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Die Erfindung beschreibt einen elektronischen Türöffner mit einem Betätigungselement, mit einer Verriegelung, mit einer Legitimationseinheit zum Abfragen einer Authentifizierung, mit einem Aktor zum Betätigen der Verriegelung und mit einem Energiewandler zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie, der als autarke Spannungsversorgung des Türöffners dient
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Solche Türöffner werden vielfach beispielsweise in Hotels und Bürogebäuden eingesetzt, um einzelne Zimmer zu sichern. Die Legitimationseinheit kann dabei für alle Arten von Authentifizierung ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Geräte aufweisen: ein Lesegerät für Schlüsselkarten (KeyCards), einen Fingerabdrucksensor, einen Retinascanner, ein Tastenfeld zur Eingabe eines Codes, einen RFID-Scanner, ein Lochkartenleser oder dergleichen Auswertegerät für eine andere Authentifizierung.
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In der Praxis wird zunächst eine Authentifizierung abgefragt, beispielsweise durch Eingabe eines Codes über eine Tastatur. Bei erfolgreicher Prüfung durch die Legitimationseinheit wird die Verriegelung gelöst oder geöffnet. Die Verriegelung kann dabei der Riegel eines Türschlosses sein oder auf das Betätigungselement wirken. Die Verriegelung wird vorzugsweise durch einen elektromechanischen Aktor, beispielsweise einem Elektromotor, betätigt.
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Der Türöffner ist entweder in der Tür selbst, im Türrahmen oder in einer Wand angeordnet, wo er vor Manipulation geschützt ist.
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Unabhängig vom Einbauort benötigt der Türöffner eine Spannungsversorgung, damit die einzelnen elektrischen Komponenten betrieben werden können.
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In einer Wand oder einem Türrahmen kann die Versorgung problemlos über eine Netzleitung erfolgen.
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Bei einem Türöffner, der in einer Tür eingebaut ist, kann ein Stromkabel nur schwer manipulationssicher an der Tür entlang geführt werden. Das Kabel müsste aufwändig in der Tür geführt werden, was spezielle Türen voraussetzt und daher teuer ist.
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Daher werden solche Türöffner mit Batterien betrieben, die in einem geschützten Gehäuse angeordnet sein können. Batterien haben jedoch nur eine begrenzte Kapazität, weshalb diese häufig ausgetauscht werden müssen. Dabei besteht das Problem, dass bei einem Ausfall der Batterie die Tür nicht geöffnet werden kann. Der Türöffner muss zusätzlich einen Mechanismus zur Notöffnung aufweisen, beispielsweise mit einem Schlüssel.
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Aus der
US 6,333,574 B1 ist ein elektronischer Türöffner bekannt, der mit einem Energiewandler ausgestattet ist, der die mechanische Bewegungsenergie einer Drehbewegung in elektrische Energie umwandelt, die dann zur Versorgung des Türöffners dient. Dazu weist der gezeigte Türöffner eine Türklinke auf, die mit einem Dynamo verbunden ist.
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Daneben ist es auch bekannt den Energiewandler beispielsweise in einen Türschließer zu integrieren.
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Allen diesen Systemen ist der auf einer Drehbewegung basierende Energiewandler gemeinsam, der viel Bauraum benötigt. Dadurch sind die bekannten Türöffner recht schwer und groß und sind daher meist als großer Kasten ausgeführt, der zumindest teilweise über das Türblatt hervorsteht. Diese Türöffner müssen massive Vorkehrungen zum Schutz vor Manipulation aufweisen, da sie von außen leicht zugänglich sind. Schließlich sind die bestehenden Systeme nicht ästhetisch ansprechend.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einen elektronischen Türöffner der vorgenannten Art zu schaffen, der kleiner ist und vollständig in einer Tür integrierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Energiewandler einen Schwingarm mit wenigstens einem Permanentmagneten und wenigstens eine Flachspule im Bereich des Magnetfeldes des Permanentmagneten aufweist, dass der Türöffner ein Betätigungselement aufweist und dass bei Betätigung des Betätigungselements der Schwingarm des Energiewandlers ausgelenkt und zu einer Schwingung angeregt wird.
