DE19613491A1 - Transponder-Armbanduhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Armbanduhr gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.

Eine solche Transponder-Armbanduhr ist etwa als "SkiData-KeyWatch" auf dem Markt (vgl. DIALOG Heft 2/1991 Seite 33). Sie dient als Berechtigungsausweis und Abbuchungskonto für elektronische Zutritts- und Abrechnungssysteme, etwa zur Benutzung von Skiliften, Parkgaragen, Mautstraßen, Bädern oder Hotelange­ boten. Ihr Chip enthält einen Speicher, der als unveränderliche Information eine Kennung beinhaltet, an die eine Nutzungsberechtigung für ein bestimmtes Dienst­ leistungsangebot vergeben werden kann. Ein variabler Speicherinhalt stellt ein ab­ buchbares Guthabenkonto dar, welches auch wieder aufgefüllt werden kann. Die Kommunikation mit einem Computer zur Auswertung und ggf. Veränderung des Speicherinhalts erfolgt über eine Funkschnittstelle im niederfrequenten Mittelwel­ lenbereich, wie in der EP 0 582 137 A2 als solches näher beschrieben: Bei hinrei­ chender Annäherung an die sendende Funkschnittstelle nimmt die auf das Hochfre­ quenzfeld abgestimmte Antennenspule des Transponders genügend Hochfrequen­ zenergie auf, um für das Auslesen und ggf. Beschreiben des Transponderspeichers über einen Gleichrichter die erforderliche Betriebsspannung zur Verfügung zu stellen. Es handelt sich also um einen sogenannten passiven Transponder, weil er ohne eigene Energiequelle arbeitet. Insbesondere belastet der Transponder nicht die Energiequelle der Armbanduhr. Die aus dem Speicher ausgelesene Information steuert einen Modulator, mittels dessen die Transponderantenne im Rhythmus der aus dem Speicher ausgelesenen Binärinformation bedämpft wird und somit dem eingespeisten Hochfrequenzfeld Energie entzieht. Das ist in der Funkschnittstelle als Amplitudenmodulation detektierbar, so daß auf diese Weise die aus dem Spei­ cher abgerufene Information drahtlos in den Computer übermittelbar ist. Wird an­ dererseits sendeseitig die abgestrahlte Hochfrequenzenergie moduliert, dann kann das im Transponder detektiert und in eine abzuspeichernde Information umgesetzt werden, um beispielsweise ein Guthabenkonto im Transponder-Speicher nach Ab­ buchen bzw. nach Auffüllen auf den aktuellen Wert zu setzen.

Bei am Markt erhältlichen Transponder-Armbanduhren liegt die Antennenspule als flache dünne Luftspule sehr großen Durchmessers in einem Ringraum, der im nichtmetallischen Uhrgehäuse zwischen einem zentralen Aufnahmebereich für das Werk und der äußeren Gehäusewandung dafür freigespart ist. Das vergrößert den Durchmesser des Uhrgehäuses überproportional, wenn ein preisgünstigeres, da größer bauendes, Werk eingesetzt werden soll.

Der Erfindung liegt die technische Problematik zugrunde, flexiblere Möglichkeiten für die Ausstattung einer Armbanduhr mit einem Transponder zu eröffnen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmalsalternativen der Hauptan­ sprüche gelöst. So ist die Anbringung der Luft spule unter dem Uhrglas ohne Ein­ fluß auf den Durchmesser des Uhrgehäuses, welches somit nach modischen, tech­ nischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten dimensioniert werden kann, ohne dabei auf den Transponder Rücksicht nehmen zu müssen, dessen Antennenspule koaxial zum Zifferblatt unter dem Rande des Uhrglases umläuft. Diese Spule stellt damit zugleich ein dekoratives Element hinsichtlich der Ausgestaltung der Arm­ banduhr dar. Das Uhrgehäuse kann jetzt sogar metallisch sein, bzw. ein Kunststoff-Uhrgehäuse kann aus dekorativen Gründen mit einem metallischen Glasreif (Lunette) versehen werden, dann ist lediglich darauf zu achten, daß (radial gemes­ sen) einige Millimeter Abstand zwischen dem umlaufenden Metallteil und dem Au­ ßendurchmesser der unter das Uhrglas geklebten Luftspule eingehalten bleibt. Sonst könnten Dämpfungseinflüsse die notwendige Annäherung der Transponder­ spule an die Funkschnittstelle zu stark reduzieren.

