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Aufgabe der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen elektronischen Sperrmechanismus, insbesondere
für einen Schließzylinder eines Einsteckschlosses,
mit einer einen elektrisch ansteuerbaren Aktor aufweisenden Sperreinrichtung,
mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Aktors und mit einer
Aktivierungseinrichtung zur Aktivierung der Steuereinrichtung.
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Solche
elektronischen Sperrmechanismen werden häufig bei Schließanlagen
mit einem elektronischen Schließzylinder eingesetzt. Die
Sperreinrichtung ist zum wahlweisen Blockieren oder Freigeben eines
in einem Gehäuse beweglich angeordneten Kerns oder zur
wahlweisen Erzeugung oder Lösung eines Formschlusses zwischen
einem Kern oder einem Knauf und einem Schließbart des Schließzylinders
ausgebildet. Diese Schließzylinder sind zur Vermeidung
einer aufwändig zu verlegenden elektrischen Verkabelung
häufig mit einem eigenen Stromspeicher, wie einer Batterie
ausgestattet. Angesteuert werden heutige elektronische Sperrmechanismen beispielsweise
mittels eines Zahlencodes, einer Personenerkennungseinrichtung oder
einer Empfangseinrichtung zum Empfang von Signalen eines tragbaren
Transponders oder elektronischen Schlüssels. Um den Stromverbrauch
des elektronischen Sperrmechanismus möglichst gering zu
halten, ist die Aktivierungseinrichtung vorgesehen, welche unmittelbar
vor der vorgesehenen Ansteuerung der Steuereinrichtung einen Aktivierungsimpuls
erzeugt, welcher die Steuereinrichtung aktiviert. Die Aktivierungseinrichtung
ist im einfachsten Fall ein elektromechanischer Schalter, welcher
beim Einführen eines elektronischen Schlüssels
in einen Schließkanal die Steuereinrichtung mit dem Stromspeicher
verbindet. Solche Schalter weisen jedoch einen hohen Montageaufwand
auf und sind anfällig gegenüber Verschmutzung
und Korrosion.
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Aus
der
EP 1 148 189 B1 ist
ein elektronischer Sperrmechanismus der eingangs genannten Art bekannt
geworden, bei der der Aktor elektromagnetisch gestaltet ist und
bei einem Einführen eines elektronischen Schlüssels
in den Schließkanal einen elektromagnetischen Aktivierungsimpuls
für die Steuereinrichtung erzeugt. Nachteilig bei diesem elektronischen
Sperrmechanismus ist die Koppelung der Erzeugung des Aktivierungsimpulses
an dem Aktor. Aus Gründen der Sicherheit gegen eine unberechtigte
Entriegelung sollte jedoch der Aktor im Inneren des Schließzylinders
angeordnet sein. Dies führt jedoch dazu, dass die Aktivierung
der Steuereinrichtung beim Einführen des Schlüssels
jedoch erst zu einem späten Zeitpunkt erfolgt, so dass
der elektronische Sperrmechanismus nach dem vollständigen
Einführen des Schlüssels eine Zeitspanne benötigt,
um die Bewegung des Kerns freizugeben. Diese Verzögerung
der Freigabe des Schließzylinders wird jedoch häufig
als sehr unkomfortabel wahrgenommen. Weiterhin erfordert diese Gestaltung
einen sehr aufwändigen und damit kostenintensiven Elektromagneten.
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Aus
der
EP 1 380 714 A2 ist
ein elektronischer Sperrmechanismus bekannt geworden, bei dem ein
Piezobieger als Aktor ausgebildet ist. Bei einer Bewegung des Piezobiegers
durch das Einführen des Schlüssels wird der Aktivierungsimpuls
erzeugt. Nachteilig ist auch bei diesem Sperrmechanismus die Koppelung
der Erzeugung des Aktivierungsimpulses an den Aktor, was zu einem
unkomfortablen Schließen des Schließzylinders
führen kann. Bei einem schnellen Einführen des
Schlüssels besteht die Gefahr, dass der Aktivierungsimpuls
zu stark wird. Daher erfordert dieser Sperrmechanismus aufwändige
Mittel zur Begrenzung des Aktivierungsimpulses.
