DE10355143A1 - Tragbares modulares elektronisches System mit symmetrischen Verbindungen - Google Patents

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William R. Fort Collins Haas
Kirk S. Greeley Tecu
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Abstract

Ein tragbares modulares elektronisches System umfasst eine Vielzahl von tragbaren Modulen in jeweiligen getrennten Gehäusen, die wechselseitig anbringbar und abnehmbar sind, um das System zu bilden. Elektrische Verbinder auf den Modulen liefern elektrische Zwischen-Modul-Verbindungen, wenn die Module angebracht sind, und haben Symmetrien, die mehrere unterschiedliche relative Orientierungen zwischen den Modulen ermöglichen.

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf elektronische Systeme und spezieller auf tragbare modulare elektronische Systeme mit symmetrischen Verbindungen zwischen den Modulen.
  • Zahlreiche prozessorgesteuerte elektronische Anwendungen (auch bezeichnet als „Geräte") sind entwickelt worden, wie tragbare digitale MP3-Audioplayer, digitale Festbild- oder Videokameras, digitale Stimmaufzeichnungsgeräte und persönliche Datenassistenten (Personal Data Assistants = PDAs). Einige dieser Anwendungen müssen an einen Personalcomputer (PC) angeschlossen werden um zu funktionieren, während andere unabhängige tragbare Geräte sind. Beispielsweise sind MP3-Abspielgeräte (Moving Picture Experts Group Layer 3 Standard) mit eingebauten Festplattenspeichern tragbar. Jedoch können sogar solche tragbaren Geräte nicht schnittstellenmäßig mit anderen Geräten verbunden werden ohne einen dazwischenliegenden PC und sind in sich selbst auf eine einzige Anwendung beschränkt.
  • Tragbare Datenspeichergeräte sind auch verfügbar, wie beispielsweise eine Plug-and-Play-Einheit, die automatisch erfasst wird als ein entfernbares Laufwerk, wenn sie an einen Universalserienbusport an einen Computer angeschlossen ist. Sie kann verwendet werden zum Lesen, Schreiben, Kopieren, Löschen und Bewegen von Daten hin zu oder weg von dem Festplattenlaufwerk und kann MP3-Dateien abspielen, Anwendungen bedienen oder Videos ansehen. Jedoch hat es eine beschränkte Speicherkapazität, und, da es in den Computer eingesteckt werden muß, ist das Gesamtsystem nicht tragbar.
  • Einige tragbare handgehaltene Computer haben einen Verbinder an der Unterseite, der es den Konsumenten ermöglicht, verschiedene Anwendungen einzuschnappen, wie eine Kamera, einen Globales-Positionierungssystem-(GPS-) Empfänger, Strichcodeabtastvorrichtung, ein Aufzeichnungsgerät oder Modem. Jedoch sind handgehaltene Computer auf nur eine einzige Anwendung zu einer Zeit beschränkt, und es gibt nur einen Weg, ein Anwendungsgerät relativ zu dem Computer zu positionieren.
  • Steuerungen, die einem Paar redundanter Festplattenlaufwerke zugeordnet sind, sind auch bekannt wie z. B. ein RAID-System (redundantes Array von Industriestandard-DIMMs (Doppelreihenspeichermodule)). Jedoch sind auch solche Systeme wieder nicht tragbar. Wenn sie mit einer tragbaren Anwendung wie einem MP3-Spieler verwendet wird, muß die Anwendung mit der Steuerung-/Speicher-Kombination verbunden sein und verliert daher ihre Tragbarkeit.
  • Es ist wichtig, daß jedes verbrauchererorientierte elektronische System leicht zusammenzubauen und zu betreiben ist. Wenn dem Konsumenten Optionen beim Konfigurieren des Systems für verschiedene Anwendungen gegeben werden sollen, ist es äußerst wünschenswert, daß das System einen Grad an Flexibilität in seinem Entwurf aufweist, so daß es Variationen in der Art tolerieren kann, wie es von verschiedenen nichtfachkundigen Konsumenten zusammengebaut wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein tragbares modulares elektronisches System oder ein Modul, das einen hohen Grad an Flexibilität bietet, zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß dem Anspruch 1 oder ein Modul gemäß dem Anspruch 15 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein tragbares modulares elektronisches System mit einer Mehrzahl von tragbaren Modulen in jeweiligen getrennten Gehäusen, die gegenseitig anfügbar und abnehmbar sind, um das System zu bilden, auf. Die elektrischen Verbinder auf den Modulen liefern elektrische Zwischen-Modul-Verbindungen, wenn die Module angebracht sind. Die elektrischen Verbinder haben jeweilige Symmetrien, die die elektrischen Zwischen-Modul-Verbindungen für mehrere unterschiedliche relative Orientierungen zwischen den Modulen einrichten.
