DE102020117853B4

DE102020117853B4 - Mechatronic lock and key system

Info

Publication number: DE102020117853B4
Application number: DE102020117853.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias DAUBITZ
Original assignee: Assa Abloy Sicherheitstechnik GmbH
Current assignee: Assa Abloy Sicherheitstechnik GmbH
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2040-07-08
Also published as: EP3936689B1; EP3936689A1; DE102020117853A1; EP3936689C0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder (1) mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs (5), wobeider Generatorantrieb (5) von der Linearbewegung einer verschiebbaren Zahnstange (4) in Rotation versetzbar ist, die axial federbelastet ist und die beim Ausziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselkanal unter Mitnahme der Zahnstange (4) die axial angeordnete Druckfeder (6) spannt, während beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal die Druckfeder(6) entspannt wird.The invention relates to a mechatronic lock-key system with a device for generating electrical energy in the lock cylinder (1) by means of a generator drive (5) which converts the movement of the key into rotation in the key channel, the generator drive (5) being driven by the linear movement of a displaceable toothed rack (4) can be rotated, which is axially spring-loaded and which tensions the axially arranged compression spring (6) when the key is pulled out of the keyway, taking the toothed rack (4) with it, while when the key is inserted into the keyway the compression spring (6) is relaxed.

Description

Die Erfindung betrifft ein mechatronisches Schloss - Schlüssel - System, umfassend einen Schließzylinder sowie einen drehbar im Schließzylindergehäuse gelagerten Zylinderkern, der einen Schlüsselkanal zum Einführen eines Schlüssels aufweist und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs.
Aus der DE 20 114 838 U1 ist ein Generatorantrieb für elektrische bzw. elektronische Schließsysteme bekannt, bei dem eine mit einem Druckknopf verbundene Zahnstange einen Generator antreibt.The invention relates to a mechatronic lock/key system, comprising a lock cylinder and a cylinder core which is rotatably mounted in the lock cylinder housing and has a key channel for inserting a key and with a device for generating electrical energy in the lock cylinder by means of a movement of the key in the key channel in Rotation converting generator drive.
From the DE 20 114 838 U1 a generator drive for electrical or electronic locking systems is known, in which a toothed rack connected to a push button drives a generator.

Ein eingangs genannter Generatorantrieb ist aus der DE 32 08 818 C2 bekannt, wobei hier eine mit dem Generatorritzel kämmende Zahnstange vorgesehen ist, die beim Einführen des Schlüssels gegen ein Druckfeder verschoben wird. Beim Herausziehen des Schlüssels drückt die Feder die Zahnstange wieder zurück.A generator drive mentioned above is from DE 32 08 818 C2 known, in which case a toothed rack meshing with the generator pinion is provided, which is displaced against a compression spring when the key is inserted. When the key is pulled out, the spring pushes the toothed rack back again.

Nachteilig hierbei ist, dass die Drehung des Generatorantriebs allein durch die Bewegungsgeschwindigkeit, die der Nutzer auf die Zahnstange ausübt, beeinflusst wird, d.h. beim Einführen des Schlüssels gegen den Druck der Feder und beim Abziehen durch den Druck der Feder.The disadvantage here is that the rotation of the generator drive is only influenced by the movement speed that the user exerts on the toothed rack, i.e. when inserting the key against the pressure of the spring and when removing it by the pressure of the spring.

Eine Konstanz und gleichmäßige Energieerzeugung ist damit nicht gewährleistet.Consistency and even energy generation is therefore not guaranteed.

Ein mechatronischer Schließzylinder beinhaltet eine Elektronik, die die Schließberechtigung des Nutzers abfragt. Diese Abfrage kann zusätzlich zu einer mechanischen Abtastung erfolgen oder als alleiniges Sicherheitsmerkmal dienen. Die Authentifikation kann mittels RFID2, induktiver Kopplung oder über separate elektronische Kontakte erfolgen.A mechatronic locking cylinder contains electronics that query the user's locking authorization. This query can be carried out in addition to mechanical scanning or can serve as the sole security feature. Authentication can take place using RFID2, inductive coupling or separate electronic contacts.

