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Die Erfindung betrifft eine Schließeinrichtung mit mindestens einem elektronischen Verbraucher, insbesondere einer Steuereinrichtung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für eine derartige Schließeinrichtung.
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Es ist bereits bekannt, Schließeinrichtungen wie beispielsweise Schließzylinder für Türen mit elektronischen Komponenten zu versehen, die zum Beispiel eine Benutzeridentifikation im Sinne einer Zutrittskontrolle ausführen können. Nachteilig an den bekannten Systemen ist der verhältnismäßig große elektrische Energiebedarf der elektronischen Komponenten, so dass die bekannten Systeme bei Batteriebetrieb nur eine verhältnismäßig geringe Betriebsdauer bieten.
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Es sind ferner Ansätze bekannt, bei denen an der Schließeinrichtung ein elektromechanisches Schaltglied, wie beispielsweise ein Taster, vorgesehen ist, der zunächst durch eine Person betätigt werden muss, bevor die Schließeinrichtung beziehungsweise eine darin enthaltene Elektronik aus einem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand versetzt wird. Diese Systeme weisen zwar einen verringerten mittleren Energieverbrauch auf, erfordern jedoch eine verhältnismäßig umständliche Bedienung.
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Neben dem Einsatz von elektromechanischen Schaltgliedern, wie zum Beispiel Tastern, ist auch die Verwendung von Beschleunigungssensoren bekannt, um einen bevorstehenden Schließvorgang zu detektieren. Diese weisen jedoch wiederum den Nachteil auf, dass sie eine verhältnismäßig umständliche Bedienung erfordern.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schließeinrichtung und ein Betriebsverfahren für eine Schließeinrichtung dahingehend zu verbessern, dass ein geringerer mittlerer Energieverbrauch und gleichzeitig eine einfachere und komfortablere Handhabbarkeit gegeben sind.
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Diese Aufgabe wird bei der Schließeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Steuerschaltung mit einem Schallwandler vorgesehen ist, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Verbraucher in Abhängigkeit eines mittels des Schallwandlers erfassten Schallsignals von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine Steuerschaltung zur Erkennung einer Betriebssituation, die ein Aktivieren der Steuereinrichtung der Schließeinrichtung erfordert, besonders stromsparend ausgebildet werden kann, wenn sie mit einem Schallwandler ausgestattet ist. Der Schallwandler ermöglicht Untersuchungen der Anmelderin zufolge vorteilhaft eine Überwachung der Umgebung der Schließeinrichtung auf das Auftreten von Schallsignalen, ohne hierbei einen großen elektrischen Energieverbrauch aufzuweisen. Dadurch kann die Schließeinrichtung beziehungsweise ihre Umgebung vorteilhaft permanent überwacht werden, so dass im Bedarfsfall, beispielweise beim Überschreiten eines vorgebbaren Schallpegels, der elektronische Verbraucher beziehungsweise die Steuereinrichtung von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand versetzt werden kann.
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Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Steuerschaltung mit dem Schallwandler dazu eingesetzt werden, den elektrischen Verbraucher von einem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand zu versetzen, in dem die Steuereinrichtung den Betrieb der Schließeinrichtung steuern kann.
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Ein besonders effizienter Betrieb der erfindungsgemäßen Schließeinrichtung ergibt sich einer Ausführungsform zufolge dann, wenn der Schallwandler als piezoelektrischer Schallwandler ausgebildet ist.
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Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Schallwandler dazu ausgebildet ist, Körperschall und/oder Luftschall zu erfassen und in ein elektrisches Signal zu wandeln. Die Erfassung von Körperschall bedingt den Vorteil, dass der Schallwandler gekapselt ausgeführt bzw. in ein Gehäuse der Schließeinrichtung integriert werden kann, wodurch z. B. Schließeinrichtungen mit besonderen Schutzarten betreffend Berührungsschutz und/oder Wasserschutz angegeben werden können. Beispielsweise kann einer Ausführungsform zufolge – aufgrund der Detektion von Körperschall – die Schließeinrichtung vollständig gekapselt und somit gemäß der Schutzart IP65 ausgebildet werden. Die Auswertung von Luftschall besitzt demgegenüber den weiteren Vorteil, dass nicht notwendig eine Kopplung der Schallquelle mit dem Schallwandler über einen dazwischen angeordneten Festkörper erforderlich ist. Durch die Kombination beider Sensorprinzipien ist die größtmögliche Flexibilität bei der Erfassung von Schallsignalen gegeben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung eine Auswerteschaltung zur Auswertung und/oder Verstärkung eines Ausgangssignals des Schallwandlers aufweist, wodurch sich eine besonders hohe Empfindlichkeit bezüglich der Schalldetektion erzielen lässt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die eine besonders geringe elektrische Leistungsaufnahme aufweist, ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung einen Feldeffekttransistor aufweist.