  • Ein Modul bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse, eine Modulelektronik innerhalb des Gehäuses und einen elektrischen Verbinder auf, der federvorgespannt ist, um durch eine Wand des Gehäuses herauszuragen, um mit einem ähnlichen Verbinder eines anderen Moduls zusammenzupassen, wenn die zwei Module mechanisch miteinander verbunden werden, wobei der Verbinder elektrisch mit der Modulelektronik verbunden ist.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehemend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 und 2 perspektivische auseinandergezogene Ansichten von zwei Ausführungsbeispielen von einem tragbaren modularen elektronischen System mit elektrischen Zwischen-Modul-Verbindern gemäß der Erfindung;
  • 3 eine vereinfachte Schnittansicht von einem Anwendungsmodul mit einem Paar von gegenüberliegenden Verbindern, die durch flexible federnde Bahnen federvorgespannt sind;
  • 4 eine perspektivische Ansicht von einem der Verbinder, die in 3 gezeigt sind;
  • 5 eine Querschnittsansicht von einem Ende von einem Modul mit einem Verbinderstecker, der durch eine Schraubenfeder federvorgespannt ist;
  • 6 und 7 perspektivische Ansichten von quadratischen und ovalen Verbindersteckern, die mit der Erfindung verwendet werden können; und
  • 8 eine vereinfachte Querschnittsansicht von einem modularen elektronischen System mit Modulen, die entlang Querachsen angeordnet sind.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein tragbares modulares elektronisches System, das dem Konsumenten ermöglicht, das System mit nur einer Anwendung oder mit einer Anzahl an verschiedenen Anwendungen zusammenzubauen, und das Variationen bei den relativen Orientierungen der Module, wenn sie zusammengebaut sind, toleriert. Es ist sehr leicht für den ungelernten Konsumenten, das System für verschiedene Anwendungen passend zu machen, ohne Einschränkung auf ein spezielles Orientierungssystem. Dies liefert einen zusätzlichen Grad an „Verbraucherfreundlichkeit", da unterschiedliche ungelernte Leute die Module des Systems auf unterschiedliche Arten orientieren können.
  • Ein Beispiel eines solchen Systems ist in 1 dargestellt. Es besteht aus einem Speichermodul 2, das ein Paar unabhängiger redundanter Speicher 4 und 6 umfaßt, einem Steuerungsmodul 8 und wenigstens einem Anwendungsmodul, wobei ein Paar von Anwendungsmodulen 10 und 12 in der Figur gezeigt ist. Das Steuerungsmodul 8 steuert den Datenfluß zwischen dem Speichermodul 2 und den Anwendungsmodulen 10 und 12. Die verschiedenen Module können miteinander in einen handgehaltenen vereinheitlichten Stapel verbunden werden durch einen beliebigen zweckmäßigen mechanischen Verbindermechanismus, wie z. B. die Verbindungen 14, welche in gegenüberliegende Ausnehmungen 16 in benachbarten Modulen passen und die Module mit Schrauben 18 zusammenhalten, welche sich durch Öffnungen in den Verbindungen in ausgerichtete mit Gewinden versehene Löcher 20 in den Modulen hinein erstrecken. Nur eine Verbindung 14 ist in 1 dargestellt, aber zusätzliche Verbindungen oder andere Verbindermechanismen würden für jedes gegenüberliegende Paar von Modulausnehmungen geliefert werden.
