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Die Erfindung betrifft ein Anzeigeelement für ein taktiles Display gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Displays werden verwendet, um für Blinde Texte in Braille-Schrift darzustellen oder Grafiken auszugeben.
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Senkrecht zu einer Display-Ebene verstellbare Anzeigestifte, die zwischen einer hinter einer Platte des Displays eingefahrene Ruhestellung und einer über diese Platte überstehenden Arbeitsplatte verlagerbar sind, dienen dazu, taktil erfassbar Information darzustellen.
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Die Bewegung der Anzeigestifte erfolgt durch kleine steuerbare Motoren, z. B. Elektromagnete, insbesondere aber auch durch Piezoaktoren, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Geometrie ändern. Typischerweise sind derartige Piezoaktoren Laminatstrukturen, welche sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung krümmen. Die Schwenkbewegung des freien Endes des Biegeaktors wird dann über ein Bewegungsumsetzgetriebe in eine Bewegung umgesetzt, die parallel zur Führungsrichtung des Anzeigestiftes verläuft.
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Bei den bekannten Aktoren muss der Arbeitszustand des Anzeigestiftes durch Aufrechterhaltung der Betriebsspannung am Aktor gehalten werden.
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Für taktile Anzeigen, bei denen gleichbleibende Information über längere Zeit dargestellt werden soll, wäre es vorteilhaft, wenn man den Anzeigezustand des Displays einfrieren könnte, ohne dass hierzu ständig Energie benötigt wird.
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Durch die Erfindung wird ein Anzeigeelement für ein taktiles Display geschaffen, bei welchem der Anzeigestift ohne Zufuhr von Energie in seiner Arbeitsstellung gehalten wird.
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Hierzu ist erfindungsgemäß in der Kraftübertragungseinrichtung, welches sich zwischen Anzeigestift und Aktor befindet, eine Raststellung vorgesehen.
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Unter einer Raststellung soll hier allgemein eine Stellung verstanden werden, zu deren Verlassen Energie aufgewendet werden muss.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Ein Keilflächengetriebe, wie es im Anspruch 2 angegeben ist, besorgt eine gewünschte Bewegungsumlenkung von der Aktor-Arbeitsrichtung in die Führungsrichtung des Anzeigestiftes bei sehr kompakten Abmessungen. In diesem sowieso schon kompakten Umlenkgetriebe kann gemäß Anspruch 2 auch die Raststellung mit integriert werden, indem man eine Endfläche des Abtriebsteiles des Aktors so ausbildet, dass sie mit der Endfläche des Antriebsstiftes eine rastbare Verriegelung bildet. Bei einem Anzeigeelement gemäß Anspruch 2 steht die Endfläche des Abtriebsteiles des Aktors in der Arbeitsstellung unter der Endfläche des Anzeigestiftes, und die ganze Kinematik ist so getroffen, dass jede Bewegung des Antriebsstiftes aus der Arbeitsstellung heraus nicht ohne Energiezufuhr zum Aktor erfolgen kann.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist einerseits eine Rastwirkung sichergestellt, andererseits ist gewährleistet, dass sich die Kraft, die zum Bewegen des Abtriebsteiles des Aktors in die Raststellung und aus dieser heraus benötigt wird, ohne Sprünge ändert.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf das Kleinhalten von Reibung in der Rasteinrichtung von Vorteil.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 dient dem Zweck, die Reibung zwischen der Keilfläche des Aktor-Abtriebsteiles und der Keilfläche des Anzeigestiftes klein zu halten. Auch können sich so die beiden Keilflächen geringfügig gegeneinander verkippen, was die Verwendung von Aktoren ermöglicht, die sich bei Anlegung einer Spannung biegen.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im Hinblick auf ein einfaches Montieren der Anzeigestifte von Vorteil, da diese in zwei unterschiedlichen Stellungen gleichermaßen mit dem Abtriebsteil des Aktors zusammenarbeiten können.
