DE102004037413A1 - Verriegelungsvorrichtung für Schließsysteme - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für Möbel und in Gebäuden, die mindestens ein Sperrelement aufweist, das die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung sperrt und das in der nicht-sperrenden Position die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung frei gibt. Es wird vorgeschlagen, den Antrieb des Sperrelementes oder das Sperrelement selbst zumindest zum Teil aus einem temperaturgesteuerten Formgedächtnismaterial herzustellen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für Schließsysteme z. B. für Möbel und in Gebäuden, mit mindestens einem Sperrelement, das mittels eines Antriebs zwischen einer Sperrposition und einer nicht-sperrenden Position verstellbar ist derart, daß es in der Sperrposition die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung sperrt und in der nicht-sperrenden Position die Be tätigung der Verriegelungsvorrichtung frei gibt,
  Schließsysteme haben sich insbesondere im Büromöbelbereich und für Büro- und Verwaltungsgebäude sowie für Hotelbetriebe durchgesetzt. Es wird dabei eine hohe Anzahl und Variabilität von Zugangsberechtigungen verlangt, die je nach Organisationsstruktur eines Unternehmens auch nachträglich noch veränderbar sein sollen, und zwar sowohl hinsichtlich der Zugangsberechtigungen für Einzelschließungen als auch bezüglich der Zugangsberechtigungen für Haupt- und Gruppenschließungen.
• Diese Vielzahl und Variabilität der Zugangsberechtigungen werden in der Praxis z. B. durch elektronisch gesteuerte Verriegelungsvorrichtungen erreicht, die auf einer codierten Datenübertragung zwischen einem schlüsselseitigen Elektronikmodul und einem schloßseitigen Elektronikmodul basieren. Die Datenübertragung kann durch Berührungskontakte (z. B. elektrischer Kontakte am Schlüssel und am Schloß) oder durch weitgehend berührungslose Datenübertragung erfolgen (z. B. mittels einer Infrarot-Datenübertragung oder mittels einem Datenlesegerät für Chipkarten o. dergl.). Es ist ebenfalls bekannt, die Zugangsberechtigungen bei elektronisch gesteuerten Verriegelungsvorrichtungen z. B. mittels eines Transponders abzufragen, d. h. eine Datenübertragung in beide Richtungen dadurch vorzunehmen, daß codierte Abfragesignale und codierte Antwortsignale zwischen einem schlüsselseitigen Elektronikmodul und einem schloßseitigen Elektronikmodul ausgetauscht werden.
• Immer ist bei den genannten elektronisch gesteuerten Verriegelungsvorrichtungen das Ergebnis, daß nach der positiven Erkennung der Zugangsberechtigung ein schloßseitiger Mechanismus freigegeben und in Gang gesetzt wird, der mittels eines Antriebs mindestens ein Sperrelement zwischen einer sperrenden Position (= Sperrposition) und einer nicht-sperrenden Position bewegt derart, daß das Sperrelement in seiner Sperrposition die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung sperrt und in seiner nicht-sperrenden Position die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung frei gibt.
• Bei den bekannten Verriegelungsvorrichtungen mit elektronischer Zugangsberechtigung sind die mechanisch zu bewegenden Sperrelemente durch einen Elektromagneten oder durch einen Elektromotor (mit oder ohne vorgeschaltetem Getriebe) angetrieben, und zwar im Regelfall entgegengesetzt zu einer Federkraft, die das jeweilige Sperrelement permanent belastet und die bei abgeschaltetem Elektronikantrieb üblicherweise das Sperrelement in seiner Sperrposition fixiert. Die für solche Elektroantriebe benötigte Fremdenergie ist meistens in Form von Batterien in einem schloßnahen Gehäuse untergebracht.
• Die Fachwelt ist bemüht, die vorgenannten Verriegelungsvorrichtungen möglichst klein und optisch elegant zu bauen, jedoch ist dieses Ziel bis dato nicht erreicht, da die bisher verwendeten Elektromagneten und Elektromotoren trotz deren Miniaturisierung immer eine erhebliche Mindest-Baugröße erfordern, die wegen der notwendigen Kraftaufbringung auf die mechanisch zu bewegenden Sperrelemente nicht unterschritten werden kann.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Antrieb für das mindestens eine Sperrelement von Verriegelungsvorrichtungen zu entwickeln, der trotz Kleinstbauweise eine ausreichende Kraftaufbringung auf das zu bewegende Sperrelement gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst, wonach der Antrieb des Sperrelementes oder das Sperrelement selbst zumindest zum Teil aus einem temperaturgesteuerten Formgedächtnismaterial hergestellt ist.