Noch zweckmäßiger kann es sein, Kunststoff-Austauschteile des Uhrgehäuses - wie auf der Sicht- oder Vorderseite den Lunettenring, oder auf der Rückseite den Bat­ teriedeckel oder den gesamten Gehäuseboden (mit Batteriedeckel, oder den Batte­ riedeckel umgebend) - mit einer eingeklebten oder eingespritzten Transponder-Luftspule auszustatten. Dann kann eine ganz normale Armbanduhr im Zuge der Endmontage oder auch nachträglich zur Transponderuhr umgestaltet werden, in­ dem einfach der entsprechend mit der Luftspule samt Chip bestückte Lunettenring, Batteriefachboden oder Gehäuseboden gegen das unbestückte Standardteil ausge­ tauscht wird, denn eine funktionale Verknüpfung zwischen der Uhr und dem Transponder ist nicht gegeben, weshalb dieser Austausch jederzeit problemlos möglich ist.

Die Antennen-Luftspule des Transponders muß nicht (als bei diesen Abmessungen handhabungskritische) frei gewickelte Spule realisiert sein. Zweckmäßiger ist die Ausgestaltung als bogenförmige Leiterbahnen-Kaschierung auf einem starren oder flexiblen Träger, zumal damit zugleich eine Montagefläche für den an die Spule­ nenden zu bondenden Chip gegeben ist, vgl. die Darstellung in der älteren Pa­ tentanmeldung 1 95 38 917.

Wenn es sich bei der Transponder-Antennenspule dagegen um eine Ferritstab- Spule (wie im Falle der am Markt anzutreffenden TIRIS-Glasröhrchentransponder der Fa. Texas Instruments) handelt, dann ist zweckmäßigerweise am Kunststoff- Uhrgehäuse eine seitliche Ausbuchtung zur Aufnahme dieses Ferritstabes (mit auf­ gewickelter Antennenspule und an diese angeschlossenem Chip) vorgesehen. Diese Ausbuchtung kann etwa als unsymmetrisches Uhrengehäuse realisiert sein, also etwa seitlich der Krone gegenüber liegend, oder einer der Bandanschluß-Bereiche wird dekorativ verdickt ausgestaltet, um darin den Ferritstab-Transponder unter­ zubringen. Dabei kann vorgesehen sein, standardmäßig am Uhrgehäuse lediglich entsprechende verschließbare Hohlräume auszusparen, in die dann und nur dann ein Transponder-Ferritstab eingeschoben wird, wenn die Uhr als Transponder- Armbanduhr eingesetzt werden soll. Denn elektrische Anschlüsse an die Elektronik oder Stromversorgung des Uhrwerks selbst sind wie gesagt ja nicht erforderlich.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird außer auf die Ansprüche und die ab­ schließende Zusammenfassung auf nachstehende Beschreibung der Zeichnung Be­ zug genommen, in der Anordnungs-Beispiele für die Transponder-Antenne symbo­ lisch vereinfacht und nicht ganz maßstabsgerecht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Einbau von Luftspulen in Armbanduhren und

Fig. 2 den Einbau von Ferritstab-Antennen.