  • Eine elektrische Zwischen-Modul-Kommunikation wird geliefert durch wechselseitig ausgerichtete elektrische Verbinder 22 auf gegenüberliegenden Flächen von benachbarten Modulen. In der Figur sind nur elektrische Verbinder auf den sichtbaren linksseitigen Flächen der Steuerung und der Anwendungsmodule gezeigt; zusätzliche Verbinder würden auf ihren gegenüberliegenden Flächen bereitgestellt werden. Da das Speichermodul 2 als ein Endmodul bei diesem Ausführungsbeispiel entworfen ist, sind die elektrischen Verbinder, nur auf seiner Seite vorgesehen, die derart dargestellt ist, dass sie dem Steuerungsmodul 8 zugewandt ist. Bei diesem Beispiel hat jede unabhängige Speichereinheit 4 und 6 ihren eigenen elektrischen Verbinder, wobei jeder derselben mit einem entsprechenden elektrischen Verbinder in dem Steuerungsmodul 8 ausgerichtet ist. Daher hat das Steuerungsmodul ein Paar von elektrischen Verbindern 22 auf seiner linken Seite, die dem Speichermodul 2 zugewandt ist, und einen einzigen elektrischen Verbinder auf seiner rechten Seite, die dem ersten Anwendungsmodul 10 zugewandt ist.
  • Die elektrischen Verbinder 22 können ein USB-Format mit zwei Leistungsleitungen und zwei Datenleitungen haben. Die verschiedenen Leitungen sind vorzugsweise als drei konzentrische leitfähige Ringe 22a, 22b, 22c und ein Mittelleiter 22d implementiert, welche mit entsprechenden Ringen und einem Mittelleiter in dem elektrischen Verbinder für das benachbarte Modul zusammenpassen, wenn die zwei Module zusammengebracht sind. Die konzentrischen Ringe sind symmetrisch um die Achse 24 der gestapelten Module und ermöglichen den verschiedenen Modulen mit allen gewünschten individuellen Drehorientierungen um die Achse zusammengebaut zu werden, ohne die Funktionalität des Systems einzuschränken. Die zugewandten Paare elektrischer Verbinder auf den Speicher- und Steuerungsmodulen sind auch auf ihren jeweiligen Modulen symmetrisch angeordnet, was diesen zwei Modulen ermöglicht, mit 180° im Hinblick aufeinander orientiert zu sein und trotzdem eine Ausrichtung zwischen gegenüberliegenden elektrischen Verbindern zu bewahren. Die Tragbarkeit des Systems wird dadurch verbessert, daß die elektrischen Verbinder bei diesem Ausführungsbeispiel mit ihren jeweiligen Modulen einstöckig sind, wobei die elektrischen Verbindungen zwischen benachbarten Modulen nicht eingerichtet sind, bis die Module positioniert sind, um mechanisch miteinander verbunden zu sein.
  • Dieses flexible Ausrichtungssystem macht es sehr leicht für den gelegentlichen Konsumenten, individuelle Module in ein gesamtes tragbares handgehaltenes System zusammenzubauen. Es ist unerheblich, ob die verschiedenen Module mit der Vorderseite nach oben oder nach unten ausgerichtet sind; ihre elektrischen Verbinder richten trotzdem Verbindungen mit benachbarten Modulen ein. Universelle mechanische Verbinder würden den Anwendungsmodulen gestatten, in jedem willkürlichen Drehwinkel um die Achse orientiert zu sein, während sie trotzdem die nötigen elektrischen Zwischen-Modul-Verbindungen beibehalten, und nicht die 180°-Orientierung, die durch die Verbindungen 14 ermöglicht wird. Ferner können die Anwendungsmodule vor der mechanischen Verbindung mit anderen Modulen um 180° um eine vertikale Achse 25 gedreht werden, was die Positionen von ihren linken und rechten Flächen, die in 1 dargestellt sind, umkehrt. Während dies den elektrischen Verbinder 22 auf der rechten Fläche des Anwendungsmoduls 10 in Kontakt mit dem Verbinder am Steuerungsmodul 8 wie unten erklärt plaziert, können die gegenüberliegenden elektrischen Verbinder für jedes Anwendungsmodul durch einen gemeinsamen Bus, der durch das Modul läuft, um jegliche elektrische Differenz zwischen den beiden Verbindern zu eliminieren, miteinander verbunden werden.