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Eine weitere vorteilhafte Erfindungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors über eine Parallelschaltung mit einem zweiten Bezugspotential, insbesondere dem Massepotential verbunden ist, wobei die Parallelschaltung eine Parallelschaltung aus einem zweiten elektrischen Widerstand und einem Kondensator aufweist.
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Eine weitere vorteilhafte Erfindungsvariante sieht vor, dass ein Source-Anschluss des Feldeffekttransistors über einen ersten elektrischen Widerstand mit einem ersten Bezugspotential, das von dem zweiten Bezugspotential verschieden ist, verbunden ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Widerstand und/oder der zweite Widerstand jeweils einen Widerstandswert im Bereich von etwa 100 kΩ (Kiloohm) bis etwa 20 MΩ (Megaohm) aufweisen, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 MΩ bis etwa 10 MΩ. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ergibt sich bei einer derartigen Konfiguration der Ohmwiderstände eine besonders geringe Ruhestromaufnahme der erfindungsgemäßen Steuerschaltung bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit der Auswerteschaltung.
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Eine weitere Reduktion der Ruhestromaufnahme der erfindungsgemäßen Schließeinrichtung ist einer vorteilhaften Variante zufolge dadurch ermöglicht, dass ein Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors über einen dritten Widerstand mit einem zweiten Bezugspotential, insbesondere dem Massepotential, verbunden ist. Dadurch wird bei geeigneter Konfiguration des Feldeffekttransistors der Feldeffekttransistor in einem Ruhezustand, in dem kein Schall detektiert wird, in einen besonders hochohmigen Zustand versetzt, so dass die Ruhestromaufnahme der gesamten Schaltungsanordnung minimiert wird.
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Eine schaltungstechnisch besonders einfache und effiziente Ansteuerung des elektronischen Verbrauchs, insbesondere der Steuereinrichtung, ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, dass ein Source-Anschluss des Feldeffekttransistors mit einem Eingangsanschluss der Steuereinrichtung, insbesondere mit einem Interrupt-Eingang eines Mikrocontrollers, der in der Steuereinrichtung vorgesehen sein kann, verbunden ist. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann an dem Source-Anschluss des Feldeffekttransistors bereits vorteilhaft ein Signal erhalten werden, das zur Steuerung einer digitalen Recheneinheit wie beispielsweise des Mikrocontrollers verwendbar ist, beispielsweise um einen als Interrupt-Eingang konfigurierten Eingangsanschluss des Mikrocontrollers mit einem Steuersignal zu beaufschlagen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erster und ein zweiter Anschluss des Schallwandlers mit jeweils einem Ausgangsanschluss der Steuereinrichtung, insbesondere mit einem Ausgang eines Mikrocontrollers, verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung, insbesondere der Mikrocontroller, dazu ausgebildet ist, mindestens einen Anschluss des Schallwandlers wahlweise mit einem Bezugspotential zu verbinden. Dadurch kann vorteilhaft der Schallwandler direkt durch den Mikrocontroller angesteuert werden, um ein entsprechendes elektronisches Ansteuersignal des Mikrocontrollers in ein Schallsignal umzuwandeln, das beispielsweise zur akustischen Signalisierung eines Betriebszustands der Schließeinrichtung verwendbar ist. Gleichzeitig kann der für die akustische Signalisierung verwendete Schallwandler nach wie vor für das erfindungsgemäße Detektionsprinzip, das heißt die Schallerfassung zur Steuerung eines Betriebszustands der Steuereinrichtung, verwendet werden. Besonders bevorzugt kann der Mikrocontroller hierfür einen Anschluss des Schallwandlers mit einem Massepotential verbinden. In diesem Zustand kann der andere Anschluss des Schallwandlers als Signalquelle, insbesondere Spannungsquelle, für die Feldeffekt-Transistor-Auswerteschaltung verwendet werden. Sobald der Schallwandler wiederum als akustischer Signalgeber zu verwenden ist, kann der Mikrocontroller bevorzugt den mindestens einen Anschluss des Schallwandlers wieder von dem Bezugspotential trennen und die beiden Anschlüsse des Schallwandlers direkt mit entsprechenden Ausgangssignalen beaufschlagen, die die Erzeugung von Schallsignalen in an sich bekannter Weise ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schließeinrichtung als Profilschließzylinder ausgebildet ist und dass mindestens eine der folgenden Komponenten zumindest teilweise in ein Gehäuse des Profilschließzylinders integriert ist: Steuereinrichtung, Steuerschaltung, Schallwandler.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schließeinrichtung als Knaufzylinder ausgebildet ist und ein Schließzylinder sowie ein mit dem Schließzylinder gekoppeltes Betätigungselement aufweist, wobei mindestens eine der folgenden Komponenten zumindest teilweise in ein Gehäuse des Betätigungselements oder des Schließzylinders integriert ist: Steuereinrichtung, Steuerschaltung, Schallwandler.