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Bei den typischen Braille-Anwendungsfällen liegt das Display auf einer ebenen Unterlage. Man kann dann für die Rückstellung der Anzeigestifte in ihre Ruhestellung auf die Schwerkraft vertrauen. Bei anderen Anwendungen, bei denen das Display zur Horizontalen geneigt oder vertikal ausgerichtet verwendet wird, kann man gemäß Anspruch 7 eine Rückstellfeder für den Anzeigestift im Anzeigeelement unterbringen, ohne dass hierdurch dessen Abmessungen nennenswert erhöht würden.
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Aktoren, wie sie im Anspruch 8 angegeben sind, zeichnen sich durch Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aus. Sie sind auch elektrisch gut anzusteuern.
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Bei einem Anzeigeelement gemäß Anspruch 9 sind die Anzeigestifte unverlierbar in der Führung angeordnet.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 gestattet es, die Stellung eines Anzeigeelementes auch optisch zu erkennen. Das Display kann somit sowohl taktil als auch optisch Information darstellen.
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Dabei ist der optisch erkennbare Unterschied zwischen Arbeitsstellung und Ruhestellung des Anzeigestiftes bei einerm Anzeieglement gemäß Anspruch 11 besonders gut.
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Den gleichen Vorteil erhält man auch bei einem Anzeigeelement gemäß Anspruch 12.
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Für das gute Arbeiten eines taktilen Displays unter geringem Energieeinsatz ist es notwendig, dass die Anzeigestifte weitgehend reibungslos in ihren Führungen verlagerbar sind, zugleich aber auch die Gefahr eines Verkantens ausgeschlossen ist. Dies wird ermöglicht durch die Anordnung der Anzeigestifte in ihren Führungen in enger Spielpassung. Typischerweise kann das Spiel zwischen der Außenfläche des Anzeigestiftes und der Innenfläche der Führung etwa 0,1 mm betragen. Bei derart kleinen Führungsspalten besteht die Gefahr, dass eindringende Verunreinigungen das ordnungsgemäße Arbeiten des Anzeigeelementes stören. Bei einem Anzeigeelement gemäß Anspruch 13 wird verhindert, dass Verunreinigungen in die Führungsspalte für die Anzeigestifte gelangen. Durch eine gut flexible Schutzfolie wird dabei die taktile Erfassung der Stellung der Anzeigestifte nicht behindert.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird erreicht, dass die Bewegungen benachbarter Anzeigestifte nicht über die Schutzfolie mechanisch gekoppelt sind. Diese Ausbildung der Schutzfolie stellt auch sicher, dass die zum Umstellen der Anzeigestifte benötigten Kräfte klein bleiben.
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Bei einem Anzeigelement gemäß Anspruch 15 ist gewährleistet, dass der Aktor nicht beschädigt werden kann, wenn auf den Anzeigestift eine große Kraft ausgeübt wird, z. B. dadurch, dass ein schwerer Gegenstand auf das Anzeigeelement fällt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines taktilen Displays;
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2: einen vertikalen Schnitt durch das obere Ende eines taktilen Anzeigeelementes, wie es im Display nach 1 verwendet wird, wobei ein Anzeigestift in einer zurückgefahrenen Ruhestellung wiedergegeben ist;
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3: eine ähnliche Ansicht wie 2, in welche jedoch der Anzeigestift einer überstehenden Arbeitsstellung wiedergegeben ist;
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4: eine ähnliche Ansicht wie die 3, wobei eine abgewandelte Geometrie des Keilflächengetriebe zwischen Aktor-Abtriebsteil und Anzeigestift wiedergegeben ist;
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5: eine schematische Aufsicht auf einen Piezoaktor des Anzeigeelementes; und
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6: eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Platine, auf welcher Piezoaktoren für eine Reihe von Anzeigestiften angeordnet sind.
