DE102017212304A1 - Actuator element for a Braille device, actuator unit and method for producing an actuator unit and Braille device - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aktorelement (10; 10a; 10b) für eine Braille-Einrichtung (100), mit einem Trägerelement (15) und einen mit dem Trägerelement (15) verbundenen Aktor (30), wobei der Aktor (30) durch Anlegen einer elektrischen Spannung (U) zusammen mit dem Trägerelement (15) verformbar ist, und wobei das Trägerelement (15) mit einem Braille-Stift (11) zusammenwirkt, dessen Position in Abhängigkeit der an dem Aktor (30) anliegenden Spannung (U) veränderbar ist.

The invention relates to an actuator element (10, 10a, 10b) for a Braille device (100), comprising a carrier element (15) and an actuator (30) connected to the carrier element (15), wherein the actuator (30) can be actuated by applying a electrical voltage (U) together with the carrier element (15) is deformable, and wherein the carrier element (15) cooperates with a Braille pin (11) whose position in dependence on the voltage applied to the actuator (30) voltage (U) is variable ,

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Aktorelement für eine Braille-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Aktoreinheit mit mehreren Aktorelementen und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Aktoreinheit sowie eine Braille-Einrichtung mit wenigstens einer Aktoreinheit.The invention relates to an actuator element for a Braille device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an actuator unit with a plurality of actuator elements and a method for producing such an actuator unit and a Braille device having at least one actuator unit.

Ein Aktorelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2011 006 976 A1 bekannt. Das bekannte Aktorelement zeichnet sich durch ein streifenförmiges, aus Metall bestehendes Trägerelement aus, auf dessen Oberseite ein Aktor in Form eines Piezo-Aktors angeordnet und mit dem Trägerelement verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass die einzelnen, zur Ausbildung einer Braille-Einrichtung erforderlichen Aktorelemente jeweils separat relativ aufwendig gefertigt werden, da für jedes Trägerelement ein separater Piezoaktor gefertigt bzw. mit dem Trägerelement verbunden werden muss. Weiterhin besteht ein derartiger Piezoaktor aus einer Piezoschicht, welche auf eine Passivschicht aufgeklebt ist. Auch müssen die einzelnen Piezokeramikschichten separat elektrisch kontaktiert werden. Anschließend müssen die einzelnen Aktorelemente mit hohem Montageaufwand zu einer Aktoreinheit bzw. zu einer Braille-Einrichtung montiert werden, wobei eine Aktoreinheit beim Stand der Technik üblicherweise aus mehreren, auf verschiedenen Ebenen angeordneten Aktorelementen besteht. Insgesamt gesehen ergeben sich durch die hohe Anzahl von Herstellungs- und Montageschritte relativ hohe Herstellkosten eines derartigen Aktorelements sowie einer Aktoreinheit und einer Braille-Einrichtung.An actuator element with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2011 006 976 A1 known. The known actuator element is characterized by a strip-shaped, consisting of metal support member, on the upper side of an actuator in the form of a piezo-actuator is arranged and connected to the carrier element. This has the consequence that the individual, required to form a Braille device actuator elements are each made separately relatively expensive, since for each carrier element, a separate piezoelectric actuator must be made or connected to the carrier element. Furthermore, such a piezoactuator consists of a piezoelectric layer, which is adhesively bonded to a passive layer. Also, the individual piezoceramic layers must be contacted separately electrically. Subsequently, the individual actuator elements with high installation costs to an actuator or to a Braille device must be mounted, wherein an actuator unit in the prior art usually consists of several, arranged on different levels actuator elements. Overall, resulting from the high number of manufacturing and assembly steps relatively high production costs of such actuator element and an actuator unit and a Braille device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Aktorelement für eine Braille-Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es besonders kostengünstig herstellbar ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Aktorelement durch mehrere Elektrodenschichten und wenigstens eine zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnete, aus flexiblem, elektrisch isolierendem Material bestehende Zwischenschicht auszubilden, wobei die Elektrodenschichten und die wenigstens eine Zwischenschicht durch Beschichten oder Bedrucken des Materials der Elektrodenschicht und der Zwischenschicht auf der Oberfläche des den Aktor tragenden Trägerelements ausgebildet sind. Ein derart ausgebildetes Aktorelement ermöglicht es, dieses mittels aus der Schaltungstechnik an sich bekannter Technologien zum Ausbilden von elektrisch leitenden Strukturen bzw. Schaltungsträgern auszubilden. Da derartige Beschichtungs- bzw. Bedruckungstechnologien in großtechnischem Maßstab bekannt sind und eine hohe Prozesssicherheit aufweisen, lassen sich somit in hoher Stückzahl bzw. zu geringen Herstellkosten erfindungsgemäße Aktorelemente herstellen.The actuator element according to the invention for a Braille device with the features of claim 1 has the advantage that it is particularly inexpensive to produce. The invention is based on the idea to form the actuator element by a plurality of electrode layers and at least one between two electrode layers consisting of flexible, electrically insulating material intermediate layer, wherein the electrode layers and the at least one intermediate layer by coating or printing the material of the electrode layer and the intermediate layer on the surface of the actuator supporting the carrier element are formed. An actuator element designed in this way makes it possible to form this by means of technologies known per se from circuit technology for the purpose of forming electrically conductive structures or circuit carriers. Since such coating or printing technologies are known on an industrial scale and have high process reliability, actuator elements according to the invention can thus be produced in large quantities or at low production costs.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aktorelements für eine Braille-Einrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the actuator element according to the invention for a Braille device are listed in the subclaims.