  • Die Positionen der Anwendungsmodule 10 und 12 innerhalb des Stapels können auch umgekehrt werden. Wenn sie miteinander verbunden sind, bilden die elektrischen Verbinder 22 und die internen Busse durch jedes Anwendungsmodul eigentlich einen einzigen gemeinsamen Bus für die Kette der Anwendungsmodule, was dem Steuerungsmodul 8 ermöglicht, mit jeglichem gewünschten Anwendungsmodul, mittels digitaler Codes, die vorher in dem Anwendungs- und Steuerungsmodul gespeichert wurden, zu kommunizieren. Daher wird ein Signal, das von dem Steuerungsmodul zu den Anwendungsmodulen übertragen wird, mit dem Code des Moduls eingeleitet, für welches das Signal vorgesehen ist, so daß nur jenes Modul tatsächlich das Signal verarbeitet. Rückkehrsignale sind in einer ähnlichen Weise codiert, um dem Prozessormodul zu ermöglichen, das Anwendungsmodul zu identifizieren, welches das Signal hervorbrachte, und den anderen Modulen anzuzeigen, das Wirken auf das Signal zu unterlassen.
  • Die redundanten Speicher 4 und 6 sind vorzugsweise Festplattenlaufwerke, es können aber auch Flash-Speicher oder irgendwelche anderen tragbaren Speichervorrichtungen mit gewünschter Kapazität, Schutz gegen Bewegung in einem tragbaren System und Kompatibilität mit dem Steuerungsmodul sein. Das System könnte auch mit nur einer Speichereinheit, wenn eine Redundanz nicht gewollt ist, oder mit mehr als einem redundanten Speicher, implementiert sein.
  • Die Speicher liefern eine Massendatenspeicherredundanz, welche es einem Speicher ermöglicht, zu übernehmen, wenn der andere ausgefallen ist oder verfälscht wurde. Sie werden auf eine gewöhnliche Master-Slave-Weise vom Steuerungsmodul betrieben, wobei eine Speichereinheit als der ursprüngliche Speicher und die andere als eine Sicherung (Backup) handelt. Da sie bevorzugt dieselben Daten speichern, können sie mit dem Steuerungsmodul in jeder Speicherposition verbunden sein. Wenn eine Speichereinheit ausfällt, wird sie einfach vom System abgetrennt, wenn es gewünscht wird, und durch eine neue Einheit ersetzt, wobei das Steuerungsmodul die Daten, die in der verbleibenden Speichereinheit gespeichert sind, in die neue kopiert. Die Speichereinheiten 4, 6 sind mit dem Steuerungsmodul 8 durch getrennte Sätze von Verbindungen 14 verbunden, um den unabhängigen Ersatz der Einheiten zu ermöglichen.
  • Das Steuerungsmodul 8 umfaßt typischerweise eine Anzeige 26 und eine Nutzerschnittstellenanschlußfläche 28, welche dem Konsumenten ermöglicht, die gewünschten Befehle einzugeben. Die Steuerung ist mit einem Batteriefach versehen, um Leistung für all die Module in dem System durch die Leistungsbusse, die von elektrischen Verbindern 22 und einer internen Modulschaltungsanordnung geliefert werden, zu liefern. Ein Leistungstor 30 kann auch für eine externe Leistungsquelle geliefert werden, obwohl das System in tragbarer Verwendung normalerweise von seiner Batterie (Batterien) betrieben werden würde.
  • Jede gewünschte Anzahl von Anwendungsmodulen kann in den Stapel integriert sein mit einem großen Grad an Flexibilität in ihren Orientierungen, wie oben beschrieben. Dies macht es möglich, die Daten an einem leicht tragbaren Standort zu speichern und ihn von vielen Anwendungen zugreifbar zu haben. Verschiedene Typen von Befestigungen, Klemmen und Halterungen, die von den elektrischen Verbindern getrennt sind, können für die mechanische Zwischen-Modul-Verbindung verwendet werden. Ein äußeres Gehäuse, in dem die verschiedenen Module plaziert sind, könnte auch vorgesehen sein mit einer anpaßbaren Endplatte oder ähnlichem, um die Module zusammen mit ihren benachbarten elektrischen Verbindern in Kontakt miteinander zu halten. Jedoch wäre dies sperriger und weniger flexibel.
  • Einer der Vorteile von dem System ist, daß es eine Verbindung von mehreren Anwendungsmodulen ermöglicht, welche nicht nur in ihrer Funktion unterschiedlich sind, sondern auch in ihren Abmessungen entlang der Systemachse 24. Die Modulabmessungen in anderen Richtungen können auch variiert werden. Indem man die Verbinder 22 in den Zentren ihrer jeweiligen Flächen hält, ermöglicht das System die Einlagerung von kleineren oder unterschiedlichen geformten Modulen, die in Zukunft entwickelt werden können.
