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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein tragbares elektronisches Gerät, das mittels eines Bandes am Körper getragen wird. Das Gerät weist ein Gehäuse auf, das mit dem Band elektrisch und mechanisch verbunden ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Tragbare elektronische Geräte, die mit Hilfe eines Bandes am Körper getragen werden, sind beispielsweise in Gestalt von sogenannten Smart Watches bekannt.
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Beispielsweise
WO 2015/079096 A1 beschreibt eine Smart Watch, bei der die physische Aktivität des Nutzers durch die Veränderung des Erscheinungsbildes des Armbandes der Smart Watch angezeigt wird. Die Veränderung des Erscheinungsbildes wird durch elektrochrome Anzeigen in dem Armband erreicht, deren Farbe durch das Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar ist. Die Sensoren zur Messung der physischen Aktivität des Benutzers befinden sich in dem Gehäuse der Smart Watch, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Armband notwendig ist. Es kann aber durchaus vorteilhaft sein, wenn einzelne Sensoren oder Teile der Auswertelektronik in dem Band angebracht sind, weil das Band einen stark ausgeprägten Kontakt zum Beispiel zu dem Arm des Nutzers und insbesondere zu der Innenseite des Handgelenkes hat. Das bedeutet, dass wiederum elektrische Signale und Stromversorgung zwischen dem Gehäuse und dem Band ausgetauscht werden müssen.
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Hiervon ausgehend schlägt die Erfindung eine neuartige Lösung für die mechanische und elektrische Verbindung zwischen einem Band und dem Gehäuse eines elektronischen Gerätes vor, das mit Hilfe des Bandes am Körper getragen wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein tragbares elektronisches Gerät mit einem Gehäuse und einem mechanisch daran befestigten Band vorgeschlagen. Das Gehäuse birgt elektronische Komponenten und schützt sie vor Umwelteinflüssen. Das Band trägt weitere elektronische Komponenten, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Band eine elektrische leitende Verbindung besteht. Das vorgeschlagene elektronische Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Band an dem Gehäuse mittels einer formschlüssigen steckbaren Verbindung mechanisch befestigt ist.
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Das vorgeschlagene elektronische Gerät hat den Vorteil, dass das Band auf einfache Weise an dem Gehäuse montierbar ist und in einem einzigen Montageschritt eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Band herstellbar ist. Die mechanische Verbindung zwischen dem Band und dem Gehäuse widersteht auch Zugkräften, ohne dass auf die elektrischen Kontakte Kräfte einwirken, die zu einer Trennung der elektrischen Verbindung zwischen dem Band und dem Gehäuse führen können.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die mechanische Verbindung mit einem Rastmechanismus gesichert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Band ein vorspringendes mechanisches Element auf, das in eine entsprechende Aussparung in dem Gehäuse eingreift. Alternativ dazu ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel an dem Gehäuse ein vorspringendes mechanisches Element vorgesehen, das in eine entsprechende Aussparung in dem Band eingreift.
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Bei einer konkreten Ausführungsform ist das vorspringende mechanische Element in Gestalt eines Steges, oder eines Zapfens ausgebildet. Es können auch mehrere Stege oder Zapfen vorgesehen sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weisen das vorspringende mechanische Element sowie die Aussparung sich gegenseitig berührende Anlaufflächen auf, die so gestaltet sind, dass eine in dessen Längsrichtung auf das Band einwirkende Zugkraft eine Kraftkomponente erzeugt, die bestrebt ist, dass Band auf das Gehäuse zu drücken. In diesem Fall kann das vorspringende mechanische Element ein Steg sein, dessen eine Seitenfläche einen Winkel kleiner als 90° mit einer Hauptfläche des Bandes einschließt. Die Seitenfläche liegt an der Aussparung an, so dass eine in dessen Längsrichtung auf das Band einwirkende Zugkraft eine Kraftkomponente erzeugt, die bestrebt ist, dass Band auf das Gehäuse zu drücken.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Band einen elektrischen Steckkontakt mit einem Kontaktstift auf, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Band und dem Gehäuse in eine Kontaktbuchse eingreift, die wenigstens eine Kontaktfeder aufweist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Rastmechanismus lösbar ausgebildet, um die mechanische Verbindung zwischen dem Band und Gehäuse zu trennen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine abschnittsweise leitende Dichtung angeordnet. Die leitenden Abschnitte der Dichtung bilden Kontaktflächen für die elektrische Verbindung.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist in dem Band ein elektrischer Energiespeicher untergebracht. Bei dem Energiespeicher kann es sich um eine flexible Batterie handeln. Es können sowohl eine einzelne als auch mehrere Batterien zum Einsatz kommen. Die Batterien können sowohl aufladbar als auch nicht aufladbar sein. In bestimmten Anwendungsfällen kann es auch sinnvoll sein, eine Kombination aus aufladbaren und nicht-aufladbaren Batterien zu verwenden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei gleiche oder einander entsprechende Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes;