• Materialien mit Formgedächtnis sind als Polymer bekannt, wobei die Temperatur, bei dem sich das Polymer in seine ursprünglich eingeprägte Ausgangsform zurückverwandelt, durch das Verhältnis der verschiedenen Monomere, die den Kunststoff aufbauen, festgelegt werden kann. Das ist ein relativ neues Forschungsergebnis, das für die erfindungsgemäßen Formgedächntis-Sperrelemente bei Verriegelungsvorrichtungen verwendet werden kann.
• Im Bereich der Metalle ist das Formgedächtnisverhalten bestimmter Metalllegierungen schon seit Beginn der 50er Jahre bekannt, und zwar zunächst als Ergebnis einer martensitischen Umwandlung im System Gold-Kadmium. Aktuell sind Nickel-Titan-Legierungen und einige Kupferbasis-Legierungen die technisch dominierenden metallischen Formgedächtnislegierungen.
• Gleichwohl sind bis dato die erfindungsgemäßen Formgedächtnis-Sperrelemente nicht zur Lösung der bei Verriegelungsvorrichtungen gestellten Aufgabe (= Kleinstbauweise) vorgeschlagen worden.
• Eine konkrete Ausführungsform der diesseits beanspruchten Lehre der Erfindung sieht vor, eine gattungsgemäße Verriegelungsvorrichtung in der Weise auszubilden, daß das mindestens eine Sperrelement selbst oder der Antrieb für dieses Sperrelement aus einer Ni/Ti-Formgedächtnislegierung hergestellt ist, die sich im Bereich der möglichen Umgebungstemperaturen (z. B. der Raumtemperatur) in ihrem martensitischen Zustand befindet (= Niedrigtemperaturphase), und daß das Sperrelement selbst oder der Antrieb mit einer Federkraft permanent belastet ist derart, daß das Formgedächtnis material in seinem martensitischen Zustand (= Niedrigtemperaturphase) verformt ist, wobei jedoch die Größe der permanenten Federkraft so bemessen ist, daß sie in dem austenitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) eine Rückverformung des Formgedächtnismaterials nicht verhindert, und daß die Sperrposition des Sperrelementes dem in der Niedrigtemperaturphase verformten Zustand des Formgedächtnismaterials zugeordnet ist.
• Ein Sperrelement dieser Bauart kann extrem klein hergestellt werden. Es kann in sich selbst seinen eigenen Antrieb beinhalten oder mit einem externen Antrieb aus einem Formgedächtnis material zusammenarbeiten, wobei in beiden Fällen immer nur ein Kleinst-Stück des Formgedächtnismaterial erforderlich ist, um die notwendige Sperrfunktion in einer Verriegelungsvorrichtung zu realisieren.
• Die Sperrfunktion des neuen Formgedächtnis-Sperrelementes ist in einfachster Weise durch eine Temperaturveränderung zu steuern. Dabei wird auf die Forschungsergebnisse bei Formgedächtnislegierungen zurückgegriffen. Formgedächtnislegierungen können temperaturabhängig in zwei unterschiedlichen Zuständen vorliegen, die sich vor allem in den mechanischen Eigenschaften grundsätzlich unterscheiden. Die Hochtemperaturphase (austenitischer Zustand) zeigt ein vom Verlauf und den absoluten Festigkeitswerten her mit Stahl vergleichbares Spannungs-Dehnungs-Verhalten. Die Tieftemperaturphase (martensitischer Zustand) zeichnet sich dagegen durch das Auftreten eines Verformungsbereichs (Martensitplateaus) aus, in dem große Dehnungen des Materials bei niedrigen Spannungen und ohne nennenswerte Verfestigung erzielt werden können.
• Unter Nutzung dieser Forschungsergebnisse sieht die vorgeschlagene konkrete Ausführungsform der Erfindung vor, daß sich das Sperrelement und/oder sein Antrieb im Bereich der möglichen Umgebungstemperaturen (von z. B. bis maximal 40°) in einem martensitischen Materialzustand befinden, in dem sie mittels einer konventionellen Federkraft derart verformt sind (z. B. gedehnt sind), daß sie die Verriegelungsvorrichtung sperren. Durch Anhebung der Temperatur wandelt sich das Material des Sperrelements oder seines Antriebs in einen austenitischen Zustand um, wodurch im Material große Rückstellkräfte auftreten, die das Material in seine ursprünglich eingeprägte Ausgangsform zurückverformen. Die Verriegelungsvorrichtung ist dann (und solange diese höhere Temperatur beibehalten wird) entriegelt.