  • Die Steuerungsdatenrate ist typischerweise größer als jene für jede einzelne Anwendung, was es möglich macht, mehrere Anwendungsmodule gleichzeitig von einem einzigen Steuerungsmodul zu bedienen. Die Anwendungsmodule können Puffer nutzen, um die Steuerungsdaten zu speichern.
  • Ein alternatives modulares System ist in 2 veranschaulicht mit zwei unabhängigen redundanten Speichereinheiten 4a und 6a in einem gemeinsamen Speichermodulgehäuse 2a. Die zwei Speichereinheiten können unabhängig voneinander von dem Gehäuse entfernt und ersetzt werden. Nur ein einziger elektrischer Verbinder 22 ist auf jeder Seitenfläche des Gehäuses entlang der Systemachse vorgesehen, wobei jede Speichereinheit 4a und 6a mit den gemeinsamen Daten- und Leistungsbussen, welche durch das Modul zwischen seinen gegenüberliegenden elektrischen Verbindern laufen, verbunden ist. Das Steuerungsmodul 8a unterscheidet zwischen den zwei Speichereinheiten mittels herkömmlicher Identifikationscodes, die jeder Einheit zugeordnet sind.
  • Da das Speichermodul 2a nur einen einzigen elektrischen Verbinder 22 an jeder gegenüberliegenden Fläche hat, kann es an jeder gewünschten Stelle innerhalb des Stapels plaziert werden und ist nicht auf eine Endstelle wie in 1 gezeigt eingeschränkt. Das Speichermodul 2a ist statt dessen als zwischen dem Steuerungsmodul 8a und dem Anwendungsmodul 10 angeordnet gezeigt. Da das Steuerungsmodul nur einen einzigen elektrischen Verbinder verwendet, um eine Schnittstelle mit dem Speichermodul zu bilden, werden die elektrischen Verbinder auf seinen gegenüberliegenden Flächen auch an der Systemachse zentriert, was dem Steuerungsmodul ermöglicht, gleichsam an jedem zweckmäßigen Ort innerhalb des Stapels positioniert zu werden. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Steuerungsmodul 8a am Ende des Stapels, wobei einer seiner elektrischen Verbinder mit dem Speichermodul 2a ausgerichtet ist, und der elektrische Verbinder auf seiner gegenüberliegenden Fläche freiliegend ist. Der freiliegende Verbinder könnte mit einer Abdeckung bedeckt sein, falls gewünscht, oder ein anderes Anwendungsmodul könnte mit dieser Seite des Steuerungsmoduls verbunden sein. Da das Steuerungsmodul mit allen anderen Modulen über einen gemeinsamen Daten- und Leistungsbus, der durch die verbundenen Module läuft, kommuniziert, und jedes unterschiedliche Modul durch seinen jeweiligen Identifikationscode identifiziert, kann der Stapel mit den verschiedenen Modulen in jeder willkürlichen Position zusammengebaut sein. Dies macht es für den Neulings-Konsumenten sehr leicht, es zu verwenden. Wenn ein besonderes Anwendungsmodul nicht länger gewünscht wird, kann es von dem Stapel einfach entfernt werden. Wenn es eine Zwischenposition in dem Stapel besetzt, würde es von den Modulen auf jeder der beiden Seiten abgetrennt und entfernt werden, und die verbleibenden Module würden wieder miteinander verbunden werden. Neue Anwendungsmodule können einfach hinzugefügt werden durch Verbinden derselben mit einem der beiden Enden des existierenden Stapels oder durch Abtrennen der zwei Module, dazwischen Einfügen des neuen Anwendungsmoduls und Wiederverbinden der Module an das neue Anwendungsmodul, falls gewünscht. Sobald das Steuerungs- und das Speichermodul bzw. die Speichermodule an die gewünschten Anwendungsmodule angeschlossen worden sind, verhalten sie sich wie eine einzige Vorrichtung.