Für die flexibel ausgebildete Zwischenschicht ist es von Vorteil, wenn diese aus einem Polymer, insbesondere aus einem P(VDF-TrFE) Copolymer besteht bzw. als Hauptbestandteil enthält. Derartige Polymere lassen sich darüber hinaus herstellungstechnisch besonders einfach verarbeiten bzw. hochgenau beschichten oder bedrucken. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit zwischen zwei Elektrodenschichten, zwischen denen die aus dem Polymer bestehende Zwischenschicht angeordnet ist, die Zwischenschicht ohne metallisch leitende Elemente bzw. Partikel ausgebildet ist.For the flexibly formed intermediate layer, it is advantageous if it consists of a polymer, in particular of a P (VDF-TrFE) copolymer, or contains it as the main constituent. In addition, such polymers can be processed in a particularly simple manner in terms of production or can be coated or printed with high precision. In this case, it is provided in particular that, in order to increase the dielectric strength between two electrode layers, between which the intermediate layer consisting of the polymer is arranged, the intermediate layer is formed without metallic conductive elements or particles.

Eine weitere Optimierung eines Aktorelements sieht vor, dass die Breite des Trägerelements bzw. des den Aktor tragenden Abschnitts in Richtung des von dem Trägerelement bewegbaren Braille-Stifts abnimmt. Eine derartige Ausgestaltung des Trägerelements bewirkt eine Gewichts- und Materialoptimierung. Weiterhin lassen sich damit auch gezielte Biegeverläufe des Aktorelements bzw. des Trägerelements erzielen („uniform strength beam“).A further optimization of an actuator element provides that the width of the carrier element or the portion carrying the actuator decreases in the direction of the Braille pin which can be moved by the carrier element. Such a design of the carrier element effects weight and material optimization. Furthermore, it is also possible to achieve targeted bending curves of the actuator element or of the carrier element ("uniform strength beam").

Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Aktoreinheit aus mehreren erfindungsgemäßen Aktorelementen. Diese Aktoreinheit zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Aktorelemente an einer gemeinsamen Trägerplatte ausgebildet und durch Schlitze in der Trägerplatte voneinander freigestellt bzw. mechanisch entkoppelt sind, wobei die Aktorelemente über einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Dadurch wird es insbesondere ermöglicht, die auf einer Ebene einer Braille-Einrichtung angeordneten Aktorelemente an einer gemeinsamen Trägerplatte auszubilden. Eine derartige Trägerplatte kann somit insgesamt gesehen gleichzeitig mit den entsprechenden Elektrodenschichten und Zwischenschichten ausgebildet bzw. bedruckt oder beschichtet werden und nach Ausbildung der einzelnen Schichten durch Ausbildung der angesprochenen Schlitze einzelne Aktorelemente ausbilden. Insbesondere ermöglicht es eine derartige Ausgestaltung der Aktoreinheit, in ein und demselben Produktionsprozess eine Vielzahl von Aktorelementen gleichzeitig auszubilden, die lediglich durch das Vorsehen bzw. Ausbilden der Schlitze noch separiert bzw. von der Trägerplatte bereichsweise freigestellt werden müssen.Furthermore, the invention also includes an actuator unit of a plurality of actuator elements according to the invention. This actuator is inventively characterized in that the actuator elements are formed on a common support plate and released by slots in the support plate from each other or mechanically decoupled, wherein the actuator elements are connected to each other via a common connecting portion. This makes it possible in particular to form the arranged on a plane of a Braille device actuator elements on a common support plate. Such a carrier plate can thus be formed as a whole simultaneously with the corresponding electrode layers and intermediate layers or printed or coated and form individual actuator elements after formation of the individual layers by forming the addressed slots. In particular, such an embodiment of the actuator unit makes it possible to simultaneously form a multiplicity of actuator elements in one and the same production process, which merely have to be separated or released from the carrier plate by merely providing or forming the slots.

Eine konstruktive Optimierung der Aktoreinheit sieht vor, dass jedem Aktor eine separate Leistungselektronik zugeordnet ist, und dass die Leistungselektroniken in einem Bereich des Verbindungsabschnitts auf der Trägerplatte angeordnet sind. Dadurch nehmen die jeweiligen Leistungselektroniken nicht an einer Verformung des Trägerelements teil. Darüber hinaus lässt sich dadurch ein homogener bzw. gleichmäßiger Biegeverlauf des Trägerelements erzielen, da im Verformungsbereich des Trägerelements keine Leistungselektronik bzw. kein mit dem verformbaren Bereich des Trägerelements verbundenes Bauteil der Leistungselektronik angeordnet ist. A constructive optimization of the actuator unit provides that each actuator is assigned a separate power electronics, and that the power electronics are arranged in a region of the connecting portion on the carrier plate. As a result, the respective power electronics do not participate in a deformation of the carrier element. In addition, a homogeneous or even bending curve of the carrier element can thereby be achieved since no power electronics or no component of the power electronics connected to the deformable region of the carrier element is arranged in the deformation region of the carrier element.