• Gemäß dem Anspruch 6 der vorliegenden Anmeldung soll die Hochtemperaturphase des Formgedächtnismaterials mittels eines direkten elektrischen Stromdurchflusses durch das Formgedächtnismaterial eingestellt und ggf. für eine bestimmte Zeitspanne gehalten werden. Das ist neben den anderen bekannten Möglichkeiten der Erwärmung eines Materials (z. B. mittels separater Heizelemente) die einfachste und wirtschaftlich optimalste Form der Erwärmung eines Kleinst-Stücks eines Formgedächtnismaterials, wie es für das kleine Sperrelement selbst oder für dessen Antrieb benötigt wird.
• Da solche Bauteile aus einem Formgedächtnismaterial überhitzungsempfindlich sind, wird nach Anspruch 7 der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, die Temperatur in dem Formgedächtnismaterial durch die Verwendung eines Kaltleiters als Stromzuführungsleitung zu begrenzen. Kaltleiter haben den Vorteil, daß sich ihr elektrischer Widerstand bei Erreichen einer bestimmten Temperatur deutlich erhöht, wodurch eine Temperaturbegrenzung in dem Formgedächtnismaterial erreicht wird.
• Weitere Details von konkreten Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3, 4 und 5 der vorliegenden Anmeldung herausgestellt.
• Sehr hohe Rückverformungskräfte lassen sich mit einem Metalldraht mit den Merkmalen des Anspruches 3 erzielen, der zudem den Vorteil hat, daß er kleinstbauend in eine Verriegelungsvorrichtung integriert werden kann.
• Auch die Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5 bietet optimale Einbauvorteile, da ein Sperrelement in der Form einer flachen Blattfeder, die unter Verwendung eines Formgedächtnismaterials und eines Federstahls zweischichtig auf gebaut ist, aus sich selbst heraus funktionsfähig ist.
• Eine weitere konkrete Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 4 bietet insbesondere dann Einbau- und Verwendungsvorteile, wenn die sich nach außen spreizenden Sperrzungen (= Sperrelemente) eine sperrende Funktion ausüben, die durch die temperaturgesteuerte Zusammenziehung (Durchmesserverengung) eines die Sperrzungen umgreifenden Formgedächtnis-Metallrings (oder einer Metallhülse) wieder entsperrt werden kann.
• Auch in Verbindung mit Zylinderschlössern sind die erfindungsgemäßen Formgedächtnis-Sperrelemente hervorragend verwendbar. Gemäß Anspruch 8 wird ein Zylinderschloß kreiert, bei dem das mindestens eine Formgedächtnis-Sperrelement in den Zylinderkern (= Innenzylinder) oder in den Außenzylinder des Zylinderschlosses integriert ist und durch seinen Eingriff in den jeweils anderen Zylinder des Zylinderschlosses eine Drehbewegung des Innenzylinders relativ zum Außenzylinder sperrt, wobei die sperrende Position des Formgedächtnis-Sperrelementes temperaturgesteuert im austenitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) wieder aufgehoben ist.
• Die erfindungsgemäßen Formgedächtnis-Sperrelemente sind die Basis für eine weitere Erfindung, die nach dem Anspruch 9 der vorliegenden Anmeldung dadurch gekennzeichnet ist, daß das mindestens eine Formgedächtnis-Sperrelement in dem Zylinderkern (= Innenzylinder) eines Zylinderschlosses integriert ist, der in dem zylindrischen Aufnahmeraum (= Außenzylinder) des Zylinderschlosses gegen den dort ursprünglich vorhandenen Zylinderkern auswechselbar ist derart, daß das oder die Formgedächtnis-Sperrelemente mit den im Außenzylinder oder im Innenzylinder des Zylinderschlosses geführten Stift- oder Plättchenzuhaltungen zusammenarbeiten und temperaturgesteuert in der Hochtemperaturphase des Formgedächtnismaterials durch Zurückdrücken der Stift- oder Plättchenzuhaltungen eine Drehbewegung des Innenzylinders relativ zum Außenzylinder zulassen.