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Aus
der
DE 10 2004
004 246 A1 ist eine Aktivierung einer Steuerelektronik
durch magnetische Schaltmittel, wie beispielsweise Permanentmagnete zur
Ansteuerung von Hallsensoren bekannt. Solche Hallsensoren erfordern
jedoch eine ständig aktive elektronische Schaltung mit
einem entsprechend hohen Stromverbrauch. Passive Reed Relais sind
mechanisch empfindlich und weisen einen hohen Bauraum auf. Ein Schlüssel
zur Ansteuerung der Hallsensoren erfordert zudem einen sehr starken
Permanentmagneten, was insbesondere bei mehreren mitzuführenden
Schlüsseln unerwünscht ist. Weiterhin lassen sich
solche Hallsensoren von Fremdmagnetfeldern ansteuern, was ebenfalls
zu einem hohen Stromverbrauch führt.
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Die
EP 1 531 431 A3 offenbart
einen elektronisch aktivierbaren Sperrmechanismus. Eine Signalerfassungseinrichtung
aktiviert eine Datenerfassungseinrichtung erst nach dem Empfang
eines Signals eines Transponders. Diese Anordnung weist einen besonders
geringen Strombedarf auf. Jedoch wird der Stromspeicher ständig
durch die Signalerfassungseinrichtung belastet.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen elektronischen Sperrmechanismus
der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass er besonders komfortabel
bedienbar und besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Aktivierungseinrichtung eine elastisch verformbare Piezofolie
aufweist, dass die Piezofolie als unabhängig von der Sperreinrichtung gefertigtes
Bauteil ausgebildet ist und derart angeordnet ist, dass sie bei
einer Öffnungsbetätigung des Sperrmechanismus
zur Erzeugung eines Aktivierungsimpulses für die Steuereinrichtung
verformbar ist.
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Durch
diese Gestaltung wird mit der Piezofolie ein besonders kompaktes
Mittel zur Erzeugung des Aktivierungsimpulses eingesetzt. Da die
Piezofolie als unabhängig von der Sperreinrichtung gefertigtes
Bauteil ausgebildet ist, kann der Aktor manipulationssicher möglichst
weit im Inneren des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus
angeordnet werden, während die Piezofolie derart angeordnet
wird, dass sie direkt zu Beginn der Öffnungsbewegung verformt wird
und damit frühzeitig den Aktivierungsimpuls erzeugt. Hierdurch
lässt sich der erfindungsgemäße Sperrmechanismus
besonders komfortabel betätigen. Die Öffnungsbetätigung
kann beispielsweise die Einführung eines einen Transponder
tragenden Schlüssels in einen Schließkanal eines
Schließzylinders, das Durchziehen einer Karte mit einem
Transponder durch einen Schlitz eines Kartenlesegerätes oder
eine anfängliche Bewegung des Kerns oder ein Greifen eines
Knaufes eines als Knaufzylinder ausgebildeten Schließzylinders
sein. Damit ist der erfindungsgemäße Sperrmechanismus
besonders vielseitig einsetzbar. Da die Piezofolie direkt durch
die Verformung ein Signal erzeugt, lässt sich die Aktivierungseinrichtung
besonders kostengünstig fertigen und weist besonders kleine
Abmessungen auf. Der Strombedarf der Aktivierungseinrichtung wird
dank der Erfindung ebenfalls besonders gering gehalten.
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Die
Aktivierungseinrichtung gestaltet sich gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders
einfach, wenn die Piezofolie eine vorgeformte oder gespannte Kunststofffolie
hat und wenn auf der Kunststofffolie eine Schicht aus einem Piezomaterial
aufgebracht ist. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht
darin, dass die Piezofolie hierdurch nur einen sehr geringen Platzbedarf
aufweist. Hierdurch gestaltet sich der elektronische Sperrmechanismus
besonders kompakt.