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Der erfindungsgemäße Energiewandler mit einem Schwingarm ist wesentlich kleiner als die rotatorischen Dynamomaschinen im Stand der Technik. Der Energiewandler kann daher vollständig in einer Tür integriert werden, ohne dass Teile des Türöffners über das Türblatt hervorstehen.
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Somit besteht gegenüber den zum Teil klobigen Aufbauten im Stand der Technik auch ein erhöhter Schutz gegenüber Manipulationen.
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Der Türöffner ist vorzugsweise so ausgebildet, dass durch einmalige Betätigung des Betätigungselements der Energiewandler angeregt wird und ausreichend Energie erzeugt wird zum Aktivieren der Legitimationseinheit, zur Abfrage der Authentifizierung und gegebenenfalls zum Ansteuern des Aktors zum der Verriegelung. Die Energie kann auch in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden.
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Insbesondere kann der Energiewandler auch ohne Anregung durch das Betätigungselement eventuell auftretende Schwingungen, beispielsweise beim Schließen der Tür, in elektrische Energie umwandeln, die dann vorzugsweise in einen Energiespeicher gespeist wird.
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Als Authentifizierung ist insbesondere eine RFID-Information vorgesehen, die beispielsweise über Funk übertragen wird. Möglich sind aber auch andere drahtlose Übertragungsmethoden, wie beispielsweise Bluetooth, Zigbee oder WiFi. Dazu weist die Legitimationseinheit einen geeigneten Sender und Empfänger zum Auswerten der Zugangsinformationen auf, etwa zum Auslesen einer passiven RFID-Karte auf.
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Um Energie zu sparen wird die Legitimationseinheit nur aktiviert, wenn das Betätigungselement betätigt wurde.
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Der Erfindungsgemäße Türöffner ist dadurch absolut Energieautark und Wartungsfrei. Aufgrund seiner geringen Einbaugröße kann er beispielsweise auch als Ersatz einer manuellen Türklinke in eine bestehende Tür eingebaut werden, so dass bei einer Umrüstung eines Gebäudes nicht zwangsläufig neue Türen angeschafft werden müssten.
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Vorzugsweise ist das Betätigungselement als Türklinke ausgebildet. Es kann jedoch auch anders geformt sein, beispielsweise als Dreh- oder Druckknopf.
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Zur Anregung des Schwingarms weist das Betätigungselement zweckmäßigerweise eine Mitnehmer-Zunge auf, die am freien Ende des Schwingarms angreift.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Tür mit einem erfindungsgemäßen Türöffner mit einer Türklinke als Betätigungselement,
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2 eine Draufsicht des Türöffners der 1 mit einem parallel zur Tür schwingenden Energiewandler,
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3 eine Rückansicht des Türöffners der 2,
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4 eine Detailansicht der 3 im Bereich des Energiewandlers,
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5 eine Draufsicht eines Türöffners mit einem senkrecht zur Tür schwingenden Energiewandler,
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6 eine Rückansicht des Türöffners der 5 und
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7 eine Detailansicht der 6 im Bereich des Energiewandlers.
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Die 1 zeigt eine Tür 16 mit einem erfindungsgemäßen elektronischen Türöffner 1. Die Tür hat eine Türklinke 3 als Betätigungselement für den Türöffner 1. Der Türöffner 1 hat ein Lesegerät 14 für eine Schlüsselkarte 15, auf der eine Legitimationsinformation gespeichert ist. Diese Information wird beim Einschieben der Schlüsselkarte 15 in das Lesegerät 14 vom Türöffner 1 ausgelesen und ausgewertet. Bei positiver Authentifizierung wird beispielsweise der Riegel 17 der Tür 16 elektromotorisch geöffnet und damit das Öffnen der Tür 16 ermöglicht. Anstelle der elektromotorischen Bewegung des Riegels 17 kann der Riegel 17 auch mechanisch durch die Türklinke 3 bewegbar sein, wobei die Bewegung durch die Authentifizierung erst freigegeben wird. Darüber hinaus sind viele weitere Methoden der Türöffnung möglich, so dass die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführung beschränkt ist.
