CH668451A5 - Vorrichtung zur elektromagnetischen verriegelung an einem schliesszylinder fuer ein mechanisch/elektronisches schliess-system. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Verriegelung an einem Schliesszylinder gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ausgehend von einer elektromagnetischen Verriegelung an einem Schliesszylinder gemäss Stand der Technik (bspw. EP-Anmeldung 83 810 551.8) zur Blockierung oder Freigabe der Relativbewegung zwischen Rotor und Stator, stellt sich die Erfindung die Aufgabe eine elektromagnetische Verriegelung weiter auszubilden, so dass sie ein verbessertes Sicherheitsverhalten bezüglich Öffnungs-/Schliessfunktion, bei Betriebsversagen wie Stromausfall etc. oder bei Ausfall von Sicherheitselementen und gegen Einbruchsversuche aufweist.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Erfindung gelöst. Bei einem elektromagnetisch zu verriegelnden Schliesszylinder wird der Rotor entweder durch den ihm zugeordneten mechanischen Schlüssel und/oder durch die elektromagnetische Verriegelung gemäss Erfindung zu einer Öffnungsdrehung freigegeben.
Ein elektromagnetisch verriegelbarer Schliesszylinder hat den Vorteil, dass er bspw. elektronisch, zeitgesteuert, programmiert etc. über elektromagnetische Mittel freigegeben werden kann. Ein zum Schliesszylinder gehörender Schlüssel kann dann elektronische und mechanische oder nur mechanische Öffnungsmittel aufweisen, die elektromagnetische Verriegelung kann zu ihrer Auslösung auch unabhängig vom Schlüssel bspw. fernbedient werden.
Anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit Hilfe der nachfolgend aufgeführten Figuren erklärt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines elektromagnetischen Verriegelungsmittels gemäss Stand der Technik zur bspw. Weiterbildung gemäss Erfindung.
Fig. 2 und Figur 3 zeigen im Längsschnitt das elektromagnetische Verriegelungsmittel gemäss Erfindung in einen elektromagnetischen Basisteil und einen Abtastteil zerlegt.
Fig. 4 und Fig. 4A bis 4C zeigen ein Beispiel einer Gleitkulisse als Ring ausgestaltet für den Eingriff des Abtastteils, bzw. drei Ansichten bezogen auf die Abwicklung dieser Kulisse.
Fig. 5A, 5B, 5C zeigen das Verriegelungsmittel gemäss Erfindung in drei Betriebszuständen.
Fig. 6A, 6B zeigen ein zusätzliches Sicherheitsmittel im Sperrbereich der Vorrichtung.
Figur 1 zeigt ein elektromagnetisches Verriegelungsmittel 10 gemäss Stand der Technik, welches für eine elektromagnetische Verriegelung an einem Schliesszylinder verwendet werden kann. Man erkennt ein bspw. zylindrisches Gehäuse 25, das die elektrischen und mechanischen Riegelteile um-schliesst. Ein die Magnetspule 23 tragender Spulenkörper 24 ist in das zylindrische Riegelgehäuse eingeschoben und darin befestigt. Der durch den Innenteil der Spule 23 laufende Anker 21 trägt an einem Ende einen Sicherungsring 27 befestigt, der so gross bemessen ist, dass er gegen den am Gehäuseende angeordneten Anschlag 29 als longitudinale Bewegungsbegrenzung wirkt. Eine zwischen Spulenkörper 24 und Sicherungsring 27 wirkende Druckschraubenfeder 26 bringt als Rückstellfeder den Anker 21 in eine definierte Position gegenüber dem Gehäuse 25 und damit auch gegenüber einer bspw. am Rotorende des Schliesszylinders befestigten Gleitkulisse. Das durch die erregte Wicklung erzeugte Magnetfeld zieht den Anker 21 gegen die Kraft der Druckschraubenfeder 26 bis zum Ankeranschlag 22, wobei gleichzeitig für einen am Anker anliegenden Tastkopf 28 ein Spielraum 21' in Längsrichtung freigegeben wird, um mit dem gewonnenen Spielraum ein Kulissenspiel zu ermöglichen.