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Temperaturschwankungen,
Erschütterungen und dergleichen können bei Piezofolien
Spannungen erzeugen. Die Erzeugung eines Aktivierungsimpulses durch
Temperaturschwankungen oder Erschütterungen lässt
sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn die Kunststofffolie
zwei nebeneinander angeordnete und elektrisch voneinander getrennte Schichten
aus Piezomaterial aufweist und wenn der Aktivierungsimpuls aus einer
Differenz zwischen erzeugten Spannungen der Schichten ermittelbar
ist. Die Ermittlung der Differenz der beiden Signale der Schichten
kann beispielsweise mittels einer passiven Operationsschaltung ermittelt
werden, an deren Eingängen jeweils eine der Schichten angeschlossen ist.
Erst wenn an zwei Eingängen der passiven Operationsschaltung
eine Differenz der Spannungen der Schichten aus Piezomaterial anliegt,
vermag die Operationsschaltung den Aktivierungsimpuls an die Steuereinrichtung
zu leiten. Dank der Erfindung lassen sich durch das Layout der Kunststofffolie
die Temperaturschwankungen kompensieren.
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Zur
weiteren Vereinfachung der Kompensation der Temperatureinflüsse
trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung bei, wenn nur eine der nebeneinander
angeordneten Schichten aus Piezomaterial bei der Öffnungsbetätigung
verformbar ist und/oder wenn die Schichten unterschiedlich polarisiert
sind.
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Zur
Vereinfachung der Montage des erfindungsgemäßen
Sperrmechanismus trägt es bei, wenn die Piezofolie mit
Kunststoff teilweise umspritzt ist.
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Die
Piezofolie könnte beispielsweise unmittelbar in einen Schließkanal,
in einen Schlitz eines Kartenlesegerätes oder eine Vertiefung
im Kern des Schließzylinders hineinragen und bei der Öffnungsbetätigung
unmittelbar verformt werden. Ein Verschleiß der Piezofolie
lässt sich jedoch gemäß einer anderen
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten,
wenn die Aktivierungseinrichtung einen Drücker aufweist
und wenn der Drücker mit einem Ende an der Piezofolie anliegt
oder dieser gegenübersteht und von der Öffnungsbetätigung
auslenkbar ist. Durch diese Gestaltung lässt sich eine
genau definierte Verformung der Piezofolie bei der Öffnungsbewegung
sicherstellen. Diese definierte Verformung stellt zudem sicher,
dass der Aktivierungsimpuls vorgesehene Grenzen weder überschreitet
noch unterschreitet.
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Eine
Beschädigung der Schicht aus Piezomaterial im Betrieb des
erfindungsgemäßen Sperrmechanismus lässt
sich einfach vermeiden, wenn die Schicht aus Piezomaterial auf der
dem Drücker abgewandten Seite der Kunststofffolie angeordnet
ist. Weiterhin lässt sich hierdurch die Schicht aus dem Piezomaterial
besonders zuverlässig vor korrosiven Gasen, Temperaturschwankungen
und Feuchtigkeitseinflüssen schützen.
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Ein
Toleranzausgleich bei der Verformung der Piezofolie könnte
beispielsweise durch eine entsprechende Elastizität der
Piezofolie ermöglicht werden. Zur Vereinfachung des Toleranzausgleichs
und zur Erhöhung der Lebensdauer der Piezofolie trägt es
jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung bei, wenn der Drücker zwischen der Piezofolie
und einem bei der Öffnungsbetätigung beweglichen
Bauteil elastisch nachgiebig gestaltet ist. Die elastisch nachgiebige
Gestaltung kann beispielsweise durch eine federelastische Gestaltung
des Drückers, beispielsweise aus Federblech erzeugt werden
oder durch eine mehrteilige Gestaltung des Drückers mit
einem Federelement.