• Nach dieser Lehre der Erfindung ist es sehr leicht und kostengünstig möglich, bestehende, aus Zylinderschlössern der traditionellen Bauart (d. h. mit Stift- oder Plättchenzuhaltungen) bestehende Schließanlagen in der Wiese umzurüsten, daß nunmehr lediglich neue Zylinderkerne in die Außenzylinder der vorhandenen Zylinderschlösser eingesetzt werden, wobei die neuen Zylinderkerne die neuen Strom- bzw. temperaturgesteuerten Formgedächtnis-Sperrelemente besitzen und dadurch (trotz der ursprünglichen traditionellen Stift- und Plättchenzuhaltung dieser Zylinderschlösser) nunmehr ohne weitere Umbauarbeiten mit einer modernen elektronischen Zugangsberechtigung kombinierbar sind, die z.B. in Form eines Elektronikmoduls adaptiert werden kann.
• Eine besonders elegante Kombination der neuen Formgedächtnis-Sperrelemente mit einer elektronischen Zugangsberechtigung ist sowohl für bestehende (nachrüstbare) als auch für neue Zylinderschlösser nach dem Anspruch 10 der vorliegenden Anmeldung dadurch gegeben, daß in den Zylinderkern (= Innenzylinder) eines Zylinderschlosses, in dem die Formgedächtnis-Sperrelemente integriert sind, zusätzlich ein codierbares Elektronikmodul für die Erkennung der Zugangsberechtigung für die Betätigung des Zylinderschlosses eingebaut ist. Bei der erzielbaren Kleinstbauweise der erfindungsgemäßen Formgedächtnis-Sperrelemente und der heute aktuellen Kleinstbauweise solcher Elektronikmodule ist die gemeinsame Unterbringung in einem Zylinderkern eines Zylinderschlosses ohne weiteres realisierbar.
• Die Stromversorgung für die strom- bzw. temperaturgesteuerten Formgedächtnis-Sperrelemente als auch, gegebenenfalls, die Stromversorgung für eine in die Verriegelungsvorrichtung integrierte oder adaptierte Elektronik kann bei Zylinderschlössern der vorgenannten Art gemäß Anspruch 11 der vorliegenden Anmeldung dadurch realisiert werden, daß der Innenzylinder des Zylinderschlosses bevorzugt einstückig mit einem handbetätigbaren Drehknopf zur Drehbetätigung des Zylinderschlosses hergestellt ist und daß in dem Drehknopf ein elektrischer Energiespeicher, z. B. in Form einer Batterie, untergebracht ist.

Claims (11)

1. Verriegelungsvorrichtung für Schließsysteme z. B. für Möbel und in Gebäuden, – mit mindestens einem Sperrelement, das mittels eines Antriebs zwischen einer Sperrposition und einer nicht-sperrenden Position verstellbar ist derart, daß es in der Sperrposition die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung sperrt und in der nicht-sperrenden Position die Betätigung der Verriegelungsvorrichtung frei gibt, dadurch gekennzeichnet, – daß der Antrieb des Sperrelementes oder das Sperrelement selbst zumindest zum Teil aus einem temperaturgesteuerten Formgedächtnis material hergestellt ist.
2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß als Formgedächtnis material eine metallische Formgedächtnislegierung verwendet wird, vorzugsweise auf Ni/Ti-Basis, die sich im Bereich der möglichen Umgebungstemperaturen in ihrem martensitischen Zustand befindet (= Niedrigtemperaturphase), – daß der Antrieb des Sperrelementes oder das Sperrelement selbst mit einer Federkraft permanent belastet ist derart, daß das Formgedächtnismaterial in seinem martensitischen Zustand (= Niedrigtemperaturphase) verformt ist, wobei jedoch die Größe der permanenten Federkraft so bemessen ist, daß sie in dem austenitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) eine Rückverformung des Formgedächtnismaterials nicht verhindert, – und daß die Sperrposition des Sperrelementes dem in der Niedrigtemperaturphase verformten Zustand des Formgedächtnismaterials zugeordnet ist.
3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – daß als Antrieb des Sperrelementes ein Metalldraht verwendet wird, der aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt ist und der mit einer permanenten Federkraft belastet und/oder mit einer permanenten Drahtvorspannung eingebaut ist derart, daß die Federkraft und/oder die Drahtvorspannung im martensitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Niedrigtemperaturphase) eine axiale Längendehnung des Metalldrahtes bewirkt, – und daß die Federkraft und/oder die Drahtvorspannung so bemessen ist, daß sie im austenitischen Zustand des Formge dächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) eine axiale Verkürzung des Metalldrahtes und eine damit bewirkte Verstellung des Sperrelementes in seine nicht-sperrende Position nicht verhindert.