Die Figuren 2 und 3 zeigen nun eine spezielle Ausführungsform der mit einer weiter unten beschriebenen Steuerkulisse (Fig. 4,4a, 4b, 4c) zusammenwirkenden Vorrichtung 20,28 zur elektromagnetischen Verriegelung. Ein Elektromagnetteil 20 mit Erregerwicklung 41 mit einem speziellen, zweiteiligen vorgespannten Zuganker 401,402, wirkt auf einen Abtastteil 28, in welchen ein Teil des zweiteiligen Zugankers integriert ist. Dieser Abtastteil 28 weist hier einen Gleitstift 50 und eine Gleitflanke 50* auf, welche entlang einer (oben schon erwähnten) Steuer- oder Gleitkulisse 60 bewegt werden. In der gezeigten Ausführungsform ist dies ein ringförmiger, bspw. mit dem Rotor des Schliesszylinders fest verbundener Teil. Die Figuren 4 bis 4C zeigen das Beispiel einer vollständig ausgebildete Steuerkulisse, wie sie im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugt verwendet und deren Funktionieren weiter unten beschrieben wird.
Im Detail zeigen die beiden Figuren 2 und 3 das elektromagnetische Verriegelungsmittel, nämlich Fig. 2 den elektrischen Basisteil 20 mit Erregerspule und dem einen Zugankerteil 401 und Fig. 3 den Abtastteil 28 mit Gleitstift 50 und -flanke 50*, sowie dem andern Zugankerteil 402. Die Zerle-
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gung des Zugankers in zwei Teile, hat folgende Bewandtnis: zwischen Steuerkulisse und elektrischem Erregungspuls soll eine Wechselwirkung gegenseitiger Dominanz stattfinden. Das heisst, dass bei vorhandener elektrischer Erregerspannung vor Verdrehen um einen bestimmten Drehwinkel, die beiden Zugankerteile 401 und 402 magnetisch zusammenhaften. Bei einem Überdrehen (Überschreiten) dieses Winkels verhindert die Kulisse durch den entstehenden Luftspalt ein magnetisches Haften.
Damit elektronisch leistungsarm aber doch sicherheitskonform gearbeitet werden kann, muss beim Anziehen des Magnets die Durchflutung möglichst maximal werden. Im Moment, in welchem die elektrische Spannung ein Zusammenhalten des Zugankers bewirken soll, muss der Luftspalt also Null sein. Dies garantiert eine Toleranzausgleichfeder 52, eine Schraubendruckfeder zwischen dem Tastkopfkörper 51 und dem am vorderen Ende abgesetzten Zugankerteil 402, der mittels einem Haltering 48 gegen die Federwirkung am Tastkopfkörper 51 verschiebbar festgehalten und leicht vorgespannt ist. Toleranzen in der Kulisse des Steuerteils 37 können bewirken, dass der Tastkopfkörper 51 aus seiner Lage Luftspalt gleich Null verschoben, bspw. mit der Gleitflanke 50* in Richtung Zuganker gedrückt oder mit dem Stift 50 in die Gegenrichtung gezogen wird. Dieser Druck/ Zug wird je nach Herstellungstoleranz der Bauteile von der Toleranzausgleichfeder aufgenommen, ohne dass die Bedingung «Luftspalt gleich Null» oder L=0 verändert wird. Bei einer zusätzlichen Vorspannung dieser Feder während des Eingriffs in die Gleitkulisse, werden die Herstellungstoleranzen der Kulisse bewegungsmässig ausgeglichen, zudem verhindert die auf die Zugankerteile wirkende Presskraft Nullspaltveränderungen bei unbeabsichtigten oder beabsichtigten Erschütterungen des Schliesszylinders, was die Betriebssicherheit wesentlich erhöht.