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2A und 2B das elektronische Gerät aus 1, teilweise in einer Draufsicht von oben;
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3A einen Ausschnitt aus 1, teilweise im Aufriss;
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3B einen Querschnitt durch 3A;
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4A bis 4D Gestaltungsvarianten einer formschlüssigen Verbindung zwischen Armband und Gehäuse;
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5A bis 5D Detailansichten der elektrischen Kontakte;
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6 einen alternativen Steckkontakt;
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7A bis 7C Ausführungsformen von elektrischen Kontakten; und
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8A bis 8C den Anschlussbereich zwischen Armband und Gehäuse in einer Querschnittsansicht.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Gerätes 100, das am Körper getragen wird, in Gestalt einer sogenannten Smart Watch. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf eine Smart Watch beschränkt ist, sondern bei allen elektronischen Geräten Anwendung finden kann, die ein Gehäuse aufweisen, welches mit Hilfe eines Bandes am Körper getragen wird, wenn zwischen dem Gehäuse und dem Band sowohl eine mechanische als auch elektrische Verbindung erforderlich ist.
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Die Smart Watch 100 weist ein Gehäuse 101 auf, das die elektronischen Komponenten (nicht dargestellt) der Smart Watch gegen Umwelteinflüsse wie zum Beispiel Schmutz oder Wasser schützt. Die Smart Watch 100 weist auf die Oberseite eine Anzeige 102 auf sowie an einer Längsseite 103 des Gehäuses 101 Bedienungselemente 104A und 104B.
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An den Schmalseiten 106A und 106B ist ein Armband 107 mit dem Gehäuse 101 verbunden.
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Als Besonderheit weist das Armband 107 eine Anzeige 108 auf, die beispielsweise dazu dient, die Erscheinung der Smart Watch an den Geschmack des Benutzers anzupassen oder dem Benutzer durch bestimmte Farben zusätzliche Informationen schnell erkennbar anzeigt, ohne dass der Benutzer alphanummerische Informationen von dem Display 102 ablesen muss. Die Anzeige 108 ist beispielsweise als elektrochrome Anzeige ausgestaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Art von Anzeigen beschränkt, solange die Anzeige 108 dazu geeignet ist, um auf einem mehr oder weniger flexiblen Armband 107 angebracht zu werden. Insbesondere können auch Anzeigen zur alphanumerischen Darstellung von Informationen auf dem Armband 107 zum Einsatz kommen.
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2A zeigt die Smart Watch 100 aus 1 in einer schematischen Draufsicht von oben, wobei nur eine Hälfte des Armbandes 107 in 2A dargestellt ist. Bei dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich eine einzige Anzeige 108 über die gesamte Oberfläche der einen Hälfte des Armbandes 107.
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2B zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Smart Watch 100, das sich von den in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass mehrere Anzeigen 108A bis 108C auf der Oberseite der einen Hälfte des Armbandes 107 angebracht sind.
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Die Anzeigen 108, 108A bis 108C werden elektrisch angesteuert. Zu diesem Zweck sind in dem Armband 107 elektrische Leitungen vorgesehen, die durch eine elektrische Verbindung mit den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses 101 verbunden sind, wie im Folgenden näher erläutert wird.
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3A zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels der Smart Watch 100 teilweise im Aufriss. In dem Aufriss in 3A sind elektrische Verbindungsleitungen 301A, 301B dargestellt, die von der Anzeige 108 zu Steckern 302A bzw. 302B führen. Die elektrischen Verbindungsleitungen 301A, 301B sind geeignet um sowohl elektrische Signale als auch elektrische Ströme zur Energieversorgung von elektronischen Komponenten zu führen. Die Stecker 302A und 302B stellen eine elektrische Verbindung mit den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses 101 her. Durch gestrichelte Linien sind bei 303A und 303B Bereiche angedeutet, wo im Bedarfsfall weitere Stecker angeordnet sein können. Weiterhin ist ein Rastmechanismus 304 dargestellt, welcher das Armband 107 mit dem Gehäuse 101 verrastet. Die Fläche des Armbandes 107, die in 3A dem Betrachter zugewandt ist, wird im Folgenden als Hauptfläche 305 des Armbandes 107 bezeichnet. An dem Armband 107 sind in dem Bereich, der mit dem Gehäuse 101 mechanisch verbunden wird, Stege 306, 307 angeordnet, deren Funktion im Zusammenhang mit 3B näher erläutert wird.