  • Eine vereinfachte Blockschnittansicht des Anwendungsmoduls 10 mit seinen elektrischen Verbindern wird in 3 gegeben. Das Modul umfasst ein äußeres Gehäuse 32 mit elektrischen Verbindern 22, die durch Öffnungen in gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses leicht über die äußere Gehäuseoberfläche hinaus und allgemein bis zu ungefähr 1 mm, obwohl dieses Herausragen verändert werden kann, herausragen. Diese Verbinderanordnung gestattet dem Modul, zusammen mit anderen Modulen in einem linearen Stapel zusammengebaut zu sein. Wenn aus einem bestimmten Grund eine nichtlineare Anordnung von Modulen gewünscht ist, können einer oder beide der Verbinder 22 in unterschiedlichen und/oder zusätzlichen Wänden von einem Modul plaziert werden.
  • Die elektronische Schaltungsanordnung des Moduls ist allgemein durch Block 34 angezeigt. Sie umfaßt einen programmierten Identifikationscode, der das Modul von anderen Anwendungsmodulen unterscheidet. Daten- und Leistungsbusse 36 und 38, die elektrische Leiter oder optische Busse sein können, erstrecken sich durch das Innere des Moduls zwischen entsprechenden leitenden Ringen und den Mittelleitern der gegenüberliegenden Verbinder 22. Zwei Daten- und zwei Leistungsbusse sind in der USB-Konfiguration umfasst, aber nur einer von jedem ist aufgrund der Einfachheit gezeigt. Die Modulelektronik greift die Daten- und Leistungsbusse an den Abgriffen 40 und 42 ab, um Leistung und Zweiweg-Kommunikation mit dem Speichermodul zu liefern unter der Steuerung des Steuerungsmoduls und der Benutzerschnittstelle des Anwendungsmoduls. Die Elektronik innerhalb anderer Anwendungsmodule würde die Daten- und Leistungsbusse auf ähnliche Weise abgreifen, welche sich elektrisch durch alle Anwendungsmodule durchgehend erstrecken würden (und auch durch die Steuerungs- und Speichermodule bei dem Ausführungsbeispiel von 2).
  • Die Verbinder 22 können mit Kunststoff oder anderen dielektrischen Steckern implementiert sein, in welche die leitenden Ringe 22a, 22b, 22c und ein Mittelleiter 22d gesetzt sind, wobei die Stecker mechanisch durch eine Federvorspannung hin zu inaktiven Positionen vorgespannt sind, die leicht über die Grenzen des Modulgehäuses 54 herausragen. Eine geeignete Federvorspannung ist eine flexible federnde Bahn 44, welche an ihrem äußeren Umfang an das Innere des Gehäuses und an ihrem zentralen Bereich an den Verbinderstecker angebracht ist, um den Stecker nach außen vorzu herum, um seinen Weg vom Gehäuse nach außen zu begrenzen. Wenn das Gehäuse 10 gegen das Gehäuse für ein benachbartes Modul anstößt, schieben sich die gegenüberliegenden Verbinderstecker gegenseitig zurück in ihre jeweiligen Module, bis ihre äußeren Flächen im wesentlichen bündig sind mit den Wänden, durch welche sie herausragen, wobei die Federkraft der Bahn 44 sie nach außen gegen den zusammenpassenden Verbinder in dem anderen Modul drängt. Ein fester elektrischer Kontakt zwischen den zwei Modulen wird dadurch eingerichtet.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Verbindersteckers 22 ist in 4 perspektivisch gezeigt. Da die leitenden Ringe 22a, 22b, 22c kreisförmige Zylinder sind, richten sie eine 360°-Symmetrie ein, die benachbarten Modulen ermöglicht, mit jedem willkürlichen Drehwinkel zwischen denselben relativ zu der Systemachse positioniert zu sein. Während in der Praxis der rechtwinklige Querschnitt der Modulgehäuse in 1 und 2 jedes folgende Modulpaar auf wechselnde 180°-Drehorientierungen um die Systemachse beschränken kann und ein quadratischer Querschnitt die Zwischen-Modul-Winkelorientierung auf 90°-Schritte beschränken kann, stammen solche Einschränkungen von der Gehäuseform und nicht von den symmetrischen Verbindern, welche zu unbeschränkten Drehorientierungen ohne Rücksicht auf die Gehäuseform fähig sind. Wenn man den Gehäusen einen kreisförmigen Querschnitt geben würde, würde dies einen unbeschränkten Grad an Variation in den relativen Drehorientierungen zwischen den Modulen liefern.