Die in der Zeichnung skizzierten Armbanduhren 10 sind fest oder austauschbar mit Transpondern 11 ausgestattet. Deren magnetischen Antennen 12 sind im Falle der Fig. 1 als Luftspulen 13 ausgebildet. Bei diesen handelt es sich z. B. um freitragend gewickelte Zylinderspulen, deren axiale Höhe klein ist im Vergleich zur radialen Breite, die wiederum sehr klein ist im Vergleich zum Innen- oder Außendurchmes­ ser der Spule 13, oder es handelt sich um im wesentlichen spiralförmig verlaufende Leiterbahnen auf einem flachen ringförmigen Schaltungsträger. Anfang und Ende der Spule 13 sind an einen Chip 14 angeschlossen, dessen Querschnittsabmessun­ gen höchstens in der Größenordnung der Ringbreite der Spule 13 liegen. Die inte­ grierte Schaltung des Chip 14 kann eine Abstimm-Kapazität, mit der die Spule 13 auf Parallelresonanz zum Abfragefeld (typisch um 120 kHz) eingestellt ist, und einen geglätteten Einweggleichrichter enthalten, sowie auf jeden Fall einen Spei­ cher, der zumindest teilweise als Nurlese-Speicher für eine vorgegebene Identin­ formation betreibbar ist.

Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1a ist die Luft-Spule 13 als dekorati­ ves Element, also sichtseitig, unter dem Uhrglas 15 der Armbanduhr 10 angeord­ net. Für den Fall, daß der Glasreif (Lunette 16) oder das Gehäuse 17 der Arm­ banduhr 10 aus Metall besteht, ragt der Außenrand der Spule 13 nicht bis an die Lunette 16 heran, sondern es verbleibt ein radialer Abstand 18 in der Größenord­ nung der radialen Breite der Spule 13 (ca. 2 mm), um eine zu starke Bedämpfung der induktiven Kopplung bei der Annäherung der Transponder-Antenne 12 an die Funkschnittstelle zu vermeiden.

Wenn wie im Falle der Beispielsdarstellung in Fig. ib der Transponder 11 in einer verdrehbar oder starr auf dem Gehäuse 17 gehalterten Lunette 16 angeordnet ist (in einen Ringhohlraum eingelegt oder in ihr Kunststoffmaterial eingespritzt), dann wird diese Lunette 16 zweckmäßigerweise als Austauschteil ausgelegt welches als Verzierung nachträglich auf die komplettierte Armbanduhr 10 aufgesetzt werden kann, wenn diese als Transponderuhr Einsatz finden soll. Durch unterschiedliche Form- oder Farbgebung der Lunette 16 im Zuge der Bestückung des Uhrgehäuses 17 kann der Armbanduhr 10 ein unterschiedliches Aussehen gegeben werden, wel­ ches damit zugleich eine informative Wechselbeziehung zur Transponderfunktion aufweisen kann. So kann durch die Farb- oder Formgebung der mit der Spule 13 samt Chip 14 ausgestatteten Lunette 16 zum Ausdruck gebracht werden, ob der Transponder 11 einen saldierenden Speicher, und in diesem Falle einen nur ab­ buchbaren oder auch wieder aufwertbaren Speicher, enthält.

Für einen anderen Beispielsfall des nachträglich oder austauschbar, nun rückseitig applizierten Transponders 11 ist gemäß Fig. 1c die Integration der Luft-Spule 13 samt Chip 14 in den Rand oder in den umlaufenden Flansch des Deckels 19 vorge­ sehen, mit dem rückwärtig die Batterieöffnung einer Armbanduhr 10 verschließbar ist. Dabei kann der Batterie-Deckel 19 sich auch entgegen der Darstellung in Fig. 1c über die gesamte Rückseite des Gehäuses 17 erstrecken und somit Bodenfunk­ tion für das Gehäuse 17 wahrnehmen, oder der aus Kunststoff gespritzte (und in sich den separaten Batteriedeckel 19 aufnehmende) Gehäuse-Boden 20 ist seiner­ seits mit der eingelegten oder eingeformten Luft-Spule 13 samt Chip 14 des Trans­ ponders 11 ausgestattet.