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3B zeigt das Ausführungsbeispiel aus 3A in einem Querschnitt entlang der in 3A gezeigten Linie B-B. Aus 3B ist ersichtlich, dass das Uhrenarmband 107 in Pfeilrichtung 311 an dem Gehäuse 101 der Smart Watch 100 angesetzt wird, wobei der Rastmechanismus 304 einrastet und das Uhrenarmband an dem Gehäuse 101 mechanisch fixiert. Der Rastmechanismus 304 verhindert, dass sich das Uhrenarmband 107 von dem Gehäuse 101 löst, wenn keine Zugkräfte wirken. Dabei greifen die bereits erwähnten Stege 306 und 307 in entsprechende Aussparungen 308 und 309 in dem Gehäuse 101 ein. Auf diese Weise entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Uhrenarmband 107 und dem Gehäuse 101. Der vergrößerte Ausschnitt in 3B zeigt den Steg 306, der in die Aussparung 308 eingreift. Außerdem ist in der Vergrößerung erkennbar, dass die Seitenflächen 312A, 312B des Steges 306 geneigt sind und einen von einem rechten Winkel abweichenden Winkel ϕ bzw. ϕ‘ zu der Hauptfläche 305 bilden.
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Die Seitenflächen 312A, 312B des Steges 306 sind so geneigt, dass sie Anlaufflächen für entsprechend geneigte Seitenflächen der Aussparung bilden. Der Neigungswinkel ϕ < 90° der Seitenfläche 312A führt dazu, dass eine zwischen dem Armband 107 und dem Gehäuse 101 auftretende Zugkraft in Richtung des in 3B gezeigten Pfeiles 313 auch eine Kraftkomponente 314 (3C) erzeugt, die den Steg 306 bzw. das Armband 107 zu dem Gehäuse 101 hin drückt. Dieser Zusammenhang wird in 3C durch eine Normalkraftzerlegung veranschaulicht. Die Kraftkomponente 315 wird von der Seitenfläche 312A gegenüberliegenden Seitenfläche der Aussparungen 308 aufgenommen. Für die Wirkung des Steges 307 gilt entsprechendes.
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Bei einer Höhe des Steges 306 von 1 mm und einem Winkel von ϕ = 75° ergibt sich ein Sinus von 0,25. Das bedeutet, dass bei 10 Newton Zugkraft im Armband eine Festhaltekraft 314 von 2,5 Newton nach innen entsteht. Gleichzeitig führt ein Winkel von ϕ = 75° zu einer Verschiebung des Armbandes 107 gegenüber dem Gehäuse 101 von 0,15 mm während des Ansetzens. Diese Verschiebung muss bei den Abmessungen von Kontaktbuchsen und Kontaktstiften berücksichtigt werden, wie weiter unten erläutert wird.
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Es liegt im Ermessen des Fachmannes und hängt von den Anforderungen an das elektronische Gerät ab, ob bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ein einziger Steg oder mehrere Stege vorgesehen werden. Alternativ dazu kann der Fachmann die Anordnung von Steg und Aussparung vertauschen, das heißt, die die Aussparung am Armband und der Steg an dem Gehäuse angeordnet sind. Weiterhin kann der Fachmann beide Alternativen miteinander kombinieren, d.h. Steg und Aussparung werden abwechselnd an dem Armband bzw. dem Gehäuse angeordnet.
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Darüber hinaus gibt es auch Gestaltungsspielraum, wie die Stege im Einzelnen ausgebildet sind, solange eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Armband 107 und dem Gehäuse 101 gewährleistet ist. In den 4A bis 4D sind Gestaltungsvarianten der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Armband 107 und dem Gehäuse 101 gezeigt.
