rechnertastatur passendes Gehäuse eingebaut sind.

13. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine elektrische Beschaltung im angehobenen Zustand der direkte Piezo- Effekt zur Erkennung der Position des über eine Reihe von Vorrichtungen gleitenden Lesefingers benutzt wird.