Figur 2 zeigt den Erregerteil des Elektromagneten mit einem Spulenkörper 44 und darauf aufgewickelter Erregerspule 41, mit dem einen Ankerteil 401 des Zugankers 401/402 und mit einer Schraubendruckfeder 45 als Rückstellfeder. Ein Haltering 48 sitzt in einer Nute des Zugankers und nimmt die Kraft der Rückstellfeder auf. Die Spule ist von einem, hier zylindrischen Gehäuse 42 umgeben. Eine Ausnehmung für elektrische Anschlüsse 47 ist vorzusehen. Für den gewünschten Betrieb mit möglichst geringem Energiebedarf muss dieser Erregerteil noch von Abdeckkappen 46 abgeschlossen werden, welche zum Schliessen des magnetischen Kreises und, wie hier im Bild gezeigt, auch gleichzeitig als Abstützung für den Haltering dienen. Der im Zusammenhang mit Fig. 3 schon besprochene Abtastteil 28 wird beim Zusammensetzen in den Erregerteil eingeschoben (siehe auch Figuren 5A, B, C). Zwischen dem Elektromagnetteil 20 und dem Abtastteil 28 ist eine dritte Schraubendruckfeder, eine Sperrfeder 55 wirksam.
Der Tastkopf des Abtastteils 28, hier durch einen Gleitstift 50 und eine Gleitflanke 50* auf einem Tastkopfkörper 51 realisiert, steht in Eingriff mit einem Steuerteil, welcher in der besprochenen Ausführungsform eine auf den Umfang des Stators, sofern dieser drehbar angeordnet ist, sonst auf dem Umfang des Rotors des Schliesszylinders aufgezogene oder aufgebrachte ringförmige Gleitkulisse 60 ist. Dieser Tastkopf 50, 50* kann in eine stegförmige Gleitkulisse 60 eingreifen (oder aber in anderer Ausführungsform mittels eines Abtaststiftes in eine entsprechende ausgebildete Gleitnut) und wird durch die in die Gleitkulisse eingeformten Steuerelemente wie Nocken und Vertiefungen gesteuert. Die Gleitkulisse 60 weist in diesem Beispiel Sperrflanken 63 auf, an welchen die Gleitflanke 50* in Anlage bringbar ist, d.h. eine Drehung des auf das Schloss wirkenden Mitnehmers über einen Winkel, welcher das Schloss öffnen oder schlies-
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sen lässt, hängt von der Stellung der Gleitflanke 50* zur Sperrflanke 63 ab. Die gewünschte Schliess-/Öffnungs-Funktion kann einerseits durch die mechanische Freigabe des Schlüssels (Zuhaltungen) oder durch die elektromagnetische Freigabe durch das Verriegelungsmittel zur Drehung freigegeben werden. Auch eine Serieschaltung mechanische UND (AND) und elektromagnetische Verriegelung ist möglich.
Die Figuren 4 und 4A bis 4C zeigen die mehrmals erwähnte ringförmige Ausführungsform des Steuerteils in drei Betrachtungsrichtungen, sowie eine Abwicklung der zugehörigen Steuerkulisse 60. Die Neutral- oder Ruheposition des Zylinders vor dem Öffnen oder Schliessen auf der Kulisse ist bei Ograd. Eine Drehung in Richtung + 180grad bewirkt bspw. ein Schliessen des Schlosses und eine Drehung in Richtung — 180grad ein Öffnen des Schlosses. Beide Funktionen sind gleichwertig, weswegen die Kulisse auf Null bezogen symmetrisch ausgestaltet ist. Wenn nun der Zugmagnet stromlos ist oder wird, so wird der Abtastteil 28 durch die Kraft der Federn 52 und 55, das sind eine Toleranzausgleichsfeder und eine Sperrfeder, gegen die in der Zeichnung auf der rechten Seite A liegende Kulissenwand angedrückt. Ein Drehen der Steuerkulisse bewirkt nach ca. 15grad ein sukzessives Trennen der beiden Zugankerteile 401/402, weil die Gleitflanke 50* des Abtastteils 28 unter Druckkraft der Feder 55 zuerst in die Vertiefung einläuft und anschliessend durch das Auflaufen des Gleitstifts 50 auf die Steuernocken 61 an der Gegenseite der Kulisse der Zugankerteil 402 unter Vergrösserung des Luftspalts 40 noch weiter zwangsläufig ausgelenkt wird. Nach ca. 45grad Drehung in der gleichen Richtung, tritt durch die Wirkung der Sperrfeder 55 eine Blockierung Gleitflanke 50* an einer der Sperrkanten 63 ein. Die nunmehr durchgeführte 1/8-Drehung reicht aber für eine Betätigung des Schlosses nicht aus. Ausserdem wird durch die ständig wirkende Druckkraft der Sperrfeder eine definierte Sperrlage des Tastkopfes 28 erzwungen. Fällt bei einem evtl. Bruch der Sperrfeder diese Sicherheitswirkung aus, so wird bei einer versuchten Öffnungsdrehung ohne magnetische Zugwirkung der Tastkopf 28 mittels Lenknocken 61 in eine definierte Sperrstellung geschoben, in welcher die Gleitflanke 50* auf die Sperrflanke 63 auftrifft. Die Wirkung der Sperrfeder ist eine zusätzliche Sicherheitsmassnahme, um im Normallfall eine Sperrwirkung zu unterstützen.