Als Einsatzgebiet bieten sich Schließanlagen jeder Größenordnung an. Die meisten Schließanlagen haben zwei erhebliche Schwachstellen: zum einen den steten Wandel in dynamischen Unternehmen und Organisationen, zum anderen die häufigen Verluste von Schlüsseln, welche jede Menge Arbeit und beträchtliche Kosten sowie einen hohen Sicherheitsverlust verursachen.Locking systems of all sizes are suitable as areas of application. Most locking systems have two significant weaknesses: on the one hand, the constant change in dynamic companies and organizations, on the other hand, the frequent loss of keys, which causes a lot of work and considerable costs as well as a high loss of security.

Neben der reinen Zutrittsorganisation bietet eine mechatronische Schließanlage noch folgende Vorteile:

• leichtes Sperren verlorener Schlüssel
• leichtes Ändern von Zutrittsberechtigungen
• Zentral- oder Fernüberwachung
• zeitliche Eingrenzung von Zutrittsberechtigungen
• Protokollierung von Schließvorgängen
• Koppelung der Schließvorgänge an bestehender Gebäudetechnik

In addition to pure access organization, a mechatronic locking system also offers the following advantages:

• easy blocking of lost keys
• easy changing of access authorizations
• Central or remote monitoring
• Time limitation of access authorizations
• Logging of locking processes
• Coupling of the closing processes to the existing building technology

Heutzutage setzen sich batteriebetriebene Systeme durch, die ohne Einschränkungen - wie z. B. das Verlegen von Kabeln - in bestehende Schließanlagen einbezogen werden können. Die Batterie wird in diesen Systemen entweder innerhalb des Schließzylinders oder in der Schlüsselreide eingebaut. Eine typische Nutzungsdauer einer Batterie liegt bei etwa 50.000 Schließvorgängen.Today, battery-powered systems prevail, which without restrictions - such. B. the laying of cables - can be included in existing locking systems. In these systems, the battery is installed either inside the lock cylinder or in the key bow. A typical service life of a battery is around 50,000 locking processes.

Bekannt ist ein Schließzylinder mit elektronischer Authentifizierung, der ohne eine externe Spannungsquelle oder Primärzelle auskommt. Der Zylinder enthält ein Zahnradgetriebe und einen Elektromotor, der sowohl als Generator als auch als Motor betrieben wird. Das Einführen des Schlüssels schwenkt einen Hebel im Inneren des Zylinders, der ein Segmentzahnrad des Getriebes gegen eine Drehfeder bewegt. Mit fortlaufendem Einführen des Schlüssels rutscht der Hebel über das Segmentzahnrad und die in der Drehfeder gespeicherte Energie treibt über das Getriebe das Motorritzel an. Die entstehende Spannung wird durch die Platine sowohl in einem Kondensator zwischengespeichert als auch direkt für die Kommunikation verwendet.A lock cylinder with electronic authentication that does not require an external voltage source or primary cell is known. The cylinder contains a gear train and an electric motor that operates both as a generator and as a motor. Insertion of the key pivots a lever inside the cylinder, which moves a segment gear of the gearbox against a torsion spring. As the key is continuously inserted, the lever slides over the segment gear wheel and the energy stored in the torsion spring drives the motor pinion via the gearbox. The resulting voltage is temporarily stored by the circuit board in a capacitor and used directly for communication.

Durch den Einsatz der Drehfeder zur Gewährleistung der Mindestenergie kommt es häufig zu Kontaktabrissen, da der Nutzer instinktiv den erhöhten Einführwiderstand durch Aufbringen größerer Kraft zu überwinden versucht. Wird dann der Schwellwert überschritten, so ist für den Nutzer keine Gegenkraft mehr spürbar und der Schlüssel wird sehr schnell bis in die Endlage eingeschoben.The use of the torsion spring to ensure the minimum energy often leads to breaks in contact, since the user instinctively tries to overcome the increased insertion resistance by applying greater force. If the threshold value is then exceeded, the user no longer feels any counterforce and the key is pushed in very quickly to the end position.