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1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes taktiles Display, welches eine obere Endplatte 12 aufweist. Die obere Endplatte 12 trägt vier quadratische Lochplatten 14, die jeweils in 16 Zeilen und Spalten angeordnete Durchgangsöffnungen 16 aufweisen, welche Anzeigeabschnitte an Anzeigestiften 18 im engen Spiel aufnehmen. Über der oberen Endplatte 12 ist eine Schutzfolie 20 vorgesehen, welche die Lochplatten 14 überdeckt. Die Schutzfolie 10 liegt lose über den Lochplatten 14, so dass sich die Anzeigestifte 18 aus den Durchgangsöffnungen 16 heraus bewegen können, ohne die Schutzfolie 20 zu spannen.
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Die Anzeigestifte 18 werden durch Aktoren in den Durchgangsöffnungen 16 bewegt, die später noch genauer beschrieben werden. Die einzelnen Aktoren sitzen auf Karten 22, die im Abstand der Durchgangsöffnungen 16 angeordnet sind und mit ihren unteren Rändern in Abstandshalter 24 eingreifen.
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Der genauere Aufbau eines solchen Displays bezüglich der Anordnung der Aktoren auf den Karten und der Anordnung der Karten kann der
DE 10 2007 022056 A1 entnommen werden, auf die diesbezüglich verwiesen wird.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist die obere Endplatte 12 eine Struktur, welche eine obere opake Führungsplatte 26 und eine untere transparente Führungsplatte 28 umfasst. Die Führungsplatte 26 kann in Abwandlung auch die Lochplatte 14 darstellen, und die Führungsplatte 28 die Endplatte 12 darstellen.
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Entsprechend umfasst eine Durchgangsöffnung 16 eine Führungsbohrung 30 in der oberen Führungsplatte 26 und eine Führungsbohrung 32 in der unteren Führungsplatte 28.
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Wie aus 2 ersichtlich, umfasst ein Anzeigestift 18 einen oberen Anzeigeabschnitt 34, welcher die Form eines zylindrischen Zapfens mit halbkugelförmiger Endfläche hat. Der Anzeigeabschnitt 34 ist von einem radial größer bauenden Basisabschnitt 36 getragen, der an seinem unteren Ende mit einer kegelstumpfförmigen Keilfläche 38 versehen ist. Am unteren Ende der Keilfläche 38 verbleibt eine transversale Stützfläche 40.
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Die Durchmesser der Führungsbohrungen 30, 32 sind so gewählt, dass in ihnen der Anzeigeabschnitt 34 bzw. der Basisabschnitt 36 im engen Spiel (jeweils etwa 0,1 mm) Aufnahme findet.
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Auf diese Weise kann der Anzeigestift 18 nicht nach oben aus der Endplatte 12 herausbewegt werden oder herausfallen.
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Die beiden Führungsplatten 26, 28 sind durch Distanzringe 42 beabstandet, welche auch durch angespritzte Ringwulste gebildet sein können. Der Durchmesser ihrer Öffnung 44 entspricht dem der Führungsbohrungen 30.
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Zum Bewegen des Antriebsstiftes 18 zwischen der in 2 gezeigten Ruhestellung und der in 3 gezeigten Arbeitsstellung dient ein insgesamt mit 46 bezeichneter piezoelektrischer Aktor. Dieser hat einen oberen Antriebsabschnitt 48, der an seinem in der Zeichnung oberen linken Ende mit einer Keilfläche 50 versehen ist, deren Neigung zur Keilfläche 38 passt.
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Wird der Antriebsabschnitt 48 des Aktors 46 in 2 nach links bewegt, so wird der Antriebsstift 18 durch Zusammenarbeiten der beiden Keilflächen 38, 50 nach oben bewegt. Dies erfolgt so lange, bis das Ende der Keilfläche 50 die Stützfläche 40 erreicht, worauf dann eine obere horizontale Stützfläche 52 des Abtriebsabschnittes 48 unter die Stützfläche 40 am unteren Ende des Antriebsstiftes 18 geschoben wird.
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In dieser Stellung ist dann der Antriebsstift 18 vertikal verriegelt, und zwar auch dann, wenn die Arbeitsspannung vom piezoelektrischen Aktor 46 weggenommen wird.