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Die
Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in
der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 eine
Schnittdarstellung durch einen Schließzylinder mit einem
erfindungsgemäßen Sperrmechanismus,
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2 stark
vergrößert eine Darstellung einer Aktivierungseinrichtung
des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus aus 1,
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3 schematisch
die Aktivierungseinrichtung der erfindungsgemäßen
Sperreinrichtung in einer Draufsicht,
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4 eine
Schnittdarstellung durch eine Piezofolie der Aktivierungseinrichtung
aus 3 entlang der Linie IV-IV,
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5 eine
Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform der
Aktivierungseinrichtung des erfindungsgemäßen
Sperrmechanismus,
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6 die
Aktivierungseinrichtung aus 5 nach der
Betätigung mittels eines Schlüssels,
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7 eine
Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform der
Aktivierungseinrichtung des erfindungsgemäßen
Sperrmechanismus
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8 einen
Knaufzylinder mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Sperrmechanismus.
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1 zeigt
einen Doppelprofil-Schließzylinder mit einem Gehäuse 1 und
einem in dem Gehäuse 1 drehbar angeordneten Kern 2.
Der Kern 2 hat in seinem mittleren Bereich einen Schließbart 3 und
an seinen Enden jeweils einen Schließkanal 4, 5 zum Einführen
eines schematisch dargestellten Schlüssels 6.
Der Schließzylinder hat einen elektronischen Sperrmechanismus
mit jeweils nahe der Stirnseiten des Gehäuses 1 angeordneten
Codeempfängern 8, 9 und mit einer Sperreinrichtung 7.
Die Sperreinrichtung 7 hat einen von einem Elektromagneten 10 steuerbaren
Sperrriegel 11 als Aktor zur wahlweisen Blockierung oder
Freigabe der Bewegung des Kerns. Zur Stromversorgung weist der Sperrmechanismus einen
Stromspeicher 12 mit einer Batterie auf. Weiterhin hat
der elektronische Sperrmechanismus eine Aktivierungseinrichtung 13 mit
jeweils einer, an jedem Anfang der Schließkanäle 4, 5 angeordneten
Piezofolie 14, 15. Ein der Piezofolie 14, 15 gegenüberstehender
Drücker 16, 17 ragt in den jeweiligen Schließkanal 4, 5 hinein.
Die Aktivierungseinrichtung 13 erzeugt einen Aktivierungsimpuls
beim Einführen des Schlüssels 6 in den
jeweiligen Schließkanal 4, 5 zur Aktivierung
einer Steuereinrichtung 19. Die Codeempfänger 8, 9 erfassen
Signale von Transpondern 18 des Schlüssels 6 und
leiten diese zu der Steuereinrichtung 19. Die Steuereinrichtung 19 ermittelt
aus den Signalen des Transponders 18, ob der Schlüssel 6 berechtigt
ist, den Schließzylinder zu entriegeln. Bei Vorliegen einer
Berechtigung steuert die Steuereinrichtung 19 die Sperreinrichtung 7 an
und hält den Sperrriegel 11 in einer die Bewegung
des Kerns 2 freigebenden Stellung.
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2 zeigt
stark vergrößert einen Teil der Aktivierungseinrichtung 13 aus 1.
Hierbei ist zu erkennen, dass der Drücker 16 als
gebogener Blechstreifen ausgebildet ist und eine Rastverbindung 20 in
dem Kern 2 aufweist. Mit einem elastisch nachgiebigen Bogen
ragt der Drücker 16 in den Schließkanal 4 hinein.
Das freie Ende des Drückers 16 steht der Piezofolie 14 mit
geringem Abstand gegenüber. Beim Einführen des
Schlüssels 6 in den Schließkanal 4 drückt
der Drücker 16 auf die Piezofolie 14 und
verformt diese. Dabei wird der beschriebene Aktivierungsimpuls erzeugt.
Die Form und die Elastizität des Drückers 16 gleicht
Toleranzen gegenüber dem Schließkanal 4 aus
und verhindert eine Überlastung der Piezofolie 14.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Piezofolie 14 mit einer Operationsschaltung 21 der
Aktivierungseinrichtung 13. Die Piezofolie 14 weist
eine Kunststofffolie 22 mit zwei nebeneinander angeordneten
Schichten 23, 24 aus Piezomaterial auf. Nur eine
der Schichten 23 aus Piezomaterial steht im Bewegungsbereich
des in den 1 und 2 dargestellten
Drückers 16. Die andere Schicht 24 aus
Piezomaterial dient als Vergleichsschicht und ermöglicht eine
Kompensation von Temperatur- und anderen Einflüssen mittels
der Operationsschaltung 21. Der Aktivierungsimpuls wird
von der Operationsschaltung 21 erst erzeugt, wenn mittels
der Schichten 23, 24 aus Piezomaterial unterschiedliche
Signale erzeugt werden. Die Kunststofffolie 22 ist teilweise
von Kunststoff 25 umspritzt. Die Umspritzung ermöglicht
die einfache Montage der Piezofolie 14 in dem Schließzylinder.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung durch die Piezofolie 14 aus 3.