Figur 4 zeigt die Abwicklung der diskutierten Steuerkulisse, mit welcher der Abtastteil 28 in bestimmte Lagen bringbar ist. Die herstellungstechnisch vorteilhafte, stegartige Ausbildung der Kulisse ist in Figur 4C gut erkennbar. Der Steuersteg der Gleitkulisse 60 ist so ausgebildet, dass er über den grössten Teil seiner Länge den Abtastteil in «Öff-nungs- oder Schliessposition» hält. Ausserdem weist der Steuersteg weitere Steuerelemente in Form von Nocken 61 und Vertiefungen mit den Flanken 62 und 63 auf, mit welchen AUF/ZU-Funktionen und Zulassungsbeschränkungen im Zusammenhang mit Erregerpulsen durchgeführt werden können. Figur 4A zeigt die Kulisse mit zwei zur Nullstellung spiegelsymmetrisch angeordneten «Vertiefungen» und deren Sperrkanten 63 und Einlaufkanten 62 von A her gesehen; Figur 4B zeigt Steuerkulisse mit den beiden Sperr- oder Steuernocken 61 von B her gesehen. In beiden Figuren ist ein Befestigungsstift 65 eingezeichnet, mit welchem der als Kulissenring ausgebildete Steuerteil 37 verdrehfest auf dem mechanischen Schliessteil Rotor/Stator befestigt werden kann.
Schliesslich ist in Figur 4C halb Querschnitt, halb Ansicht der Kulissenring aus der Ansicht in Richtung C so gezeigt, dass alle Steuerelemente, nämlich der Steg der Gleitkulisse 60, Sperr- oder Steuernocke 61, Einlaufkante 62, und Sperrkante 63 gleichzeitig sichtbar sind.
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Drei Betriebsfälle zeigen die Figuren 5A, 5B und 5C. Es sind dies die Normal- oder Grundstellung (Fig. 5A) mit einem Luftspalt gleich Null und unter dem Druck der Sperrfeder 55 (ggf. auch unter der Wirkung der Toleranzausgleichsfeder 45) stehenden Tastkopf 28. Diese Stellung entspricht bspw. der Ograd-Position. Aufgrund des magnetisch vernachlässigbaren Rest-Luftspalts der zusammengedrückten Ankerteile 401/402, genügt schon eine geringe Anfangsleistung zur Erregung des magnetischen Kreises, welcher der gewünschten (nachfolgenden) minimalen Halteleistung entsprechen kann.
Gleitet nun bei energetisierter Spule und bei zusammenhängenden Ankerteilen die Lenknocke 61 (vgl. Fig. 4,4B, 4C), am Tastkopf 28 vorbei, so wird gegen die Federwirkung der Rückstellfeder 45 der gesamte Anker 401/402 aus der Spule gezogen (Fig. 5B), um dieses Sicherheitselement bei 30 Winkelgraden zu passieren.