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In 2 bis 4 ist der erfindungsgemäße Türöffner 1 gezeigt. Er weist eine Abdeckblende 2 auf, die in einer Tür 16 angeordnet werden kann, ohne dass Teile des Türöffners 1 aus der Türoberfläche hervorstehen. Im Beispiel hat der Türöffner 1 ein Betätigungselement in Form einer Türklinke 3. Das Betätigungselement kann jedoch auch andersartig geformt sein, beispielsweise als Türknauf.
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Auf der Innenseite der Abdeckblende 2 ist ein Energiewandler 4 angeordnet, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann und der als autarke Energieversorgung des elektronischen Türöffners 1 dient.
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Der Energiewandler 4 weist einen Schwingarm 5 aus einem federelastischen Material auf, der an einem Ende 6 fest eingespannt ist. Am freien Ende 7 befindet sich ein Permanentmagnet 8, der als seismische Masse dient. Der Permanentmagnet 8 weist mehrere ferromagnetische Leitbleche 9 auf, die das magnetische Feld im Wesentlichen in die Flachspulen 10 lenken, die im Bereich des Permanentmagneten 8 angeordnet sind.
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Die Türklinke 3 weist an ihrer Drehachse 11 auf der Innenseite der Abdeckblende 2 eine Mitnehmer-Zunge 12 auf, die mit einem Vorsprung 13 am freien Ende 7 des Schwingarms 5 zusammenwirkt (4). Bei einer Drehung der Türklinke 3, greift die Mitnehmer-Zunge 12 in den Vorsprung 13 ein und nimmt den Schwingarm 5 mit. Dieser wird dadurch soweit ausgelenkt, bis die Mitnehmer-Zunge 12 den Kontakt zum Vorsprung 13 verliert. Der Schwingarm 5 wird in dem Moment freigegeben und schwingt in seine Ruhelage zurück. Beim Auslenken und Zurückschwingen wird in den Flachspulen 10 aufgrund der Änderung des vorherrschenden Magnetfelds eine Spannung induziert, die zur Versorgung des Türöffners 1 dient.
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In der Ruhelage ist die Mitnehmer-Zunge 12 vorzugsweise noch nicht in Eingriff mit dem Vorsprung 13, so dass der Schwingarm 5 auch frei schwingen kann. Somit wird auch bei sonstigen Bewegungen der Tür eine Spannung generiert. Zweckmäßigerweise weist der Türöffner 1 daher einen Energiespeicher auf, in dem die gewandelte Energie gespeichert wird.
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Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der Energiewandler 4 so angeordnet ist, dass die Schwingungsrichtung des Schwingarms 5 in der Bewegungsrichtung der Tür liegt. Somit entstehen beim Bewegen der Tür, insbesondere beim Schließen, Schwingungen des Schwingarms 5, wodurch weitere Energie gesammelt werden kann.
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Die durch den Energiewandler 4 gewonnene Energie dient zur autarken Versorgung der elektronischen Komponenten des Türöffners. Es ist daher keine Primärenergiequelle, etwa eine Batterie, notwendig.
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Sobald die Türklinke 3 betätigt wird, wird die Legitimationseinheit aktiviert. Dies kann entweder über einen separaten Schalter erfolgen, oder sobald am Energiewandler 4 eine Spannung anliegt.
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Die Legitimationseinheit wartet dann auf das Empfangen einer Authentifizierung. Diese kann beispielsweise über RFID erfolgen. Sobald eine positive Authentifizierung vorliegt, wird das Türschloss 17 entriegelt und die Tür 16 geöffnet oder eine sonstige Verriegelung des Türschlosses 17 gelöst. Dies kann beispielsweise durch einen Elektromotor, einen Piezomotor oder einen anderen elektrischen Aktor erfolgen.