So können beliebig ausgestalteten Armbanduhren 10 mit hinsichtlich ihrer Abmes­ sungen standardisierten Lunetten 16, Batteriedeckeln 19 oder Gehäuseböden 20 ausgestattet werden, welche wahlweise mit oder ohne Transponder 11 ausgerüstet sind, um die Armbanduhr 10 als normale oder als Transponder-Armbanduhr zu tragen. In letzterem Falle ist die Uhr 10 in Richtung der Spulenachse, also mit dem Glas 15 oder dem Boden 20 voraus, der Funkschnittstelle anzunähern, um den Transponder 11 in Betrieb zu setzen.

Der Einsatz eines Transponders 11 mit Ferritstab-Antenne 12 gemäß Fig. 2 er­ bringt den Vorteil kleineren Durchmessers der Antennen-Spule 13 bei einer Orien­ tierung ihrer Spulenachse abweichend von der Achse des Armbanduhren-Gehäuses 17 gemäß Fig. 1. So ist die Spulenachse im Beispielsfalle der Fig. 2a parallel zur Hauptebene des Gehäuses und quer zu seiner Achse, also quer zur Achse der Zei­ gerwellen in Richtung zwischen den Armband-Anschlüssen 21 orientiert. In diesem Falle ist eine optimale magnetische Kopplung zur Funkschnittstelle gegeben, wenn der Träger der Armbanduhr 10 sich ihr mit der Hand voraus annähert. Der Trans­ ponder 11 ist bei Fig. 2a seitlich neben dem Uhrwerk und dem Uhrglas 15 in einer unsymmetrischen Ausbuchtung des Gehäuses 17 untergebracht. Er kann nachträg­ lich in einen eingangsseitig verschließbaren, sacklochformigen Hohlraum 22 einge­ schoben werden, wenn die Standard-Armbanduhr 10 nachträglich zum Gebrauch als Transponder-Uhr aufgerüstet werden soll.

Quer dazu liegt im Beispielsfalle der Fig. 2b die Ferritstab- und somit die Anten­ nenachse, wo der Hohlraum 22 in demjenigen Bereich des Gehäuses 17 vorgesehen ist, an dem der Anschluß 21 für ein Armband 23 liegt. Zweckmäßigerweise wird ein Anschluß 21 dann soweit vergrößert, daß er den Hohlraum 22 für den Trans­ ponder 11 aufnehmen kann. Jetzt ist der die Uhr 10 tragende Arm seitlich an die Funkschnittstelle anzunähern.

Claims (4)

1. Armbanduhr (10) mit passivem Transponder (11) aus Chip (14) und Anten­ nen-Spule (12-13), dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (12) am Uhr-Gehäuse (17) vorderseitig unter dem Uhrglas (15) oder in der dieses umgebenden Lunette (16) angeordnet ist, oder aber rückseitig im Batteriefach-Deckel (19) oder im Gehäuse-Boden (20).

2. Armbanduhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lunette (16) bzw. der Batteriefach-Deckel (19) bzw. der Gehäuse- Boden (20) als nachrüstbare Austauschteile für Armbanduhr-Gehäuse (17) ausgelegt sind.

3. Armbanduhr (10) mit passivem Transponder (11) aus Chip (14) und Anten­ nen-Spule (12-13), dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (12) am Uhrgehäuse (17) in einer seitlichen Erweiterung an­ geordnet ist, die der Krone gegenüber oder im Bereiche eines Armband- Anschlusses (23-21) zur Aufnahme eines Ferritstab-Transponders ausgebildet ist.

4. Armbanduhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhrgehäuse-Erweiterung mit einem Hohlraum (12) zur nachrüstbaren oder austauschbaren Aufnahme eines Ferritstab-Transponders (11) in der oder quer zu der Richtung zwischen den Armband-Anschlüssen (23-21) ausgebildet ist.