Diesselbe Rückstellfeder 45 zieht nach dem Passieren der Lenknocke 61 den Tastkopf soweit zurück, dass die Gleitflanke 50* die in Fig. 4 dargestellte Sperrflanke 63 nicht trifft. Dies ist dann eine ordnungsgemässe Öffnungs- oder Schliessdrehung.
Bei nicht energetisierter Spule folgt der Tastkopf 28 mit seiner Gleitflanke 50* entlang der Lenknocke 61 (und zusätzlich unterstützt durch die Sperrfeder 55) entlang der Flanke 62 in die Vertiefung der Kulisse, wobei durch die Kraft der Rückstellfeder und auch der Sperrfeder sich die beiden Anker teile 401 und 402 trennen und ein Luftspalt L entsteht. Dieser Luftspalt wird beim Passieren der Lenknok-ke 61 vergrössert (Fig. 5C, 30 Winkelgrade wie bei Fig. 5B) und beim Weiterdrehen stösst dann die Gleitflanke 50* des Tastkopfes 28 auf die Sperrflanke 63 der Kulisse und die Drehung wird blockiert. Auch nicht ein zu dieser Zeit eintreffender Erregerpuls könnte wegen der begrenzten elektrischen Spannung und wegen des Luftspaltes diese (nicht ordnungsgemässe) Öffnungs- oder Schliessdrehung ermöglichen; erst nach einem «Rückstellen» in die Normalposition kann eine ordnungsgemässe Funktion wieder eingeleitet werden, d.h., erst wenn die Luftspalt-gleich-Null-Bedingung wieder hergestellt ist. Dann reicht die angelegte Erregungsspannung wieder aus, um die magnetische Ankerdurchflu-tung herbeizuführen.
Im Betrieb wirken die Sperr- 55 und die Rückstellfeder 45 einander kräftemässig entgegen. Um auch hier ohne Verteuerung der Vorrichtung definierte Verhältnisse zu schaffen, wurde folgende Massnahme ergriffen. Um einem evtl. Blockieren der Drehung bei erregtem vorzubeugen, soll die Rückstellkraft der Feder 45 grösser sein als die Sperrkraft der Sperrfeder 55. Damit für beide Funktionen die gleiche Feder verwendet werden kann, wird durch ein kürzere Bemessung des Rückstellfedergehäuses die Rückstellfeder 45 vorgespannt und durch eine längere Bemessung des Sperrfedergehäuses bewirkt, dass trotz entsprechenden Federwegen dieses Kräfteungleichgewicht erhalten bleibt. Dadurch kann für zwei verschiedene Funktionen derselbe Federtyp (Federkonstante + Federgeometrie) verwendet werden. Die Toleranzausgleichsfeder 52 dagegen weist vorzugsweise eine höhere Federkonstante auf, als die beiden andern Federn. Ihr Spiel soll lediglich verhindern, dass die L = 0 Bedingung durch Bauteiltoleranzen gestört wird und soll an der Sperr-und Rückstellfederfunktion nicht teilnehmen.
Eine zusätzliche Massnahme zur Erhöhung der Sicherheit besteht darin, dass gemäss den Figuren 6A und 6B die Sperrflanke 63 leicht hinterschneidend ausgelegt sind, der mit der Sperrflanke in Wechselwirkung stehende Tastkopf 28 weist am Tastkörper 51 eine ringförmige Nut 74 auf. Bei dem in Figur 6A dargestellten Steuerteil 70 ist die Gleitkulisse 71 nutförmig angelegt. Dasselbe ist natürlich auch mit einer stegförmigen Gleitkulisse möglich. Beim Auflaufen des Tastkopfes 28 auf die Sperrflanke, kommen Nut und Hinter-schneidung in Eingriff, sodass der Tastkopf in axialer Richtung leicht blockiert wird.
Zur Erhöhung der Sicherheit kann nach dem sperrenden 45grad Winkel eine weitere Lenknocke 61 mit kompensierender Vertiefung angeordnet sein. Auf diese Weise ist das Erfordernis einer bestimmten Erregerimpulslänge zu erfüllen, damit der Öffnungs- oder Schliessvorgang nicht behindert wird. Beim unerwarteten Überwinden des ersten Hindernisses, bspw. bei Federbruch, wäre noch ein weiteres Hindernis da um einen nicht ordnungsgemässen Öffnungs- oder Schliessvorgang ein weiteres Mal zu behindern.