Weiterhin kann es aus Gründen der Reduzierung der Herstellkosten einer Aktoreinheit vorgesehen sein, dass die einzelnen Aktoren mit einer gemeinsamen Energiespeicherschaltung verbunden sind. Diese Energiespeicherschaltung ist wiederum mit den einzelnen Leistungselektroniken der Aktoren gekoppelt. Dabei ist es denkbar, dass die Aktoren entweder mit Gleichspannung oder aber mit Wechselspannung betrieben werden. Ein Betrieb der Aktoren mit Wechselspannung ermöglicht es insbesondere, dass die Aktorelemente nicht im statischen bzw. quasi-statischen Betrieb genutzt werden, sondern im sogenannten Resonanzbetrieb. Wesentlich dabei ist, dass die Frequenz der Wechselspannung derart gewählt wird, dass diese der ersten Resonanzfrequenz des Aktorelements entspricht. In diesem Fall ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Form und Position der Zwischenschicht für den Resonanzbetrieb optimiert bzw. angepasst wird. Der Resonanzbetrieb hat den Vorteil, dass damit für den Braille-Stift Hübe erzielt werden können, die im statischen Betrieb (bei Verwendung von Gleichspannung) nicht erzielt werden können.Furthermore, for reasons of reducing the manufacturing costs of an actuator unit, it may be provided that the individual actuators are connected to a common energy storage circuit. This energy storage circuit is in turn coupled to the individual power electronics of the actuators. It is conceivable that the actuators are operated either with DC voltage or with AC voltage. An operation of the actuators with alternating voltage makes it possible in particular that the actuator elements are not used in static or quasi-static operation, but in the so-called resonance mode. It is essential that the frequency of the AC voltage is chosen such that it corresponds to the first resonant frequency of the actuator element. In this case, moreover, it is provided that the shape and position of the intermediate layer is optimized for resonance operation. Resonance mode has the advantage that strokes can be achieved for the Braille stylus which can not be achieved in static operation (when using DC voltage).

Darüber hinaus wird erläutert, dass für den Betrieb der einzelnen Aktorelemente üblicherweise Spannungen im Bereich zwischen 100V und 200V notwendig sind. Die Leistungselektronik enthält hierfür dabei zwei Hauptkomponenten, einen Hochsetzsteller und eine Endstufe. Dadurch, dass einer Aktoreinheit mehrere Aktorelemente zugeordnet sind, ist es möglich, nur einen einzigen Hochsetzsteller zu verwenden bzw. mit der Trägerplatte zu verbinden. Dadurch sind nur die einzelnen Endstufen der Leistungselektronik den einzelnen Aktorelementen zugeordnet, wobei die Endstufen mit ein und demselben Hochsetzsteller verbunden sind. Weiterhin ist es empfehlenswert, zwischen dem Hochsetzsteller und der Endstufe der Leistungselektronik einen Zwischenkreis-Energiespeicher (z.B. Elektrolytkondensator) anzuordnen. Der Zwischenkreis-Energiespeicher sorgt für eine stabile Zwischenkreisspannung für die Endstufen. Darüber hinaus kann die Energie, welche während der Entladung des Aktorelements in den Zwischenkreis zurückgespeist wurde, zur Ladung der weiteren Aktorelemente auf derselben Trägerplatte verwendet werden.In addition, it is explained that usually voltages in the range between 100V and 200V are necessary for the operation of the individual actuator elements. The power electronics for this purpose contains two main components, a boost converter and an output stage. Because a plurality of actuator elements are assigned to one actuator unit, it is possible to use only one single step-up converter or to connect it to the carrier plate. As a result, only the individual output stages of the power electronics are assigned to the individual actuator elements, wherein the output stages are connected to one and the same boost converter. Furthermore, it is recommended to arrange a DC link energy store (for example electrolytic capacitor) between the step-up converter and the output stage of the power electronics. The DC link energy storage ensures a stable intermediate circuit voltage for the output stages. In addition, the energy that was fed back into the DC link during the discharge of the actuator element can be used to charge the further actuator elements on the same carrier plate.

Eine weitere Optimierung der Aktoreinheit sieht vor, dass deren Aktoren zusätzlich wenigstens zwei Elektrodenschichten und eine Zwischenschicht für einen Sensor zum Erfassen einer Verformung des jeweiligen Aktorelements aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung auf den Braille-Stift aufweist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Aktorelement auch als Sensor genutzt werden kann, um damit die Berührung eines Braille-Stifts zu detektieren. Anhand des Berührungssignals kann z.B. die Geschwindigkeit des Lesevorgangs ermittelt werden. Die Zwischenschicht ist dabei insbesondere ebenfalls als P(VDF-TrFE) Copolymer - Schicht ausgebildet und dehnt sich bei einer Verformung bzw. bei einer Kraft auf den Braille-Stift in Längsrichtung aus. Dadurch steigt deren Kapazität. Dadurch, dass die Ladung in einem aufgeladenen Aktor erst einmal konstant bleibt, sinkt die Spannung bei einer steigenden Kapazität. Derartige Spannungsschwankungen können entweder berührungslos (E-Feld-Detektion) oder durch einen Spannungsteiler detektiert werden.A further optimization of the actuator unit provides that its actuators additionally have at least two electrode layers and an intermediate layer for a sensor for detecting a deformation of the respective actuator element due to an external force acting on the Braille pin. Such a configuration has the advantage that the actuator element can also be used as a sensor in order to detect the touch of a Braille stylus. On the basis of the touch signal, e.g. the speed of the reading process can be determined. In this case, the intermediate layer is in particular likewise designed as a P (VDF-TrFE) copolymer layer and expands in the longitudinal direction during a deformation or with a force on the Braille pin. This increases their capacity. The fact that the charge remains constant in a charged actuator once, the voltage decreases with increasing capacity. Such voltage fluctuations can be detected either contactless (E-field detection) or by a voltage divider.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Aktoreinheit, wobei das Herstellverfahren zumindest die Schritte des Bereitstellens eines Trägerelements und das Ausbilden von Elektrodenschichten und wenigstens einer Zwischenschicht auf dem Trägerelement durch bereichsweises Bedrucken oder Beschichten des Trägerelements mit dem Material der Elektrodenschichten und der wenigstens einen Zwischenschicht sowie das Ausbilden von Schlitzen in dem Material des Trägerelements zum Erzeugen einzelner Aktorelemente umfasst. Dabei werden die Schlitze bevorzugt durch eine Laserstrahleinrichtung, eine Wasserstrahltrenneinrichtung oder durch ein geeignetes mechanisch wirkendes Trennwerkzeug erzeugt. Da die Schlitze lediglich bereichsweise in dem Trägerelement ausgebildet werden, wird ein kammartiges Trägerelement erzeugt, bei dem die Aktorelemente im Bereich der Kammzähne angeordnet sind.The invention further relates to a method for producing a so far described actuator unit according to the invention, wherein the manufacturing method at least the steps of providing a carrier element and the formation of electrode layers and at least one intermediate layer on the carrier element by areawise printing or coating the carrier element with the material of the electrode layers and the at least one intermediate layer and the formation of slots in the material of the carrier element for generating individual actuator elements comprises. The slots are preferably generated by a laser beam device, a water jet separator or by a suitable mechanically acting cutting tool. Since the slots are formed only partially in the carrier element, a comb-like carrier element is produced, in which the actuator elements are arranged in the region of the comb teeth.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass bei der Fertigung bzw. dem Aufbringen der einzelnen Schichten auf dem Trägerelement zusätzlich wenigstens eine Schutzschicht und/oder ein Sensor auf das Trägerelement aufgebracht werden/wird, vorzugsweise ebenfalls durch Bedrucken oder Beschichten. Dadurch, dass diese zusätzlichen Schichten im selben Fertigungsverfahren wie die Elektrodenschichten und die wenigstens eine Zwischenschicht aufgebracht werden, ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung einer derartigen, mit den zusätzlichen Schichten versehenen Aktoreinheit.Furthermore, it can be provided that in the manufacture or the application of the individual layers on the carrier element additionally at least one protective layer and / or a sensor is / is applied to the carrier element, preferably also by printing or coating. The fact that these additional layers are applied in the same manufacturing process as the electrode layers and the at least one intermediate layer, results in a particularly simple and cost-effective production of such, provided with the additional layers actuator unit.