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Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine Steuerschaltung mit einem Schallwandler den elektronischen Verbrauch in Abhängigkeit eines mittels des Schallwandlers erfassten Schallsignals von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand versetzt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erfassen eines Schallsignals mittels des Schallwandlers, Umsetzen des Schallsignals in ein zur Ansteuerung der Steuereinrichtung geeignetes Steuersignal, Versetzen der Steuereinrichtung aus dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand durch Beaufschlagung der Steuereinrichtung mit dem Steuersignal, wobei der erste Betriebszustand insbesondere ein Energiesparzustand ist, und wobei der zweite Betriebszustand insbesondere ein regulärer Betriebszustand ist, in dem die Steuereinrichtung eine größere elektrische Leistungsaufnahme aufweist als in dem Energiesparzustand. Der vorstehend genannte Schritt des Umsetzens umfasst vorzugsweise sowohl eine elektronische Verstärkung eines elektronischen Ausgangssignals des Schallwandlers als auch eine Konditionierung des verstärkten Signals, so dass dieses zur Ansteuerung der Steuereinrichtung verwendbar ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung den Schallwandler ansteuert, um ein Schallsignal zu erzeugen. Bei dieser Erfindungsvariante kann der Schallwandler demnach vorteilhaft sowohl zur Schallerfassung verwendet werden, die zur Steuerung des Betriebszustands der Steuereinrichtung dient, als auch zur Erzeugung von akustischen Signalen, die beispielsweise einen Betriebszustand beziehungsweise einen Betriebszustandsübergang der Schließeinrichtung akustisch an einen Benutzer signalisieren.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehungen sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinrichtung,
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2 schematisch ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für die Schließeinrichtung gemäß 1,
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3a schematisch eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für die Steuerschaltung gemäß 2,
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3b schematisch eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für die Steuerschaltung gemäß 2,
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4 schematisch eine Schließeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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5 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine als Knaufzylinder ausgebildete Schließeinrichtung 100, die über einen Schließzylinder 102 und einen mit dem Schließzylinder 102 in an sich bekannter Weise mechanisch gekoppelten Knauf 104, der als Betätigungselement für den Schließzylinder 102 dient, ausgebildet ist.
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Die Schließeinrichtung 100 kann beispielsweise in ein Einsteckschloss für eine Tür eingebaut und für eine Verriegelung beziehungsweise Entriegelung der Tür verwendet werden.
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Die Schließeinrichtung 100 verfügt über mindestens einen elektronischen Verbraucher, bei dem es sich vorliegend um eine elektronische Steuereinrichtung 110 handelt. Die Steuereinrichtung 110 kann beispielsweise eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweisen, die einen Betrieb der Schließeinrichtung 100 steuern. Besonders bevorzugt weist die Steuereinrichtung 110 einen in 1 nicht abgebildeten Mikrocontroller oder eine sonstige Recheneinheit auf, die die Betriebsabläufe der Schließeinrichtung steuern beziehungsweise regeln kann.
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Die Schließeinrichtung 100 verfügt ferner über ein RFID-Lesegerät 106a, das in an sich bekannter Weise eine Datenverbindung mit einem kompatiblen RFID-Transponder 106b aufbauen und von diesem Informationen, beispielsweise Identifikationsdaten, erhalten kann. Über diese RFID-Schnittstelle 106a, 106b können die in dem Transponder 106b enthaltenen Informationen in an sich bekannter Weise drahtlos an die Steuereinrichtung 110 übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 110 kann nach dem Erhalt entsprechender Identifikationsdaten eines Transponders 106b beispielsweise eine Zutrittskontrollfunktion ausführen, die die soeben empfangenen Identifikationsdaten mit einer Liste von gespeicherten, zulässigen Identifikationsdaten berechtigter Nutzer abgleicht. Sofern der Transponder 106b als berechtigter Transponder erkannt wird, kann die Steuereinrichtung 110 über eine Aktorik (nicht gezeigt) ein Schließglied des Schließzylinders 102 ansteuern beziehungsweise eine Kupplung, welche eine mechanische Kopplung zwischen dem Betätigungselement 104 und dem Schließglied aktiviert und/oder deaktiviert.