Auf diese Weise kann einem Schliesszylinder eine komplexe Schliess/Öffnungsbedingung überlagert werden. Für die Schlossbetätigung kann demnach ein Flachschlüssel mit den zum Zylinder gehörenden Vertiefungen verwendet werden, mit dem lediglich der Rotor freigegeben wird, oder es kann ein mit elektrischen Mitteln ausgerüsteter Schlüssel verwendet werden, der die komplexe Entriegelung zwischen Stator und Gehäuse bewirkt. Die beschriebenen Axialbewegungen des Abtastteils und Ankers werden über den Schlüssel manuell und zwangsläufig mittels dem Schlüssel durch eine Öffnungsdrehung erzeugt. Auch die nötigen Federspannungen, bspw. der Feder 45 zur Freigabe der Drehung wird über die manuelle Kraft erzeugt, sodass dieses elektromagnetische Verriegelungsmittel ausserordentlich stromsparend betrieben werden kann. Es wird damit erreicht, dass möglichst viel Energie durch die Schlüsselbetätigung geliefert wird. Um dem Schlüssel ein vertrautes Aussehen zu geben, werden bei elektronisch gesteuerter Schlossbetätigung auf dem Schlüsselschaft vorzugsweise Vertiefungsreihen mit «falschem», die Rotor-/Statorsperre nichtlösendem Code eingefräst.
Wie die Vorrichtung zur elektromagnetischen Verriegelung gemäss Erfindung an einem Schliesszylinder angeordnet wird, zeigt der eingangs angegebene Stand der Technik.
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3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vorrichtung für einen Schliesszylinder mit einem Rotor, an dessen Ende ein Mitnehmer verdrehfest angebracht ist und mit einem im wesentlichen den Rotor umschliessen-den Stator und mit einem zum Schliesszylinder angeordneten elektromagnetischen Verriegelungsmittel und einem mit dem Verriegelungsmittel in Eingriff bringbaren Steuerteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsmittel (20,28) einen Elektromagnetteil (20) mit zweigeteiltem Zuganker (401,402) mit auf den einen Zugankerteil wirkende Rückstellfeder 45, sowie einen mit dem anderen Zugankerteil (402) verbundenen Tastkopf (28) aufweist.
2. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung einer Luftspalt-gleich-Null-Bedingung bei zusammengeschobenen Zugankerteilen (401/402) im Abtastteil (28) ein unter der Spannung einer Toleranzausgleichsfeder (52) stehender und zum Zuganker (402) verschiebbarer Tastkopfkörper (51) mit Tastmitteln (50, 50*) vorgesehen ist.
3, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Tastkopf (28) zum Steuerteil (60) positionierende Sperrfeder (55) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mit dem Tastkopf (28) zusammenwirkenden Steuerteil (37) mit ringförmig ausgebildeter Gleitkulisse mit stegförmiger Kulisse (60), welche ein-oder beidseitig des Steges Steuer- und Sicherheitselemente in Form von Lenknocken (61) und Vertiefungen mit Sperr-(63) und Auflaufflanken (62) aufweist.
4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Tastkopf positionierende Sperrfeder (55) umgekehrt proportional zur Rückstellfeder (45) wirkend ist und bei gleicher Federkonstante wie diese eine geringere Federkraft aufweist.
4. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrfeder (55) und die Rückstellfeder (45) Federn mit gleicher Federkonstante und gleichen geometrischen Abmessungen sind.
5. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch
6. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch
7. Vorrichtung für einen Schliesszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrflanken (63) der Gleitkulisse (71) Hinterschneidungen (72) und der Tastkörper (51) im Bereich der Sperrflanke (50*) und in der Höhe des Beginns der Hinterschneidung eine Nute (74) aufweisen, zur axial selbsthaltenden Sperrung des Tastkopfes (28).
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