Hierbei ist zu erkennen dass die Piezofolie 14 insgesamt
zwei Kunststofffolien 22 aufweist, zwischen denen ein Masselelement 26 angeordnet
ist. Das Masseelement 26 ist ebenfalls mit der Operationsschaltung 21 aus 3 verbunden. Die
Betätigungsrichtung der Piezofolie 14 ist mittels eines
Pfeils gekennzeichnet.
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5 zeigt
eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform
der Aktivierungseinrichtung 13, bei der ein Drücker 27 als
Kugel ausgebildet ist und auf einer Piezofolie 28 aufliegt.
Beim Einführen des Schlüssels 6 in den
Schließkanal 4 wird der Drücker 27 von
der Spitze des Schlüssels 6 gegen die Piezofolie 28 gedrückt,
worauf diese sich verformt. Nach einem in 6 dargestellten
vollständigen Einführen des Schlüssels 6 schnappt
der Drücker 27 in eine Ausnehmung 29 des
Schlüssels 6, wodurch die Piezofolie 28 durch
ihre Eigenelastizität glatt gespannt wird. Damit werden
beim Einführen des Schlüssels 6 zwei
Impulse erzeugt. Der Drücker 27 hält
zudem den Schlüssel 6 in seiner vollständig
in den Schließkanal 4 eingeführten Stellung.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Aktivierungseinrichtung 13,
bei der ein Drücker 30 zweiteilig gestaltet ist
und mit einem Ende in den Schließkanal 4 hineinragt
und mit dem anderem Ende auf einer vorgeformten Piezofolie 31 aufliegt. Zwischen
den Enden des Drückers 30 ist ein Federelement 32 angeordnet.
Das Federelement 32 gleicht Toleranzen aus und verhindert
eine Überlastung der Piezofolie 31. Beim Einführen
des Schlüssels 6 in den Schließkanal 4 wird
ebenfalls die Piezofolie 31 verformt und erzeugt den Aktivierungsimpuls.
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8 zeigt
einen als Knaufzylinder ausgebildeten Schließzylinder,
bei dem eine schematisch dargestellte Sperreichrichtung 33 einen
nicht näher dargestellten Aktor zum wahlweisen Lösen
oder Erzeugen eines Formschlusses zwischen einem Kern 34 und
einem Knauf 35 hat. Die Aktivierungseinrichtung 13 zur
Erzeugung eines Aktivierungsimpulses für die ebenfalls
schematisch dargestellte Steuereinrichtung 19 zur Ansteuerung
der Sperreinrichtung 33 weist einen mit dem Kern 34 verbundenen
Drücker 36 auf. Der Drücker 36 ist
von einem Federelement 37 in eine Reihe von in dem Knauf 35 angeordneten Vertiefungen 38 vorgespannt.
Das Federelement 37 stützt sich an einer Piezofolie 39 der
Aktivierungseinrichtung 13 ab. Bei einer anfänglichen
Drehung des Knaufes 35 wird der Drücker 36 von
den Vertiefungen 38 im Knauf 35 bewegt und die
Piezofolie 39 verformt, wodurch ein Aktivierungsimpuls
für die Steuereinrichtung 19 erzeugt wird.
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In
einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform
kann die Piezofolie auch unmittelbar auf der Außenseite
des Knaufes des Schließzylinders aus 8 angeordnet
sein und durch das Greifen des Knaufes verformt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1148189
B1 [0003]
- - EP 1380714 A2 [0004]
- - DE 102004004246 A1 [0005]
- - EP 1531431 A3 [0006]