  • 5 veranschaulicht eine alternative Form einer Federvorspannung für den Verbinderstecker 22, in welcher eine Schraubenfeder 48 zwischen einem Anschlag 46 auf dem Stecker und einem Flansch 50, der sich von der Wand des Gehäuses 10 aus erstreckt, angeordnet ist. Eine zentrale Öffnung 52 durch den Flansch hindurch ermöglicht den Durchlaß von Verbinderdrähten oder optischen Signalen zwischen dem Stecker und der inneren Modulelektronik. Andere Formen Stecker und der inneren Modulelektronik. Andere Formen einer Federvorspannung, wie z. B. eine Auslegerfeder, können auch verwendet werden.
  • 6 und 7 veranschaulichen Verbinderstecker 54 und 56 mit quadratischen bzw. ovalen Querschnitten und entsprechenden quadratischen bzw. ovalen leitenden Ringen 58 und 60. Wie bei dem runden Steckerquerschnitt von 4 sind die leitenden Ringe und der Mittelleiter vorzugsweise mit Gold plattiert. Die quadratische Konfiguration von 6 ermöglicht 90°-Variationen in den relativen Winkel-Orientierungen zwischen benachbarten Modulen, während der ovale Stecker von 7 180°-Variationen ermöglicht.
  • 8 ist eine vereinfachte Ansicht, die eine Variation veranschaulicht, in der eine Reihe von Modulen 62a, 62b, 62c, 62d miteinander entlang einer Hauptachse 64 gekoppelt sind, wie oben beschrieben, wobei ein oder mehrere zusätzliche Module 66a, 66b entlang einer Querachse zu einem Hauptachsenmodul 62b gekoppelt sind. Hierfür wird ein Modul 62b mit zusätzlichen Verbindern 68 durch Gehäusewände versehen, die parallel zur Hauptachse 64 sind. Die zusätzlichen Module können nur einen einzigen Verbinder, wie für Modul 66a veranschaulicht, oder mehrere Verbinder, wie für Modul 66b veranschaulicht, haben, um eine Verbindung mit weiteren Modulen von der Hauptachse 64 weg zu ermöglichen. Das System ist flexibel und kann so entworfen sein, um eine große Anzahl an Modulen in vielen unterschiedlichen geometrischen Konfigurationen unterzubringen.
  • Das modulare System, das beschrieben worden ist, ermöglicht, daß eine flexible Anzahl an elektronischen Anwendungen in einem tragbaren handgehaltenen System integriert wird ohne Rücksicht auf eine spezifische Orientierung. Während spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt worden sind, werden zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsbeispiele für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein. Beispielsweise kann man sich andere Symmetriegrade zwischen gegenüberliegenden Verbindern in benachbarten Modulen vorstellen, wie man sich andere Mechanismen vorstellen könnte, um symmetrische Zwischen-Modul-Verbindungen einzurichten, zum Beispiel Bereitstellen von leitenden Ringen direkt durch die Wände der Module selbst ohne getrennte Verbinderstecker. Viele unterschiedliche Modulformen können untergebracht werden, und die Anzahl der unterschiedlichen Anwendungsmodule, die unterstützt werden, wird nur durch die Kapazitäten und Datenraten der Speicher- und Steuerungsmodule und durch Gesamtgrößenbeschränkungen für das zusammengebaute System beschränkt. Ferner könnte ein bestimmtes Modul nur einen oder mehr als zwei Verbinder haben, von denen einige auf benachbarten Wänden des Moduls, die zueinander winklig stehen, vorgesehen sein könnten. Demgemäß sollte die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims (22)

  1. Tragbares modulares elektronisches System mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl tragbarer Module (2, 8, 10, 12) in jeweiligen getrennten Gehäusen, die wechselseitig anbringbar und lösbar sind, um das System zu bilden; und jeweiligen elektrischen Verbindern (22) auf den Modulen, die elektrische Zwischen-Modul-Verbindungen liefern, wenn die Module angebracht sind, wobei die Verbinder entsprechende Symmetrien haben, die die elektrischen Zwischen-Modul-Verbindungen für mehrere verschiedene relative Orientierungen zwischen den Modulen einrichten.