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Alternativ oder ergänzend zu einer RFID-basierten Kommunikation können z. B. auch Systeme mit kapazitiver Datenübertragung und/oder allgemeine Funksysteme und/oder optische Kommunikationssystem vorgesehen sein, die beispielsweise modulierte Infrarotsignale verwenden.
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Die elektrische Energieversorgung der Komponenten 106a, 110 ist durch eine Batterie 125 gewährleistet, die vorliegend ebenfalls in ein Gehäuse des Betätigungselements 104, also in den Knauf des Knaufzylinders 100, integriert ist.
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Damit die Steuereinrichtung 110 und ihr integrierter Mikrocontroller sowie der RFID-Leser 106a und gegebenenfalls weitere elektronische Verbraucher (nicht gezeigt) der Schließeinrichtung 100 nicht permanent aktiviert sein müssen, wodurch sie die Batterie 125 belasten, ist erfindungsgemäß eine Steuerschaltung 120 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Steuereinrichtung 110, vorzugsweise jedoch auch die weiteren elektronischen Verbraucher 106a, wahlweise in einen ersten beziehungsweise einen zweiten Betriebszustand oder auch weitere Betriebszustände zu versetzen. Bei dem ersten Betriebszustand handelt es sich bevorzugt um einen Energiesparzustand, in dem die elektronischen Verbraucher eine verhältnismäßig geringe Leistungsaufnahme aufweisen.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Mikrocontrollers in der Steuereinrichtung 110 eine bereits in den Mikrocontroller integrierte Energiesparfunktion dahingehend genutzt werden, dass der Mikrocontroller sich selbst bei Nichtgebrauch beziehungsweise längerer Inaktivität des RFID-Lesers 106a usw. in den Energiesparzustand versetzt. Dieser Mechanismus ist an sich bekannt.
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Die erfindungsgemäße Steuerschaltung 120 dient vorteilhaft dazu, den Mikrocontroller beziehungsweise die gesamte Steuereinrichtung 110 sowie gegebenenfalls die weiteren elektronischen Komponenten 106a aus dem Energiesparzustand wieder in einen regulären Energiesparzustand zu versetzen, wenn eine reguläre Funktionsweise der Steuereinrichtung 110 erforderlich ist.
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Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn sich ein Benutzer mit seinem Transponder 106b dem Betätigungselement 104 nähert und eine Datenübertragung zwischen dem Transponder 106b und dem Lesegerät 106a sowie eine nachfolgende Auswertung durch die Steuereinrichtung 110 erfolgen soll.
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Erfindungsgemäß weist die Steuerschaltung 120 einen Schallwandler 122 auf, der dazu ausgebildet ist, Körperschall und/oder Luftschall zu erfassen. Die Steuerschaltung 120 ist so ausgebildet, dass sie von dem Schallwandler 122 erfasste Schallsignale verstärkt und in ein Signalformat umwandelt, das geeignet ist, die Steuereinrichtung 110, insbesondere den darin enthaltenen Mikrocontroller, von seinem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand zu versetzen.
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2 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 120. Eingangsseitig wird der Steuerschaltung 120 ein elektronisches Signal s_1 zugeführt, das von dem Schallwandler 122 aus einem empfangenen Schallsignal s_0 erzeugt wird. Das Signal s_1 wird einer in der Steuerschaltung 120 vorgesehenen Auswerteeinheit 124 zugeführt, die das Signal s_1 verstärkt und ein entsprechend verstärktes Ausgangssignal s_2 an die Steuereinrichtung 110 abgibt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Schallwandler 122 als piezoelektrischer Schallwandler ausgebildet.
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3a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Realisierung der Auswerteschaltung 124 gemäß 2.
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Kern dieser Schaltungsanordnung ist ein Feldeffekttransistor J1, dessen Source-Anschluss S über einen ersten Widerstand R1 mit einem Bezugspotential V1 verbunden ist. Bei dem Bezugspotential V1 handelt es sich bevorzugt um eine Versorgungsspannung von beispielsweise 3 V, wie sie von der Batterie 125 (1) geliefert wird und auch von weiteren elektronischen Verbrauchern der Schließeinrichtung 100 verwendet wird.
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Ein Drain-Anschluss D des Feldeffekttransistors J1 ist über eine Parallelschaltung PS aus einem zweiten Widerstand R2 und einem Kondensator C2 mit einem weiteren Bezugspotential V0, bei dem es sich bevorzugt um ein Massepotential handelt, verbunden.