Zuletzt umfasst die Erfindung auch eine Braille-Einrichtung mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Aktoreinheit. Eine derartige Braille-Einrichtung zeichnet sich durch relativ geringe Herstellkosten und durch einen gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Montageaufwand aus. Finally, the invention also includes a Braille device with at least one actuator unit according to the invention. Such a Braille device is characterized by relatively low production costs and by comparison with the prior art reduced assembly costs.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:

• 1 einen Längsschnitt im Bereich einer Braille-Einrichtung,
• 2 eine Ansicht in Richtung II-II der 1,
• 3 eine Draufsicht auf zwei Aktorelemente mit in Richtung ihrer Braille-Stifte abnehmender Breite,
• 4 einen Längsschnitt durch ein Aktorelement, welches gleichzeitig der Berührungsdetektion dient,
• 5 einen Schaltbild einer elektronischen Schaltung zur Ansteuerung der Aktorelemente einer Aktoreinheit und
• 6 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Herstellverfahrens einer Aktoreinheit.

This shows in:

• 1 a longitudinal section in the area of a Braille device,
• 2 a view in the direction of II-II of 1 .
• 3 a plan view of two actuator elements with decreasing in the direction of their braille pins width,
• 4 a longitudinal section through an actuator element, which simultaneously serves the touch detection,
• 5 a circuit diagram of an electronic circuit for controlling the actuator elements of an actuator and
• 6 a flowchart for explaining the manufacturing process of an actuator.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In den 1 und 2 ist ein Teilbereich einer Braille-Einrichtung 100 gezeigt, die beispielhaft innerhalb eines Gehäuses 101 angeordnet ist. In dem Gehäuse 101 sind in vier übereinander und parallel zueinander angeordneten Ebenen 1 bis 4 Aktorelemente 10 angeordnet, die jeweils der Bewegung eines Braille-Stifts 11 dienen. Wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist, bilden dabei jeweils vier in der Zeichenebene der 1 angeordnete, einer Ebene 1 bis 4 zugeordnete Aktorelemente 10 zusammen mit vier weiteren, parallel zur Zeichenebene der 1 in den Ebenen 1 bis 4 angeordneten Aktorelementen 10, d.h. also insgesamt acht Aktorelemente 10, im Bereich der entsprechenden Braille-Stifte 11 einen Bereich 12 aus, der einer Braille-Ziffer zugeordnet ist.In the 1 and 2 is a subsection of a Braille device 100 shown exemplary within a housing 101 is arranged. In the case 101 are in four levels one above the other and parallel to each other 1 to 4 actuator elements 10 arranged, respectively, the movement of a Braille pen 11 serve. As in particular by means of a synopsis of 1 and 2 is recognizable, in each case form four in the plane of the 1 arranged, one level 1 to 4 associated actuator elements 10 along with four others, parallel to the drawing plane of the 1 in the levels 1 to 4 arranged actuator elements 10 ie a total of eight actuator elements 10 , in the range of the corresponding Braille pens 11 an area 12 which is assigned to a braille digit.

Wie weiterhin der 1 entnehmbar ist, sind die einzelnen Aktorelemente 10 einer Ebene 1 bis 4 gegenüber der jeweils darunterliegenden Ebene in einer durch den Doppelpfeil 13 in der 1 bezeichnenden Querrichtung versetzt zueinander angeordnet, sodass die Aktorelemente 10 mit Ausnahme des jeweiligen Braille-Stifts 11 identisch ausgebildet sein können. Wie insbesondere anhand der Darstellung der 2 erkennbar ist, weisen die Aktorelemente 10 jeder Ebene 1 bis 4 ein gemeinsames Trägerelement 15 in Form einer Trägerplatte 16 auf. Die jeweilige Trägerplatte 16 ist auf der den Braille-Stiften 11 abgewandten Seite jeweils ebenfalls rein beispielhaft in einem Schlitz 18 des Gehäuses 101 fixiert bzw. positioniert.How continues the 1 is removable, are the individual actuator elements 10 one level 1 to 4 opposite the level below in a by the double arrow 13 in the 1 significant transverse direction offset from each other, so that the actuator elements 10 with the exception of the respective Braille pen 11 may be identical. As in particular by the representation of the 2 can be seen, have the actuator elements 10 every level 1 to 4 a common carrier element 15 in the form of a carrier plate 16 on. The respective carrier plate 16 is on the Braille pins 11 opposite side also also purely by way of example in a slot 18 of the housing 101 fixed or positioned.