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In der Praxis erzeugt ein Biegeaktor keine exakt horizontale Abtriebsbewegung, vielmehr biegt sich der Aktor bei Anlegen einer Spannung, so dass der Antriebsabschnitt 48 verschwenkt wird. Entsprechend dem Verschwenkwinkel des Abtriebsabschnittes 48 des Aktors 46 ist dann die Stützfläche 52 am Ende des Abtriebsabschnittes 48 etwas im Uhrzeigersinne um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse zu drehen so dass die Stützfläche 52 auch bei etwas schräg zur Achse des Anzeigestiftes 18 verlaufender Achse des Abtriebsabschnittes 48 flächig an der Stützfläche 40 des Anzeigestiftes 18 anliegt.
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Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Anzeigeelement kann man zugleich auch eine visuelle Darstellung von Information realisieren. Hierzu wird in die transparente Führungsplatte 28 aus einer Lichtquelle 54 oder mehreren Lichtquellen, die beim Rande der Führungsplatte 28 vorgesehen sind, Licht eingekoppelt.
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Der Anzeigeabschnitt 34 des Anzeigestiftes 18 ist aus transparentem Material hergestellt, z. B. Acrylglas. Der Basisabschnitt 36 kann aus opakem Material hergestellt sein, aber auch aus transparentem Material hergestellt sein, wobei dann die Mantelfläche durch eine lichtundurchlässige Schicht abgedeckt wird, z. B. eine Farbschicht oder eine aufgedampfte Metallschicht.
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Steht dann der Anzeigestift 18 in seiner Ruhestellung, so gelangt das in der Führungsplatte 28 laufende Licht in den Anzeigeabschnitt 34 und kann von dort von einem Beobachter wahrgenommen werden. Steht dagegen der Basisabschnitt 36 in der Führungsplatte 28, ist diese Lichtzufuhr unterbrochen und das entsprechende Anzeigeelement erscheint dunkel.
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Man erhält so eine Darstellung von Information als dunkle Muster auf hellem Hintergrund.
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Sieht man auf dem Umfangsfläche des Anzeigabschnittes 34 eine opake Schicht vor und lässt die halbkugelförmige Endfläche des Anzeigeabschnittes 34 von dieser Schicht ebenso frei wie die Außenfläche des Basisabschnittes 36, so erscheint der Anzeigestift 18 in seiner Arbeitsstellung hell und in seiner Ruhestellung dunkel. Die Informationsmuster erscheinen somit hell vor dunklem Hintergrund.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 ähnelt weitgehend demjenigen nach den 2 und 3. Entsprechende Komponenten sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und brauchen nicht nochmals detailliert erläutert zu werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 4 ist zum einen die Stützfläche 40, die am unteren Ende des Anzeigestiftes 18 liegt, konkav zylindrisch ausgebildet. Entsprechend ist auch die Stützfläche 52, welche am oberen Ende des Antriebsabschnittes 48 liegt, konvex teilzylindrisch geformt, wobei der Krümmungsradius dieser Stützfläche kleiner ist als der der Sützfläche 40, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Auf diese Weise erhält man einen linienhaften Kontakt zwischen den beiden Stützflächen 40 und 52, also eine Rastwirkung bei geringer Gleitreibung.
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Die Keilfläche 50 des Antriebsabschnittes 48 ist ballig mit großem Krümmungsdurchmesser ausgestaltet. Dies erlaubt ein Verkippen des Antriebsabschnittes 48 bezüglich der Keilfläche 38 und ein Wandern der Keilfläche 50 auf der Keilfläche 38 bei linienhaftem Kontakt, also geringer Gleitreibung.
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In 4 ist auch der Antriebsabschnitt 48 aus der Achse des Anzeigestiftes 18 gekippt dargestellt, wie dies bei einem Biegeaktor typischerweise der Fall ist.