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Ein Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 ist über einen dritten Widerstand R3 ebenfalls mit dem Massepotential V0 verbunden. Parallel zu dem dritten Widerstand R3 ist der piezoelektrische Schallwandler 122 geschaltet, das bedeutet, ein erster in 3a nicht näher bezeichneter Anschluss des Schallwandlers 122 ist ebenfalls mit dem Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 verbunden, und ein zweiter, ebenfalls in 3a nicht näher bezeichneter Anschluss des Schallwandlers 122 ist mit dem Massepotential V0 verbunden.
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Ein Ausgang der Schaltungsanordnung 124, der zur Ansteuerung der Steuereinrichtung 110 (2) verwendet werden kann, ist mit dem Bezugszeichen P1 bezeichnet. Der Knotenpunkt P1 ist direkt mit dem Source-Anschluss S des Feldeffekttransistors J1 verbunden.
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Obwohl das erfindungsgemäße Prinzip zur Detektion von Schallsignalen s_0 (2) nicht auf eine konkrete Ausgestaltungsform beziehungsweise einen Bautyp des Feldeffekttransistors J1 beschränkt ist, kommt bei der Schaltungsanordnung 124 gemäß 3a im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein N-Kanal Sperrschicht-Feldeffekttransistor (N-Channel JFET) zum Einsatz.
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Besonders bevorzugt kann der Feldeffekttransistor J1 beispielsweise vom Typ BF 861A des Herstellers Philips ausgebildet sein.
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Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung 124 gemäß 3a wird nachfolgend beschrieben.
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Der Schallwandler 122, der vorliegend als piezoelektrischer Schallwandler 122 ausgebildet ist, kann als Spannungsquelle aufgefasst werden, die in Abhängigkeit eines auf sie auftreffenden Schallsignals s_0 (2) eine Ausgangsspannung erzeugt, die vorliegend zwischen dem Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 und dem Massepotential V0 abfällt.
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Solange der Schallwandler 122 kein Schallsignal empfängt, wird eine derartige Spannung nicht erzeugt bzw. beträgt 0 Volt. Der dritte Widerstand R3 hält das Potential an dem Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 auf dem Massepotential V0, zumindest solange der Schallwandler 122 keine Spannung zwischen seinen Anschlüssen und damit auch an dem Gate-Anschluss G liefert.
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In diesem Zustand, das heißt mit einer Spannungsdifferenz von Null Volt gegenüber dem Massepotential V0 an dem Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 ist der Feldeffekttransistor J1 leitend, so dass ein Strom von seinem Source-Anschluss S zu seinem Drain-Anschluss D fließen kann. Dieser Strom fließt auch durch die Ohmwiderstände R1, R2 und lädt dabei den Kondensator C2 der Parallelschaltung PS auf.
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Während der Aufladung des Kondensators C2 steigt das Potential an dem Drain-Anschluss D des Feldeffekttransistors J1 in entsprechender Weise, so dass sich eine negative Gate-Drain-Spannung von beispielsweise etwa 1 V einstellt, weil der Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 wie bereits beschrieben durch den Widerstand R3 auf das Massepotential V0 gezogen ist.
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Aufgrund dieser negativen Gate-Drain-Spannung ist der Feldeffekttransistor J1 nun nicht mehr leitend, sondern seine Drain-Source-Strecke ist hochohmig. Dadurch zieht die Serienschaltung R1, J1, R2 in diesem Betriebszustand einen außerordentlich geringen Strom, wodurch sich die Belastung der Batterie 125 (1) minimiert.
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In diesem Betriebszustand weist das Potential an dem Ausgangsknotenpunkt P1 einen Wert auf, der den Betriebszustand der Steuereinrichtung 110 beziehungsweise eines Mikrocontrollers, der an den Schaltungsknotenpunkt P1 angeschlossen ist, nicht ändert. Daher kann der Mikrocontroller in seinem Energiesparmodus verbleiben.
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Sobald ein Schallsignal auf den Schallwandler 122 trifft, erzeugt dieser eine Spannung zwischen seinen Anschlüssen, so dass sich das Potential an dem Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors J1 – ausgehend von dem Massepotential V0 – erhöht. Der Widerstand R3 ist hinreichend hochohmig gewählt, so dass die Ausgangsspannung des Schallwandlers 122 zunächst erfindungsgemäß auf das Gate G wirken kann, bevor sie wieder abgebaut wird.
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Damit verringert sich die Gate-Drain-Spannung an dem Feldeffekttransistor J1. Die Verringerung der Gate-Drain-Spannung infolge der Schallbeaufschlagung des Schallwandlers 122 bewirkt eine hiermit korrespondierende Verringerung des Drain-Source-Widerstands des Feldeffekttransistors J1, so dass das Potential an dem Schaltungsknotenpunkt P1 sinkt. Dieses Absinken wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, die Steuereinrichtung 110 beziehungsweise den darin vorgesehenen Mikrocontroller von seinem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand zu versetzen.