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5A zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den Steckverbinder 302A. Ein an dem Armband 107 angeordneter flacher Kontaktstift 501 greift in eine flache Kontaktbuchse 502 ein, wenn das Armband 107 so an dem Gehäuse 101 angesetzt wird, dass die Stege 306, 307 in die Aussparungen 308, 309 eingreifen. Bei dem Einsetzen des Armbandes 107 in das Gehäuse 101 führt das Armband wegen der geneigten Seitenflächen der Stege in 5A eine kleine Längsbewegung aus (in 5A nach links). Um diese Längsbewegung zuzulassen, sind alle Kontaktbuchsen 502 an dem Gehäuse breiter als die Kontaktstifte 501 an dem Armband 107. Bei dem in 5A dargestellten konkreten Fall fluchtet der rechte Rand des Kontaktstiftes 501 mit dem rechten Rand der Kontaktbuchse 502 während zwischen den jeweils linken Rändern von Kontaktstift 501 bzw. Kontaktbuchse 502 ein Abstand bleibt, wenn die linken Ränder der Stege 306, 307 mit den linken Rändern der Aussparungen 308, 309 fluchten. Bei dem erwähnten Beispiel mit einer Höhe der Stege von 1 mm und einem Winkel ϕ = 75° beträgt der genannte Abstand ungefähr 0,15 mm. Beim Ansetzen des Armbandes 107 an das Gehäuse 101 bewegt sich der Kontaktstift 501 von dem rechten Rand der Kontaktbuchse 502 hin zu deren linkem Rand.
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5B zeigt einen Querschnitt durch die Kontaktbuchse 502 entlang der Linie A-A in 5A. Wie aus 5B ersichtlich ist, weist die Kontaktbuchse 502 eine federnde Sicke 503 auf, um einen guten elektrischen Kontakt zu dem Kontaktstift 501 herzustellen. Die Kontaktbuchse 502 ist mit einem elektrischen Leiter 504 mit den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses 101 verbunden.
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Alternativ zu der in 5A und 5B dargestellten bombierten Form der Kontaktbuchse kann in einem anderen Ausführungsbeispiel die Federwirkung durch eine Montage der Kontaktbuchse unter Vorspannung erzielt werden. Die Kontaktbuchse 502 weist eine oder zwei elektrische Kontaktflächen auf, wobei wenigstens eine die erwähnte Federwirkung auf den Kontaktstift 501 ausgeübt. Alternativ zu den bislang beschriebenen Ausführungsformen kann die Federwirkung auch durch einen bombierten Kontaktstift 501 erzielt werden.
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Auf dem Armband 107 sind Dichtungen 504 vorgesehen, die den elektrischen Kontaktbereich vor Schmutz und Feuchtigkeit schützen, wenn das Armband 107 in das Gehäuse 101 eingesetzt ist (5D).
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5C zeigt die Kontaktbuchse 502 in einer Draufsicht, einmal ohne (links) und einmal mit eingestecktem Kontaktstift 501 (rechts). Schließlich zeigt 5D die Situation, wenn das Armband 107 in das Gehäuse 101 eingesetzt ist.
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6 zeigt eine weitere alternative Ausführung der elektrischen Kontakte zwischen Armband 107 und Gehäuse 101. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktstifte 501 rund ausgebildet und werden beim Einfügen des Armbandes 107 wegen der geneigten Anlaufflächen zwischen den Stegen 306, 307 und Aussparungen 308, 309 sukzessive gegen federnde Kontakte in den Kontaktbuchsen gedrückt, wie aus 6 ersichtlich ist.
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In 7A bis 7C sind weitere alternative Ausführungsformen für die elektrischen Kontakte dargestellt, bei denen der elektrische Kontakt durch eine Druckkraft zwischen den Kontaktpaaren gewährleistet ist. Bei den in den 7A bis 7C dargestellten Varianten nimmt sukzessive die Bauhöhe ab, beginnend mit einem kurzen Pin 701 mit Buchse 702 (7A) über zwei Kontakte 703, die als Erhöhung ausgeführt sind (7B), bis zu zwei Kontaktflächen 703, 704, wobei nur die Kontaktfläche 703 als Erhöhung ausgebildet ist (7C).