Aufgabe der Erfindung ist es ein mechatronisches Schloss - Schlüssel - System zu schaffen, das ohne einen Batteriebetrieb auskommt, weil die notwendige Energie aus der Bewegung des Schlüssels erzeugt wird, wobei die vorstehenden Nachteile vermieden werden sollen.The object of the invention is to create a mechatronic lock/key system that does not require battery operation because the necessary energy is generated from the movement of the key, with the aim of avoiding the above disadvantages.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem mechatronisches Schloss - Schlüssel - System, umfassend einen Schließzylinder sowie einen drehbar im Schließzylindergehäuse gelagerten Zylinderkern, der einen Schlüsselkanal zum Einführen eines Schlüssels aufweist und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs , wobei
der Generatorantrieb von der Linearbewegung einer verschiebbaren Zahnstange in Rotation versetzbar ist, die axial federbelastet ist und die beim Ausziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselkanal unter Mitnahme der Zahnstange die axial angeordnete Druckfeder spannt, während beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal die Druckfeder entspannt wird und dabei die Zahnstange linear verschiebt, wobei der Generatorantrieb in Rotation versetzt wird.This object is achieved according to the invention with a mechatronic lock/key system comprising a lock cylinder and a cylinder core which is rotatably mounted in the lock cylinder housing and has a key channel for inserting a key and with a device for generating electrical energy in the lock cylinder by means of a movement of the key in the key channel in rotation converting generator drive, where
the generator drive can be set in rotation by the linear movement of a displaceable toothed rack which is axially spring-loaded and which tensions the axially arranged compression spring when the key is pulled out of the keyway, taking the rack with it, while the pressure spring is relaxed when the key is inserted into the keyway and the rack is linearly displaced, causing the generator drive to rotate will.

Um eine von der Benutzung unabhängige, aber konstante Energiemenge zu erzeugen, wird erfindungsgemäß ein mechanischer Zwischenspeicher (Feder) eingesetzt. Die Feder wird durch das Herausziehen des Schlüssels gespannt und in ihrer gespannten Lage arretiert. Wird nun ein Schlüssel in den Schließzylinder eingeführt, so wird die Arretierung aufgehoben und die in der Feder gespeicherte Energie treibt einen Generator an, dessen Energie in einem Kondensator zur weiteren Verwendung seitens der Elektronik gespeichert wird.In order to generate an amount of energy that is independent of use but constant, a mechanical intermediate store (spring) is used according to the invention. The spring is tensioned by removing the key and locked in its tensioned position. If a key is now inserted into the lock cylinder, the lock is released and the energy stored in the spring drives a generator whose energy is stored in a capacitor for further use by the electronics.

Da die Entspannung der Feder beim Abziehen des Schlüssels immer gleich ist, wird - unabhängig vom Nutzer - immer die gleiche Energiemenge erzeugt, gespeichert und beim Einführen des Schlüssels zur Verfügung gestellt.Since the relaxation of the spring is always the same when the key is removed, the same amount of energy is always generated, stored and made available when the key is inserted, regardless of the user.

Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred further developments result from the dependent claims.

Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen erläutert werden.The invention will be explained below with reference to the schematic drawings.

Dargestellt ist in der 1 der Zustand nach dem Herausziehen des Schlüssels, wobei dabei die Zahnstange 4 gegen den Druck der Feder 6 - nach links - mitgenommen worden ist, so dass sich die Feder 6 spannte.Is shown in the 1 the state after removing the key, in which case the toothed rack 4 against the pressure of the spring 6 - has been carried along - to the left, so that the spring 6 is tensioned.

Das System aus Feder 6 und Zahnstange 4 wird über eine Verriegelung im gespannten Zustand gehalten.The system of spring 6 and toothed rack 4 is held in the tensioned state by a lock.