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Beispielsweise kann der Schaltungsknotenpunkt P1 mit einem Interrupt-geeigneten Digitaleingang des Mikrocontrollers verbunden sein, so dass bei der vorstehend beschriebenen Potentialänderung des Schaltungsknotenpunkts P1, die sich infolge einer Schallbeaufschlagung des Schallwandlers 122 ergibt, ein entsprechender Interrupt in dem Mikrocontroller ausgelöst wird, der den Übergang des Mikrocontrollers von seinem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand auslöst.
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Anschließend kann der Mikrocontroller beispielsweise den RFID-Leser 106a ansteuern, um von dem Transponder 106b Identifikationsdaten abzurufen.
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Sofern der Mikrocontroller durch die Steuerschaltung 120 aktiviert worden ist (Verlassen des Energiesparzustands), ohne dass ein Transponder 106b in Reichweite des RFID-Lasers 106a ist, kann sich der Mikrocontroller nach einem erfolglosen Kommunikationsversuch wiederum in den Energiesparzustand versetzen.
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Die vorzugsweise permanent betriebene Schaltungsanordnung 124 der Steuerschaltung 120 weist eine um Größenordnungen geringere Stromaufnahme auf als der Mikrocontroller und trägt daher vorteilhaft zur Einsparung elektrischer Energie während solcher Phasen bei, während denen keine Kommunikation mit dem Transponder 106b erforderlich ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen der erste Widerstand R1 und/oder der zweite Widerstand R2 jeweils einen Widerstandswert im Bereich von 100 Kiloohm bis etwa 20 Megaohm auf. Besonders bevorzugt sind Widerstandswerte im Bereich von etwa 2 Megaohm bis etwa 10 Megaohm.
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Bei einer Ausbildung des ersten Widerstands R1 mit einem Widerstandswert von etwa 5 Megaohm und des zweiten Widerstands R2 mit einem Widerstandswert von etwa 10 Megaohm ergeben sich somit für die Serienschaltung aus den beiden Ohmwiderständen R1, R2 und dem Feldeffekttransistor J1 mit vorliegend nicht näher betrachtetem Drain-Source-Widerstand etwa 15 Megaohm. Bei einer Versorgungsspannung von etwa 3 V ergibt sich somit ein Strom durch die Serienschaltung R1, J1, R2 von maximal etwa einigen 100 Nanoampere.
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3b zeigt eine Schaltungsanordnung 124a gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3a ist der Schallwandler 122 bei der weiteren Ausführungsform gemäß 3b mit seinem zweiten Anschluss E0 nicht direkt mit dem Bezugspotential, insbesondere dem Massepotential V0 verbunden.
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Vielmehr sind die Anschlüsse E0, E1 des Schallwandlers 122 direkt mit entsprechenden Ein- bzw. Ausgängen des Mikrocontrollers μC verbunden, wie er in der Steuereinrichtung 110 (2) für an sich bekannte Steuerungs- und Regelungsaufgaben vorgesehen sein kann.
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Dadurch ist es vorteilhaft möglich, den Schallwandler 122 unter entsprechender Ansteuerung durch den Mikrocontroller μC als elektroakustischen Signalwandler zu verwenden, mithin eine akustische Signalisierung vorzunehmen. Beispielsweise können die den Anschlüssen E0, E1 zugeordneten Ausgänge des Mikrocontrollers μC derart angesteuert werden, dass sie periodisch eine Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen E0, E1 anlegen beziehungsweise erzeugen, um ein akustisches Signal mit der entsprechenden Frequenz durch den Schallwandler 122 zu erzeugen.
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Bei einem Gegentaktbetrieb, bei dem die Ausgangssignale der den Anschlüssen E0, E1 zugeordneten Ausgänge des Mikrocontrollers μC gegenphasig sind, lässt sich eine maximale Lautstärke für die akustische Signalisierung erzielen. Sofern beispielsweise der Anschluss E0 mit dem Massepotential V0 verbunden wird, während der Anschluss E1 angesteuert wird, lässt sich eine geringere als die maximale Lautstärke für die akustische Signalisierung erzielen.
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Auf diese Weise kann der Schallwandler 122 – neben seiner erfindungsgemäßen Funktion als Schalldetektor – vorteilhaft auch als akustischer Signalgeber zur Signalisierung des Betriebszustands der Schließeinrichtung 100 (1) verwendet werden.