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4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 auch dadurch, dass zwischen der Schulter, die am Übergang zwischen dem Anzeigeabschnitt 34 und dem Basisabschnitt 36 liegt, und der Unterseite des Distanzringes 42 eine leichte Schraubendruckfeder 56 angeordnet ist, durch welche der Anzeigestift 18 in die eingefahrene Stellung vorgespannt ist. Wenn der Antriebsabschnitt 48 von der Achse des Anzeigestiftes 18 weggeschwenkt ist, wird somit der Anzeigestift 18 auch dann in seine in 4 unten liegende Ruhelage zurückgestellt, wenn das Anzeigeelement unter Einsatzbedingungen vertikal steht oder gar hängend angeordnet ist.
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Schließlich ist in 4 noch eine Abwandlung der Schutzfolie 20 wiedergegeben, bei welcher für jede der Durchgangsöffnungen 16 in die Folie eine Ausstülpung 58 eingeformt ist, die den Anzeigestift 18 in seiner Arbeitsstellung unter Abstand umgibt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Anzeigestift 18 sich unter der Schutzfolie 20 im Wesentlichen frei bewegen kann, ohne diese spannen zu müssen. Das Ertasten der Stellung des Anzeigestiftes 18 wird durch die Schutzfolie 20 nicht nennenswert beeinflusst, da die Ausstülpungen wegen der geringen Dicke der Folie leicht verformbar sind.
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Die 5 und 6 zeigen Aufsichten auf piezoelektrische Aktoren 46 im unbelasteten, ebenen Zustand. Man erkennt den Antriebsabschnitt 48 mit einer Keilfläche 50 und seiner Stützfläche 52. Der Aktor 46 umfasst einen lamellenförmigen Grundkörper 66, der aus piezoelektrischem Material hergestellt ist. Dabei ist das Material so geschnitten, dass der Grundkörper 66 im freien Zustand eine ebene blattfederähnliche Geometrie einnimmt, während er nach Anlegen einer Hochspannung von typischerweise 200 V gekrümmte Geometrie einnimmt.
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Auf die Unterseite des Grundkörpers 66 sind zwei Elektroden 68, 70 beabstandet aufgedruckt. Die Oberseite des Grundkörpers trägt eine weitere Elektrode 72. Im auf die Platine eingebauten Zustand sind die beiden Elektroden 68, 70 elektrisch leitend mit fluchtenden Leiterbahnstücken der Platine verbunden. Die Elektroden 72 aller Aktoren einer Platine werden durch einen Draht 74 miteinander verbunden.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erhält man eine Rastwirkung zum einen durch Haftreibung (1 und 2), zum anderen aus der Geometrie der zusammenarbeitenden Flächen von Anzeigestift 18 und Aktor 46 (4) und wieder zum anderen durch die Kinematik des Zusammenarbeitens von Anzeigestift 18 und Aktor 46.
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Die Haftreibung kann man durch zusammenarbeitende Unebenheiten verstärken, z. B. durch eine kleine Nut 60 in der Endfläche 40 und eine kleine passende Nase 62 auf der Endfläche 52, wie in 3 gestrichelt angedeutet.
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Die Geometrie der zusammenarbeitenden Flächen kann steiler oder weniger steil gewählt werden, um die Rastwirkung zu verstärken oder zu vermindern.
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Auch wird je nach der Länge eines als Biegeaktor arbeitenden Aktors 46 die Bahn des Eckpunktes, der zwischen der Keilfläche 50 und der Endfläche 52 liegt, geändert und damit die durch dessen Abwälzung auf dem Anzeigstift 18 erhaltenen Rastwirkung.
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Um den Aktor 46 vor Beschädigung durch zu große auf den Anzeigestift 18 einwirkende Kräfte zu schützen, kann die Rastverbindung zwischen Anzeigestift 18 und Aktor 46 so ausgebildet sein, dass sie sich bei einer vorgegeben Kraft löst. Dies kann z. B. so erfolgen, dass man die Endflächen 40, 52 unter einem kleinen Winkel gegenüber der exakten Senkrecht-Orientierung zur Achse des Anzeigestiftes schräg stellt, wie in 3 gestrichelt angedeutet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007022056 A1 [0034]