Wird der Schlüssel 2 in den Schließkanal des Schließzylinders 1 eingeführt, so folgt der Eingriffshaken 3 aufgrund seiner Formgebung der Gehäusekontur.If the key 2 is inserted into the lock channel of the lock cylinder 1, the engagement hook 3 follows the contour of the housing due to its shape.

Der Bewegungsablauf ist aus den 1 und 2 ersichtlich, wobei diese das Abtauchen des Eingriffshakens 3 durch den Kontakt mit dem Mitnehmer 7 erreicht..The movement is from the 1 and 2 visible, whereby this achieves the immersion of the engagement hook 3 through contact with the driver 7.

Der Eingriffshaken wird durch eine Schenkelfeder immer in die Ausgangslage zurückgestellt.The engagement hook is always returned to the starting position by a torsion spring.

Mit weiterem Einführen des Schlüssels 2 wird die Verriegelung ausgelöst. Dabei drückt eine Kante des Schlüssels auf eine unter einem Winkel stehende Fläche der Verriegelung 8.With further insertion of the key 2, the lock is released. One edge of the key presses on an angled surface of the lock 8.

Die Verriegelung 8 wird dadurch zurück gedrückt. Der tribologische Kontakt der Verriegelung mit dem Mitnehmer 7 der Zahnstange 4 wird aufgehoben, und die Feder entspannt sich (2).This pushes the lock 8 back. The tribological contact of the lock with the driver 7 of the toothed rack 4 is canceled and the spring relaxes ( 2 ).

Wird der Schlüssel abgezogen, so zieht der Nutzer durch den Kontakt zwischen den beiden genannten Teilen die Zahnstange 4 mit und spannt dadurch die Feder 6. Die Verriegelung sichert diese Position.If the key is removed, the user pulls the toothed rack 4 with him through the contact between the two parts mentioned and thus tensions the spring 6. The lock secures this position.

Das Lösen der Kopplung zwischen Eingriffshaken und Schlüssel geschieht über das Abtauchen des Eingriffshakens. Sobald die Zahnstange 4 nicht mehr mit dem Eingriffshaken 3 gekoppelt ist, wird sie durch die Druckfeder gegen die Verriegelung gepreßt. Die Feder befindet sich jetzt in dem Zustand, an dem ein Auslösen erfolgen kann.The release of the coupling between the engagement hook and the key is done by submerging the engagement hook. As soon as the toothed rack 4 is no longer coupled to the engagement hook 3, it is pressed against the lock by the compression spring. The spring is now in the state where triggering can occur.

Ein Ausführungsbeispiel für den Verriegelungsmechanismus ist in der 3 dargestellt.An embodiment of the locking mechanism is in 3 shown.

Claims

Mechatronic lock - key - system, comprising a lock cylinder and a cylinder core which is rotatably mounted in the lock cylinder housing and has a key channel for inserting a key (2) and with a device for generating electrical energy in the lock cylinder (1) by means of a movement of the key in the Key channel rotating generator drive (5), whereby the generator drive (5) can be set in rotation by the linear movement of a displaceable toothed rack (4), which is axially spring-loaded and which tensions the axially arranged compression spring (6) when the key is pulled out of the keyway, taking the toothed rack (4) with it, while during Insertion of the key in the key channel, the pressure spring (6) is released and the rack (4) is linearly displaced, causing the generator drive (5) to rotate.

Mechatronic lock - key - system after claim 1 , characterized in that on the key a pivotable driver which can be brought into engagement with a rigid driver (7) arranged on the toothed rack (4) is provided as an engagement hook (3).

Mechatronic lock/key system according to one of the preceding claims, characterized in that a locking mechanism which can be actuated by a control edge on the key and releases the movement of the toothed rack (4) is provided.

Mechatronic lock-key system according to one of the preceding claims, characterized in that the tensioned compression spring is locked and the locking is released when the key is inserted into the key channel.