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Bei noch einer weiteren Variante wird die Dichtung 504 als Kontakt eingesetzt. Die Dichtung 504 wird abwechslungsweise aus leitenden elastischen Material und isolierenden elastischen Material hergestellt. Die leitenden Stellen dienen so gleichzeitig als Kontakte. Ein solcher Kontakt benötigt allerdings eine zuverlässige Haltekraft über die gesamte Länge der Dichtung. Hierfür geeignete elektrisch leitende Gummis sind kommerziell erhältlich und werden vor allem im EMV Bereich und bei Tasten eingesetzt. Sie sind bei kleinen Signalströmen sinnvoll. Die Form der in der Dichtung 504 integrierten Kontakte muss eine Form aufweisen, die ein eindeutiges und präzises Montieren ermöglicht, damit die leitenden Stellen richtig aufeinander liegen.
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In den Figuren der Zeichnung wurden die Kontakte absichtlich größer dargestellt, damit zur besseren Veranschaulichung die Abläufe bei dem Einstecken, der Führung durch Stege und Aussparung sowie das Einschnappen des Rastmechanismus unabhängig voneinander und nacheinander ablaufen. In einer praktischen Ausführungsform haben sich Stege mit einer Höhe von 0,5 mm und Kontakte mit einer Länge von 0,5 mm als tauglich erwiesen.
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8 zeigt den Rastmechanismus 304 in größerer Einzelheit. Der Rastmechanismus 304 weist eine Federzunge 801 mit einem Haken 802 auf. Die Federzunge 801 ist fest mit dem Armband 107 verbunden. Hierfür kommen unterschiedliche Befestigungsarten wie Anschweißen, Kleben oder ähnliches infrage. Darüber hinaus kann die Federzunge 801 auch einstückig mit dem Armband 107 hergestellt sein. Die Federwirkung wird hierbei von der Federzunge 801 selbst erzeugt oder in der Verbindungsstelle zwischen der Federzunge 801 und dem Armband 107. In dem Gehäuse 101 ist eine hinterschnittene Aussparung 803 vorgesehen, in welcher die Federzunge 801 einrastet, wenn das Armband 107 an das Gehäuse 101 angesetzt wird. Die Aussparungen 803 weist eine Rastfläche 804 auf. In den in 8C dargestellten vollständig eingesetzten Zustand greift der Haken 802 der Federzunge 801 hinter die Rastfläche 804. Wenn die Federzunge 801 in der Aussparung 803 eingerastet ist, kann sie nur durch das Einführen eines Werkzeuges 806 gelöst werden. Dabei drückt das Werkzeug 806 die Federzunge 801 entgegen der ausgeübten Federkraft von der Rastfläche 804 weg, so dass die Federzunge 801 frei kommt und das Armband 107 von dem Gehäuse abnehmbar ist.
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Für die Erfindung ist es unerheblich an welcher Stelle der Rastmechanismus 304 vorgesehen ist. Außerdem kann auch mehr als nur ein einziger Rastmechanismus 304 vorgesehen sein. Dem Fachmann sind weitere Rastmechanismen, auch solche die ohne Werkzeug lösbar sind oder mittels einer Dreh- oder Schiebebewegung fixiert sind, bekannt und werden von ihm je nach Anwendungsfall ausgewählt.
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Schließlich kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in dem Band auch ein elektrischer Energiespeicher untergebracht sein, bspw. eine oder mehrere Batterie(n). Insbesondere kann der Energiespeicher als flexible Batterie ausgebildet sein. Bei der einen oder den mehreren Batterie(n) handelt es sich um primäre oder sekundäre Batterien. Die Batterien sind zum Beispiel mittels der elektrischen Verbindungsleitungen 301A, 301B mit den elektronischen Komponenten in dem Gehäuse 101 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Smart Watch
- 101
- Gehäuse
- 102
- Anzeige
- 103
- Längsseite des Gehäuses
- 104A, 104B
- Bedienungselemente
- 107
- Armband
- 108
- Anzeige
- 108A bis 108C
- Anzeigen
- 301A, 301B
- Verbindungsleitungen
- 302A, 302B
- Stecker
- 304
- Rastmechanismus
- 305
- Hauptfläche
- 306, 307
- Steg
- 308, 309
- Aussparungen
- 311
- Pfeil
- 312A, 312B
- Seitenflächen des Steges
- 313
- Zugkraft
- 314
- Kraft
- 315
- Kraft
- 501
- Kontaktstift
- 502
- Kontaktbuchse
- 503
- Sicke
- 504
- Dichtung
- 701
- Kontaktpin
- 702
- Kontaktebuchse
- 703
- erhöhte Kontaktfläche
- 704
- Kontaktfläche
- 801
- Federzunge
- 802
- Haken
- 803
- Aussparung
- 804
- erfasste Fläche
- 806
- Werkzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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