  2. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Module, wenn sie aneinanderangebracht sind, eine Systemachse (24) einrichten, wobei zumindest einige der Verbinder (22) symmetrisch um die Achse sind.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verbinder federvorgespannte dielektrische Stecker mit wechselseitig beabstandeten leitenden Ringen (22a, 22b, 22c) innerhalb der Stecker aufweisen.
  4. System gemäß Anspruch 3, bei dem die Stecker durch Öffnungen in den jeweiligen Modulen herausragen, wobei ihre jeweiligen Federvorspannungen sie teilweise über die Grenzen ihrer jeweiligen Module positionieren, wenn die Module voneinander gelöst sind.
  5. System gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem die Stecker von benachbarten Modulen gegeneinander federvorgespannt sind, um elektrische Zwischen-Modul-Verbindungen einzurichten, wenn die Module aneinander angebracht sind.
  6. Das System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Stecker durch jeweilige flexible federnde Bahnen (44) federvorgespannt sind.
  7. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Stecker durch jeweilige Schraubenfedern (48) federvorgespannt sind
  8. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Ringe (22a, 22b, 22c) zylindrisch sind.
  9. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, das ferner jeweilige Mittelleiter in den Steckern und innerhalb der Ringe aufweist.
  10. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest einige der Module die elektrischen Verbinder auf gegenüberliegenden Seiten derselben umfassen.
  11. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Module mit elektrischen Verbindern auf ihren gegenüberliegenden Seiten eine Systemachse bilden, wenn sie aneinander angebracht sind, und die elektrischen Verbinder von zumindest einigen Modulen um die Achse zentriert sind.
  12. System gemäß Anspruch 11, bei dem zumindest einige der Module einen elektrischen Verbinder haben, um ein anderes Modul quer zur Systemachse (24) anzubinden.
  13. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem zumindest eines der Module nur einen einzigen elektrischen Verbinder umfasst.
  14. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Module ein Steuerungs- (8), ein Speicher- (2) und zumindest ein Anwendungsmodul (10, 12) aufweisen.
  15. Modul für ein tragbares modulares elektronisches System mit folgenden Merkmalen: einer Modulelektronik (34) innerhalb eines Gehäuses (32); und einem ersten elektrischen Verbinder (22), der federvorgespannt ist, um durch eine erste Wand des Gehäuses nach außen herauszuragen, um mit einem elektrischen Verbinder auf einem anderen Modul zusammenzupassen, wenn die zwei Module mechanisch miteinander verbunden sind, wobei der erste elektrische Verbinder elektrisch mit der Modulelektronik verbunden ist.
  16. Modul gemäß Anspruch 15, wobei das Modul eine Achse (24) und den ersten elektrischen Verbinder hat, der symmetrisch zur Achse ist.
  17. Modul gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem der erste Verbinder einen dielektrischen Stecker mit wechselseitig beabstandeten konzentrischen leitenden Ringen innerhalb des Steckers aufweist.
  18. Modul gemäß Anspruch 17, das ferner einen Mittelleiter innerhalb des Steckers in den Ringen aufweist.
  19. Modul gemäß Anspruch 17 oder 18 bei dem der Stecker durch eine flexible federnde Bahn federvorgespannt ist.
  20. Modul gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem der Stecker durch eine Schraubenfeder federvorgespannt ist.
  21. Modul gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, das ferner einen zweiten elektrischen Verbinder (22) aufweist, der federvorgespannt ist, um durch eine zweite Wand des Gehäuses nach außen herauszuragen, um mit einem elektrischen Verbinder (22) eines anderen Moduls zusammenzupassen, wenn die zwei Module mechanisch miteinander verbunden sind, wobei der zweite elektrische Verbinder elektrisch mit der Modulelektronik verbunden ist.
  22. Modul gemäß Anspruch 21, wobei das Modul eine Achse hat, und der erste und zweite elektrische Verbinder auf jeweiligen gegenüber liegenden Wänden der Module beide symmetrisch um die Achse sind.
DE10355143A 2003-04-23 2003-11-26 Tragbares modulares elektronisches System mit symmetrischen Verbindungen Withdrawn DE10355143A1 (de)

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US422141 1989-10-16
US10/422,141 US6869320B2 (en) 2003-04-23 2003-04-23 Portable modular electronic system with symmetrical connections

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