Die einem Befestigungsbereich 24 der Trägerplatte 16 in dem Schlitz 18 gegenüberliegenden Endbereiche 20 der Aktorelemente 10 sind an deren Oberseite 21 mit Braille-Stiften 11 gekoppelt. Je nach Ebene 1 bis 4 weisen die Braille-Stifte 11 eine unterschiedliche Länge auf, derart, dass diese bei nicht betätigten Aktorelementen 10 zumindest nahezu bündig mit der Oberseite 22 des Gehäuses 101 im Bereich von Öffnungen 23 im Gehäuse 101 abschließen bzw. geringfügig durch die Öffnungen 23 hindurchragen und haptisch fühlbar bzw. ertastbar sind. Weiterhin können nicht dargestellte Führungen für die Braille-Stifte 11 vorgesehen sein, die eine Führung der Braille-Stifte 11 in deren Längsrichtung sicherstellen, sodass bei einer Aktivierung der Aktorelemente 10 diese stärker aus dem Gehäuse 101 herausragen können.The one attachment area 24 the carrier plate 16 in the slot 18 opposite end portions 20 the actuator elements 10 are at the top 21 with braille pens 11 coupled. Depending on the level 1 to 4 Show the braille pens 11 a different length, such that they are not actuated actuator elements 10 at least almost flush with the top 22 of the housing 101 in the area of openings 23 in the case 101 complete or slightly through the openings 23 protrude and feel tactile or tactile. Furthermore, not shown guides for the braille pins 11 be provided, which is a guide of braille pins 11 ensure in the longitudinal direction, so that upon activation of the actuator elements 10 this stronger from the case 101 can stand out.

Jedes der Aktorelemente 10 ist im Bereich eines länglichen Abschnitts 25 der Trägerplatte 16 angeordnet. Die als Trägerelement für jeweils ein Aktorelement 10 dienenden Abschnitte 25 sind auf der dem Befestigungsbereich 24 zugewandten Seite über einen senkrecht zur Zeichenebene der 1 verlaufenden Verbindungsabschnitt 26 der Trägerplatte 16 miteinander verbunden. Anhand der 2 ist erkennbar, dass zur Ausbildung der Abschnitte 25 in der Trägerplatte 16 Längsschlitze 27, 28 ausgebildet sind, die bis zu dem Verbindungsabschnitt 26 heranreichen, sodass die Trägerplatte 16 insgesamt gesehen kammartig ausgebildet ist.Each of the actuator elements 10 is in the range of an oblong section 25 the carrier plate 16 arranged. As a support element for each actuator element 10 serving sections 25 are on the mounting area 24 facing side across a perpendicular to the plane of the 1 extending connecting section 26 the carrier plate 16 connected with each other. Based on 2 it can be seen that to form the sections 25 in the carrier plate 16 longitudinal slots 27 . 28 are formed, which are up to the connecting portion 26 reach so that the support plate 16 Overall seen comb-like is formed.

Die jeweils einer Trägerplatte 16 zugeordneten Aktorelemente 10 bilden eine Aktoreinheit 50 aus, die modulartig zu der Braille-Einrichtung 100 konfigurierbar sind, wobei dann vier, in den Ebenen 1 bis 4 angeordnete Aktoreinheiten 50 eine Vielzahl von Braille-Ziffern ausbilden.Each one carrier plate 16 associated actuator elements 10 form an actuator unit 50 from the modular to the Braille device 100 are configurable, in which case four, in the levels 1 to 4 arranged actuator units 50 to train a variety of Braille numbers.

Jedes Aktorelement 10 weist neben dem Abschnitt 25 des Trägerelements 15 einen Aktor 30 auf. Der Aktor 30 besteht aus wenigstens zwei, auf der Oberseite 31 des Abschnitts 25 der Trägerplatte 16 parallel zueinander angeordneten Elektrodenschichten 34, 35. Zwischen den wenigstens zwei Elektrodenschichten 34, 35 ist wenigstens eine Zwischenschicht 36 angeordnet. Die Zwischenschicht 36 besteht aus einem Polymer, insbesondere im Wesentlichen P(VDF-TrFE) Copolymer aufweisend. Weiterhin kann die Zwischenschicht 36 mit weiteren chemischen Elementen bzw. Bestandteilen angereichert bzw. versehen sein.Each actuator element 10 points next to the section 25 the carrier element 15 an actor 30 on. The actor 30 consists of at least two, on the top 31 of the section 25 the carrier plate 16 arranged parallel to each other electrode layers 34 . 35 , Between the at least two electrode layers 34 . 35 is at least an intermediate layer 36 arranged. The intermediate layer 36 consists of a polymer, in particular substantially P (VDF-TrFE) copolymer having. Furthermore, the intermediate layer 36 be enriched or provided with other chemical elements or components.