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Um die erfindungsgemäße Schalldetektion auch bei der Schaltungsanordnung 124a aus 3b zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass der Mikrocontroller μC so ausgebildet ist, dass er den ersten Anschluss E0 des Schallwandlers 122 wahlweise direkt mit einem Massepotential V0 verbinden kann, vergleiche den in dem Mikrocontroller μC angedeuteten Schalter SW. Sofern der Schalter SW von dem Mikrocontroller μC geschlossen wird, der erste Anschluss E0 des Schallwandlers 122 somit mit dem Massepotential V0 verbunden ist, kann der Schallwandler 122 – analog zu der Funktion gemäß 3a – wiederum als schallempfindliche Spannungsquelle verwendet werden, die den Feldeffekttransistor J1 in der vorstehend unter Bezugnahme auf 3a beschriebenen Weise ansteuert. Hierzu ist der Anschluss E1 des Schallwandlers 122 durch den Mikrocontroller μC hochohmig zu schalten, um die Signaldetektion nicht zu stören.
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Die Funktionalität des Schalters SW ist bei derzeit verfügbaren Mikrocontrollern häufig bereits in den Mikrocontroller integriert. Hierzu muss ein entsprechendes Steuerregister eines den betreffenden Anschluss des Mikrocontrollers μC aufweisenden Ports des Mikrocontrollers μC so konfiguriert werden, dass der Anschluss des Mikrocontrollers mit dem Bezugspotential V0 verbunden wird. Für eine aktive Steuerung des Schallwandlers 122 durch den Mikrocontroller μC zur akustischen Signalisierung ist der betreffende Anschluss des Mikrocontrollers μC, der mit dem Anschluss E0 des Schallwandlers 122 verbunden ist, in entsprechend abweichender Weise zu konfigurieren, nämlich beispielsweise als digitaler Ausgang, ebenso wie der weitere Anschluss, der mit dem Anschluss E1 des Schallwandlers 122 verbunden ist.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinrichtung 100a, bei der die den Mikrocontroller μC (3b) aufweisende Steuereinrichtung 110 direkt in dem Gehäuse des Schließzylinders 102 integriert ist. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung 120 ist vorteilhaft ebenfalls direkt in dem Gehäuse des Schließzylinders 102 integriert.
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Eine elektrische Verbindung zu dem Schallwandler 122, der in dem Gehäuse des Betätigungselements 104 angeordnet ist, ist in 4 schematisch angedeutet. Weitere elektrische Verbindungen, beispielsweise von der Batterie 125 zu den Komponenten 110, 120, 106a, sind der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet.
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Der Schallwandler 122 kann bevorzugt auch direkt in den RFID-Leser 106a bzw. sein Gehäuse integriert sein, vergleiche 4, wodurch sich die Fertigung der Schließeinrichtung 100a weiter vereinfacht. Alternativ hierzu kann der Schallwandler 122 auch an einer sonstigen Stelle im Bereich eines Innenraums des Gehäuses des Betätigungselements 104 angeordnet sein.
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Um eine effiziente Einkopplung von Körperschall in den Schallsensor 122 zu ermöglichen, ist der Schallsensor 122 bevorzugt direkt mit dem Gehäuse des Betätigungselements 104 zu verbinden, insbesondere mit einer in 4 linken Stirnfläche des Betätigungselements 104. Bei dieser Konfiguration werden Körperschallsignale, die bei dem Berühren der Stirnseite des Betätigungselements 104 durch den Transponder 106b entstehen, mit maximaler Effizienz in den Schallsensor 122 eingekoppelt, wodurch die erfindungsgemäße Steuerschaltung 120 die Steuereinrichtung 110 beziehungsweise ihren Mikrocontroller μC und schließlich den RFID-Leser 106a zuverlässig aus dem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand versetzen kann.
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5 zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einem ersten Schritt 210 wird ein Schallsignal s_0 (2) durch den Schallwandler 122 erfasst.
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In einem nachfolgenden Schritt 220 wird das erfasste Schallsignal s_0 mittels der Schaltungsanordnung 124 gemäß 3a umgesetzt in ein elektronisches Signal s_2 (2), das an dem Schaltungsknoten P1 (3a) anliegt.
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In dem nachfolgenden Schritt 230 wird schließlich die Steuereinrichtung 110 beziehungsweise ihr Mikrocontroller μC (3b) aus dem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand versetzt.
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Schritt 240 aus 5, der durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist, repräsentiert eine optionale aktive Ansteuerung des Schallwandlers 122 durch den Mikrocontroller μC zur akustischen Signalisierung, wie sie z. B. außerhalb des Messzustands in dem Energiesparzustand vorgenommen werden kann.