4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – daß als Antrieb des Sperrelementes ein Metallring oder eine Metallhülse verwendet wird, der/die aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt ist und zwei gegeneinander federnde, nach außen vorgespannte Sperrzungen (= Sperrelemente) umschließt derart, daß die Kraft der Vorspannung der Sperrzungen den Durchmesser des Metallrings oder der Metallhülse im martensitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Niedrigtemperaturphase) auf weitet (dehnt), – und daß die Kraft der Vorspannung der Sperrzungen so bemessen ist, daß sie in dem austenitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) das Zusammenziehen des Durchmessers des Metallringes oder der Metallhülse und die Verstellung der Sperrzungen (= Sperrelemente) in ihre nicht-sperrende Position nicht verhindert.
5. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – daß das Sperrelement aus einer einseitig eingespannten Blattfeder besteht, die zweischichtig aufgebaut ist, – wobei die eine Schicht aus einem gebogen vorgespannten flachen Federstahl gebildet ist und die andere Schicht aus einem Formgedächtnismaterial besteht, das sich über den Außenbogen des gebogen vorgespannten Federstahls erstreckt derart, daß die Kraft des vorgespannten Federstahls die Schicht des Formgedächtnismaterials im martensitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Niedrigtemperaturphase) dehnt, – und daß die Kraft des vorgespannten Federstahls so bemessen ist, daß sie in dem austenitischen Zustand der Formgedächtnismaterialschicht (= Hochtemperaturphase) das Verformen der Blattfeder entgegengesetzt zu ihrem vorgespannten Bogenverlauf und damit das Verstellen des Blattfeder-Sperrelements in seine nicht-sperrende Position nicht verhindert.
6. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß die Hochtemperaturphase des Formgedächtnismaterials mittels eines direkten elektrischen Stromdurchflusses durch das Formgedächtnis material eingestellt wird.
7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – daß die Temperatur in dem Formgedächtnismaterial durch die Verwendung eines Kaltleiters als Stromzuführungsleitung begrenzt ist.
8. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß das mindestens eine Formgedächtnis-Sperrelement in den Zylinderkern (= Innenzylinder) oder in dem Außenzylinder eines Zylinderschlosses integriert ist – und durch seinen Eingriff in den jeweils anderen Zylinder des Zylinderschlosses eine Drehbewegung des Innenzylinders relativ zum Außenzylinder sperrt – und daß die sperrende Position des Formgedächtnis-Sperrelementes temperaturgesteuert im austenitischen Zustand des Formgedächtnismaterials (= Hochtemperaturphase) wieder aufgehoben ist.
9. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – daß das mindestens eine Formgedächtnis-Sperrelemente in den Zylinderkern (= Innenzylinder) eines Zylinderschlosses integriert ist, der in dem zylindrischen Aufnahmeraum (= Außenzylinder) des Zylinderschlosses gegen einen dort ursprünglich vorhanden Zylinderkern auswechselbar ist – derart, daß das oder die Formgedächtnis-Sperrelemente mit den im Außenzylinder oder im Innenzylinder des Zylinderschlosses geführten Stift- oder Plättchenzuhaltungen zusammenarbeiten und temperaturgesteuert in der Hochtemperaturphase des Formgedächtnismaterials durch Zurückdrücken der Stift- oder Plättchenzuhaltungen eine Drehbewegung des Innenzylinders relativ zum Außenzylinder des Zylinderschlosses zulassen.
10. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, – daß in den Zylinderkern (= Innenzylinder) des Zylinderschlosses, in dem das mindestens eine Formgedächtnis-Sperrelement integriert ist, zusätzlich ein codierbares Elektronikmodul für die Erkennung der Zugangsberechtigung für die Betätigung des Zylinderschlosses eingebaut ist.
11. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, – daß der Innenzylinder des Zylinderschlosses mit einem handbetätigbaren Drehknopf zur Drehbetätigung des Zylinderschlosses verbunden ist (bevorzugt mit diesem einstückig hergestellt ist) – und daß in dem Drehknopf ein elektrischer Energiespeicher für die Temperatursteuerung des in dem Zylinderschloß integrierten mindestens einen Formgedächtnis-Sperrelementes untergebracht ist.