Im einfachsten Fall besteht der Schichtaufbau des Aktorelements 10 somit aus dem Abschnitt 25 des Trägerelements 15 bzw. der Trägerplatte 16, einer ersten, auf der Oberseite 31 des Abschnitts 25 angeordneten Elektrodenschicht 34, der auf der Elektrodenschicht 34 angeordneten Zwischenschicht 36 und der auf der Zwischenschicht 36 angeordneten zweiten Elektrodenschicht 35. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, einen derartigen, sandwichförmigen Aufbau durch zusätzliche Elektrodenschichten 34, 35 bzw. Zwischenschichten 36 auszubilden, die in jeweils abwechselnder Reihenfolge übereinander und unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind, so wie dies auch in der 1 dargestellt ist. In the simplest case, there is the layer structure of the actuator element 10 thus from the section 25 the carrier element 15 or the carrier plate 16 , a first, on the top 31 of the section 25 arranged electrode layer 34 that on the electrode layer 34 arranged intermediate layer 36 and the one on the interlayer 36 arranged second electrode layer 35 , Of course, it is within the scope of the invention, such a sandwich structure by additional electrode layers 34 . 35 or intermediate layers 36 form, which are arranged one above the other in each alternating order and immediately adjacent to each other, as well as in the 1 is shown.

Die Elektrodenschichten 34, 35 sind mit jeweils einer im Bereich des Verbindungsabschnitts 26 angeordneten Leistungselektronik 38 elektrisch kontaktiert. Insbesondere sind die Elektrodenschichten 34, 35 bei Verwendung einer Gleichspannungsquelle unterschiedlichen Polen bzw. Potenzialen der Gleichspannungsquelle zugeordnet. Weiterhin ist anhand der 1 erkennbar, dass des Aktorelement 10 mit einer Schutzschicht 39 überdeckt ist, die den Zutritt von funktionsbeeinträchtigenden Medien zu der Leistungselektronik 38 und den Elektrodenschichten 34, 35 verhindert.The electrode layers 34 . 35 are each with one in the region of the connection section 26 arranged power electronics 38 electrically contacted. In particular, the electrode layers 34 . 35 assigned when using a DC voltage source different poles or potentials of the DC voltage source. Furthermore, based on the 1 recognizable that of the actuator element 10 with a protective layer 39 is covered, the access of functionally impairing media to the power electronics 38 and the electrode layers 34 . 35 prevented.

Die Herstellung einer Aktoreinheit 50 wird nachfolgend anhand der 6 wie folgt erläutert: In einem ersten Schritt 201 wird die beispielsweise in Form einen dünnen Metallplatte ausgebildete Trägerplatte 16, vorzugsweise in Form einer rechteckförmigen Trägerplatte 16, bereitgestellt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt 202 die Oberseite 31 der Trägerplatte 16 durch an sich aus dem Stand der Technik übliche Beschichtungs- bzw. Druckverfahren, beispielsweise unter Verwendung von Masken, bereichsweise mit der (unteren) Elektrodenschicht 34 beschichtet. Anschließend erfolgt das Beschichten der Elektrodenschicht 34 mit der Zwischenschicht 36 in einem dritten Schritt 203. In einem vierten Schritt 204 wird anschließend die zweite Elektrodenschicht 35 auf die Zwischenschicht 36 aufgebracht. Die Schritte 203 bis 205 können sich anschließend ggf. wiederholen. In einem fünften Schritt 205 werden die Leistungselektroniken 38 mit den Elektrodenschichten 34, 35 elektrisch kontaktiert. In einem sechsten Schritt 206 wird danach ggf. die Schutzschicht 39 aufgebracht. In einem siebten Schritt 207 erfolgt anschließend das Ausbilden der Längsschlitze 27, 28 zum Freistellen der einzelnen Aktorelemente 10 der Aktoreinheit 50 in der Trägerplatte 16. Das Ausbilden der Längsschlitze 27, 28 erfolgt beispielhaft, und nicht einschränkend, durch eine Laserstrahleinrichtung, durch eine Wasserstrahleinrichtung oder eine sonstige geeignete Trenneinrichtung.The production of an actuator unit 50 is described below on the basis of 6 explained as follows: In a first step 201 is formed for example in the form of a thin metal plate carrier plate 16 , preferably in the form of a rectangular support plate 16 , provided. Subsequently, in a second step 202 the top 31 the carrier plate 16 by customary from the prior art coating or printing process, for example using masks, partially with the (lower) electrode layer 34 coated. Subsequently, the coating of the electrode layer takes place 34 with the intermediate layer 36 in a third step 203 , In a fourth step 204 then becomes the second electrode layer 35 on the intermediate layer 36 applied. The steps 203 to 205 can then repeat if necessary. In a fifth step 205 become the power electronics 38 with the electrode layers 34 . 35 electrically contacted. In a sixth step 206 will eventually become the protective layer 39 applied. In a seventh step 207 followed by the formation of the longitudinal slots 27 . 28 for releasing the individual actuator elements 10 the actuator unit 50 in the carrier plate 16 , The formation of the longitudinal slots 27 . 28 is exemplary, and not limiting, by a laser beam device, by a water jet device or other suitable separator.

Wie anhand der 5 erkennbar ist, sind die einzelnen Leistungselektroniken 38 mit einem gemeinsamen Zwischenkreis-Energiespeicher 40, der beispielhaft einen Kondensator 41 aufweist, elektrisch gekoppelt. Weiterhin ist anhand der 5 erkennbar, dass jede Leistungselektronik 38 beispielhaft eine Operationsverstärkerschaltung 42 aufweist. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle einer Operationsverstärkerschaltung 42 eine konventionelle Schaltung zur Ansteuerung der einzelnen Aktorelemente 10 vorzusehen. Der Zwischenkreis-Energiespeicher 40 ist wiederum mit einer Spannungsquelle 45 elektrisch verbunden bzw. kontaktiert.As based on the 5 is recognizable, are the individual power electronics 38 with a common DC link energy storage 40 which exemplifies a capacitor 41 has, electrically coupled. Furthermore, based on the 5 recognizable that every power electronics 38 an example of an operational amplifier circuit 42 having. Of course, it is also possible, instead of an operational amplifier circuit 42 a conventional circuit for controlling the individual actuator elements 10 provided. The DC link energy storage 40 is again with a voltage source 45 electrically connected or contacted.