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Obwohl vorstehend nur zwei Betriebszustände der Steuereinrichtung 110 beziehungsweise des Mikrocontrollers μC beschrieben worden sind, versteht es sich, dass das erfindungsgemäße Prinzip auch dazu verwendet werden kann, den Mikrocontroller μC von einem ersten, besonders stromsparenden Betriebszustand zunächst in einen zweiten Energiesparzustand zu versetzen, bei dem grundlegende Funktionen des Mikrocontrollers μC beispielsweise bereits aktiv sind, jedoch nicht alle Funktionskomponenten des Mikrocontrollers μC aktiviert sind.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht die Bereitstellung eines sehr benutzerfreundlichen Systems umfassend eine Schließeinrichtung 100, weil keine zusätzlichen Handhabungsvorgänge erforderlich sind, um das System aus dem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand zu versetzen. Das Identifikationsmedium 106 (Transponder) wird durch den Benutzer einfach gegen den Leser 106a beziehungsweise das den Leser 106a beinhaltende Betätigungselement 104 gehalten, wobei die Steuerschaltung 120 den hierbei auftretenden Körperschall erkennt und die Steuereinrichtung 110 aus dem Energiesparzustand in einen regulären Betriebszustand versetzt. Gleichzeitig ist durch diesen Bedienvorgang das Identifikationsmedium 106b in einer optimalen Position, um mittels des Lesers 106 ausgelesen zu werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Mikrocontroller μC auch eine weitergehende Auswertung der mittels des Schallwandlers 122 erhaltenen Signale ausführen. Beispielsweise kann der Mikrocontroller μC das Schallsignal s_0 auch einer Frequenzanalyse (z. B. mittels diskreter Fouriertransformation) unterziehen. Hierzu ist das Schallsignal bzw. ein daraus abgeleitetes elektronisches Signal einer Ausführungsform folgend einem Analog-Digital-Wandlereingang des Mikrocontrollers μC zuzuführen. Sofern die Frequenzanalyse z. B. ergibt, dass über einen längeren Zeitraum hinweg, der z. B. deutlich länger als ein ordnungsgemäßer Betätigungsvorgang der Schließeinrichtung ist, Frequenzanteile des Schallsignals mit nichtverschwindender Amplitude vorliegen, kann z. B. darauf geschlossen werden, dass ein Manipulationsversuch, z. B. ein Versuch, den Schließzylinder 102 aufzubohren, erfolgt, oder dass eine die Schließeinrichtung 100 aufweisende Tür oder sonstige Sperre nicht richtig verschlossen ist.
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Unterschiedliche Signalmuster können in entsprechender Weise ausgewertet werden, und bei geeigneter Ausstattung der Steuereinrichtung z. B. mit Nahbereichsfunksystemen oder dergleichen kann auch eine Signalisierung an eine entfernt angeordnete Zentrale erfolgen. Die lokale Aktivierung von zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen wie z. B. Beschränkung der Liste zulässiger Transponder auf einen Master-Transponder usw. ist ebenfalls denkbar.
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Der Schallwandler 122 kann weiteren Ausführungsformen zufolge auch zur Realisierung einer Sprachausgabe und/oder einer Spracherkennung verwendet werden.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schallwandler 122 in einem Gehäuse 104' des Knaufs 104 angeordnet ist. Um eine gute akustische Ankopplung des Schallwandlers 122 an die Umgebung des Knaufs 104 zu ermöglichen, ist ein Schallkanal 122a vorgesehen, der bevorzugt trichterförmig ausgebildet sein kann und somit gleichzeitig als akustischer Verstärker wirkt. Besonders bevorzugt weist der Schallkanal 122a eine Trichterform mit Exponentialkontur auf.
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Der Schallkanal 122 ermöglicht vorteilhaft eine Anordnung des Schallwandlers 122 in einem Innenbereich des Knaufs 104, so dass ein Bauraum des Gehäuses 104' in dem in 6 linken Endbereich für weitere Komponenten wie z. B. eine Antenne des RFID-Lesers 106a verwendbar ist. Gleichzeitig wird eine unerwünschte elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Komponenten 106a, 122 durch diese Art der Anordnung reduziert.
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Eine weitere Verringerung der unerwünschten elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen den Komponenten 106a, 122 kann dadurch erzielt werden, dass ein Abschirmelement 108 zwischen den Komponenten 106a, 122 vorgesehen wird. Das Abschirmelement 108 weist bevorzugt eine geringe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe magnetische Leitfähigkeit auf. Beispielsweise kann das Abschirmelement 108 ein Ferritmaterial aufweisen.