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Zur Authentifizierung kommen insbesondere kontaktlos übermittelte Informationen zur Anwendung, beispielsweise durch Auslesen einer Smartcard 15 (Integrated Circuit Card), Swapcard (Single Circuit Secure Memory Card) oder eines RFID-Badges. Hierbei können verschiedene kontaktlose Übertragungsstandards eingesetzt werden, insbesondere solche die mit Radiofrequenzen (RF) oder optischen Frequenzen (OF), beispielsweise im Infrarot-Bereich des Spektrums, arbeiten. Der Energiewandler 4 weist neben der hier gezeigten Mechanik auch einen Energiespeicher und einen Spannungswandler auf, der die gewonnene Energie zum Speichern aufbereitet. Der Energiewandler ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass eine Anregung durch das Betätigungselement 3 genug Energie für einen Öffnungsvorgang generiert.
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Der Türöffner kann auch so ausgebildet sein, dass die Türklinke 3 eine zweistufige Bewegung ausführt. Beim Drehen bis zur ersten Stufe wird Energie gewonnen und die Legitimation abgefragt. Durch Weiterdrehen bis zur zweiten Stufe wird bei positiver Authentifizierung das Türschloss geöffnet. Dabei kann die Öffnung des Schlosses rein mechanisch durch das Betätigungselement 3 erfolgen, indem beispielsweise bei erfolgreicher Authentifizierung die Bewegung zur zweiten Stufe durch Öffnen einer Blockierung freigegeben wird.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Legitimation kontaktlos erfolgt. Eine solche Tür weist von der Bedienung praktisch keinen Unterschied zu einer herkömmlichen Tür auf. Die elektronische Legitimation und Türöffnung erfolgen praktisch verzögerungsfrei und transparent, so dass der Benutzer davon praktisch nichts mitbekommt.
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Ein solches System eignet sich auch zum Nachrüsten in bestehenden Anlagen.
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Die 5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführung der Erfindung, die sich von der Ausführung der 2 bis 4 durch die Ausrichtung des Energiewandlers 4 unterscheidet. Hier ist der Energiewandler 4 um 90° verdreht angeordnet, so dass die Schwingungsrichtung des Schwingarms 5 senkrecht zur Türebene ausgerichtet ist.
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Am Betätigungselement 3 ist daher eine schraubenartig verdrehte Zunge 112 angeordnet (7), die die Drehbewegung der Türklinke um 90° ablenkt. Die Zunge 112 dient als Führung für den Vorsprung 13 am Schwingarm. Bei einer Drehung der Türklinke 3 wird der Vorsprung 13 an der Zunge 112 entlanggeführt, wodurch der Schwingarm ausgelenkt wird.
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Neben der hier gezeigten Ausführung sind auch andere Umlenkungsmechanismen denkbar.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Schwingungsrichtung des Energiewandlers 4 in der Bewegungsrichtung der Tür 16 liegt. Somit wird der Schwingarm 5 des Energiewandlers 4 nicht nur durch die Türklinke 3 ausgelenkt, sondern bei jeder Bewegung der Tür 16. Insbesondere beim Schließen der Tür 16 entsteht dadurch zusätzliche Energie, die in einem Energiespeicher gespeichert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Türöffner
- 2
- Abdeckplatte
- 3
- Türklinke (Betätigungselement)
- 4
- Energiewandler
- 5
- Schwingarm
- 6
- festes Ende
- 7
- freies Ende
- 8
- Permanentmagnet
- 9
- Leitbleche
- 10
- Flachspule
- 11
- Drehachse
- 12, 112
- Mitnehmer-Zunge
- 13
- Vorsprung
- 14
- Lesegerät
- 15
- Schlüsselkarte
- 16
- Tür
- 17
- Riegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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