Bei den in den 1 und 2 dargestellten Aktorelementen 10 sind die Abschnitte 25 in Längsrichtung betrachtet jeweils mit einer konstanten Breite b ausgestattet (siehe 2). Entsprechend der Darstellung der 3 ist es jedoch auch denkbar, Aktorelemente 10a vorzusehen, deren Breite in Längsrichtung von dem Bereich des Verbindungsabschnitt 26, wo eine Breite b₁ vorgesehen ist, in Richtung des jeweiligen Braille-Stifts 11 schmäler wird, wobei im Bereich des Braille-Stifts 11 der Abschnitt 25 eine Breite b₂ aufweist. Somit ist der Abschnitt 25 in Draufsicht in etwa trapezförmig ausgebildet.In the in the 1 and 2 illustrated actuator elements 10 are the sections 25 viewed in the longitudinal direction, each equipped with a constant width b (see 2 ). According to the presentation of the 3 However, it is also conceivable Aktorelemente 10a to provide their width in the longitudinal direction of the region of the connecting portion 26 , Where a width b _{1 is} provided, in the direction of the respective Braille pin 11 becomes narrower, being in the area of the Braille pen 11 the section 25 has a width b ₂ . Thus, the section 25 in plan view formed approximately trapezoidal.

Die Funktionsweise eines Aktorelements 10, 10a wird wie folgt erläutert: Bei einer Ansteuerung der Elektrodenschichten 34, 35 bzw. dem Anlegen einer Spannung U an die Elektrodenschichten 34, 35 bilden sich elektrische Felder aus, die eine Anziehung der Elektrodenschichten 34, 35 bewirken. Da zwischen den beiden Elektrodenschichten 34, 35 die aus dem flexiblen Material bestehende Zwischenschicht 36 angeordnet ist, kann sich der Abstand zwischen den Elektrodenschichten 34, 35 verringern. Diese Verringerung des Abstands zwischen den Elektrodenschichten 34, 35 bewirkt durch eine Ankopplung der unteren Elektrodenschicht 34 mit dem Abschnitt 25 der Trägerplatte 16, dass die Trägerplatte 16 im Bereich des betreffenden Abschnitts 25 elastisch verformt wird. Die Verformung bewirkt, dass der mit dem Abschnitt 25 zusammenwirkende Braille-Stift 11 stärker aus der Oberseite 31 des Gehäuses 101 austaucht, was haptisch wahrnehmbar ist.The functioning of an actuator element 10 . 10a is explained as follows: When driving the electrode layers 34 . 35 or the application of a voltage U to the electrode layers 34 . 35 electric fields form, which attract the electrode layers 34 . 35 cause. Because between the two electrode layers 34 . 35 the existing intermediate layer of the flexible material 36 is arranged, the distance between the electrode layers can be 34 . 35 reduce. This reduction in the distance between the electrode layers 34 . 35 caused by a coupling of the lower electrode layer 34 with the section 25 the carrier plate 16 that the carrier plate 16 in the area of the relevant section 25 is elastically deformed. The deformation causes that with the section 25 Cooperative Braille Pen 11 stronger from the top 31 of the housing 101 emerges, which is tactile perceptible.

In der 4 ist ein modifiziertes Aktorelement 10b dargestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass oberhalb der oberen Elektrodenschicht 35 zwei weitere Elektrodenschichten 34b und 35b mit dazwischen angeordneter Zwischenschicht 36b vorgesehen sind. Diese Schichten bilden insgesamt einen Sensor 48 aus. Durch eine Kapazitätsmessung zwischen den Elektrodenschichten 34b und 35b lässt sich eine Deformation des Aktorelements 10b infolge eines Eindrückens des Braille-Stifts 11 detektieren.In the 4 is a modified actuator element 10b which is characterized in that above the upper electrode layer 35 two more electrode layers 34b and 35b with interposed intermediate layer 36b are provided. These layers together form a sensor 48 out. Through a capacitance measurement between the electrode layers 34b and 35b can be a deformation of the actuator element 10b as a result of an indentation of the Braille pen 11 detect.

Die soweit beschriebenen Aktorelemente 10, 10a, 10b bzw. die Aktoreinheit 50 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The actuator elements described so far 10 . 10a . 10b or the actuator unit 50 can in varied manner or modified, without departing from the spirit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102011006976 A1 [0002]DE 102011006976 A1 [0002]

Claims (11)

Aktorelement (10; 10a; 10b) für eine Braille-Einrichtung (100), mit einem Trägerelement (15) und einen mit dem Trägerelement (15) verbundenen Aktor (30), wobei der Aktor (30) durch Anlegen einer elektrischen Spannung (U) zusammen mit dem Trägerelement (15) verformbar ist, und wobei das Trägerelement (15) mit einem Braille-Stift (11) zusammenwirkt, dessen Position in Abhängigkeit der an dem Aktor (30) anliegenden Spannung (U) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (30) mehrere Elektrodenschichten (34, 35) und wenigstens eine zwischen zwei Elektrodenschichten (34, 35) angeordnete, aus flexiblem Material bestehende Zwischenschicht (36) aufweist, und dass die Elektrodenschichten (34, 35) und die wenigstens eine Zwischenschicht (36) durch Beschichten oder Bedrucken auf dem Trägerelement (15) ausgebildet sind.Actuator element (10; 10a; 10b) for a Braille device (100), with a carrier element (15) and an actuator (30) connected to the carrier element (15), wherein the actuator (30) is generated by applying an electrical voltage (U ) is deformable together with the carrier element (15), and wherein the carrier element (15) cooperates with a Braille pin (11) whose position is variable in dependence on the voltage (U) applied to the actuator (30), characterized in that the actuator (30) has a plurality of electrode layers (34, 35) and at least one intermediate layer (36) made of flexible material between two electrode layers (34, 35), and that the electrode layers (34, 35) and the at least one intermediate layer (36) are formed by coating or printing on the carrier element (15). Aktorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) aus einem Polymer besteht.Actuator element after Claim 1 , characterized in that the intermediate layer (36) consists of a polymer. Aktorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) aus einem P(VDF-TrFE) Copolymer besteht.Actuator element after Claim 1 or 2 , characterized in that the intermediate layer (36) consists of a P (VDF-TrFE) copolymer. Aktorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15) einen länglich ausgebildeten Abschnitt (25) für den Aktor (30) aufweist, und dass die Breite (b) des Abschnitts (25) in Richtung zum Braille-Stift (11) abnimmt.Actuator element according to one of Claims 1 to 3 characterized in that the support member (15) has an elongated portion (25) for the actuator (30), and that the width (b) of the portion (25) decreases towards the Braille pin (11). Aktoreinheit (50), umfassend mehrere Aktorelemente (10; 10a; 10b), die nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorelemente (10; 10a; 10b) an einer gemeinsamen Trägerplatte (16) ausgebildet sind, wobei die Aktorelemente (10; 10a; 10b) durch Schlitze (27, 28) in der Trägerplatte (16) unter Ausbildung länglicher Abschnitte (25) für die Aktoren (30) freigestellt sind, und wobei die Aktorelemente (10; 10a; 10b) über einen Verbindungsabschnitt (26) an der Trägerplatte (16) miteinander verbunden sind.Actuator unit (50), comprising a plurality of actuator elements (10; 10a; 10b), which according to one of Claims 1 to 4 are formed, characterized in that the actuator elements (10; 10a, 10b) are formed on a common carrier plate (16), wherein the actuator elements (10; 10a; 10b) through slots (27, 28) in the support plate (16) below Formation of elongated portions (25) for the actuators (30) are released, and wherein the actuator elements (10; 10a; 10b) via a connecting portion (26) on the support plate (16) are interconnected. Aktoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Aktor (30) eine separate Leistungselektronik (38) zugeordnet ist, und dass die Leistungselektroniken (38) der Aktoren (30) im Bereich des Verbindungsabschnitts (26) angeordnet sind.Actuator unit after Claim 5 , characterized in that each actuator (30) is associated with a separate power electronics (38), and that the power electronics (38) of the actuators (30) in the region of the connecting portion (26) are arranged. Aktoreinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (30) mit einer gemeinsamen Energiespeicherschaltung (40) verbunden sind.Actuator unit after Claim 5 or 6 , characterized in that the actuators (30) are connected to a common energy storage circuit (40). Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (30) wenigstens zwei zusätzliche Elektrodenschichten (34b, 35b) mit einer dazwischen angeordneten Zwischenschicht (36b) zum Ausbilden eines Sensors (48) aufweisen, wobei der Sensor (48) zum Erfassen einer Verformung des Aktorelements (10; 10a; 10b) aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung auf den Braille-Stift (11) dient.Actuator unit according to one of Claims 5 to 7 characterized in that the actuators (30) comprise at least two additional electrode layers (34b, 35b) with an intermediate layer (36b) therebetween for forming a sensor (48), the sensor (48) for detecting a deformation of the actuator element (10 10a, 10b) due to an external force acting on the Braille pin (11). Verfahren zum Herstellen einer Aktoreinheit (50), die nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgebildet ist, umfassend zumindest folgende Schritte: - Bereitstellen eines Trägerelements (15) - Ausbilden von Elektrodenschichten (34, 35) und wenigstens einer Zwischenschicht (36) auf dem Trägerelement (15) durch bereichsweises, abwechselndes Bedrucken oder Beschichten mit dem Material der Elektrodenschichten (34, 35) und der wenigstens einen Zwischenschicht (36) - Ausbilden von Schlitzen (27, 28) in dem Material des Trägerelements (15) zum Ausbilden einzelner Aktorelemente (10; 10a; 10b).A method for producing an actuator unit (50), which according to one of Claims 5 to 8th is formed, comprising at least the following steps: - providing a carrier element (15) - forming electrode layers (34, 35) and at least one intermediate layer (36) on the carrier element (15) by areawise, alternating printing or coating with the material of the electrode layers ( 34, 35) and the at least one intermediate layer (36) - forming slots (27, 28) in the material of the carrier element (15) for forming individual actuator elements (10; 10a; 10b). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens eine Schutzschicht (39) und/oder weitere Elektrodenschichten (34b, 35b) und wenigstens eine weitere Zwischenschicht (36b) zur Ausbildung eines Sensors (48) auf das Trägerelement (15) bzw. das Aktorelement (10; 10a; 10b) aufgebracht werden/wird, vorzugsweise ebenfalls durch Bedrucken oder Beschichten.Method according to Claim 9 , characterized in that in addition at least one protective layer (39) and / or further electrode layers (34b, 35b) and at least one further intermediate layer (36b) for forming a sensor (48) on the carrier element (15) or the actuator element (10; 10a, 10b) is / are applied, preferably also by printing or coating. Braille-Einrichtung (100), umfassend wenigstens eine Aktoreinheit (50), die nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgebildet ist.Braille device (100), comprising at least one actuator unit (50), which according to one of Claims 5 to 8th is trained.

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