DE19509918C2 - Elektronisches Schloß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schloß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist ein gattungsgemäßes elektronisches Schloß (EP 0 188 253 A1) bekannt, das mit einem Sender als Schlüssel­ teil ausgestattet ist. Mittels optischer Übertragung werden die Daten und mittels induktiver Übertragung Versorgungsener­ gie zwischen Schloß und Schlüssel übertragen. Stimmen die aus­ getauschten Daten zueinander, so wird das Schloß geöffnet. Die Übertragung der Daten und der Energie findet nur statt, wenn die induktiven und optischen Kreise von Schloß und Schlüssel mechanisch eine genau definierte Position zueinan­ der einnehmen.

Die Übertragung der Versorgungsenergie erfolgt hier vom Schloßteil, dem Datenempfängerteil, auf das Schlüsselteil als Datensenderteil. Das bekannte, elektronische Schloß ist offen­ bar Bestandteil einer gebäudefest installierten Schließein­ richtung, wobei die Zuführung der Versorgungsenergie zum Schloßteil fest installiert ist und somit ständig vorliegt. Die Energieversorgung ist somit weder in das Sicherungskon­ zept mit einbezogen noch stellt das Vorhandensein einer Ener­ gieversorgung wegen der festen Installation ein Problem dar.

Weiter ist ein elektronisches Schloß bekannt (GB 2 278 631 A), bei dem zur Reduzierung der Betriebsenergie ein eingebautes Schloßteil bei der Annäherung eines Schlüssel­ teils von einem Energiesparmodus auf einem geringen Spannungs­ bereich in einen Betriebsmodus mit höherem Spannungsbereich umschaltet. Die Energieversorgung des Schloßteils erfolgt auch hier durch feste Installation.

Bei tragbaren, zu sichernden Objekten, wie beispielsweise bei Wertschutzschränken oder Wertschutzkoffern, ist eine Installa­ tion von Versorgungsleitungen nicht möglich. Oft sollen auch in Räumen elektronische Schlösser installiert werden, wo der Anschluß des Schloßteils an eine Energieversorgung aufwendig oder nicht möglich ist. Dazu ist es bekannt (DE 27 05 827 A1), die Energiequelle im Schlüsselteil anzuord­ nen und von dort die Versorgungsenergie für das Schloßteil zu­ sammen mit den Daten zu übertragen. Als Energiequelle wird hier konkret eine Trockenzellenbatterie angegeben. Die Ener­ gieversorgung und Energieübertragung ist hier ebenfalls als technisches Erfordernis für die Funktion abgehandelt, jedoch nicht speziell in das Sicherungskonzept mit einbezogen.

Zudem ist ein elektronisches Schloß bekannt (DE 43 08 372 A1), dessen Schlüssel zur Energieversorgung für die Datenübertragung vom Schlüssel zum Schloß mit einem Kon­ densator als Kurzzeitspeicher ausgerüstet ist. Damit wird je­ doch nicht die Energieversorgung für die gesamte Schloßanord­ nung sicher gestellt.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, die Energiever­ sorgung und Energieübertragung zwischen Schlüsselteil und Schloßteil so auszuführen, daß damit die Schließ- und Manipu­ lationssicherheit eines gattungsgemäßen elektronischen Schlos­ ses erhöht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des neuen Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist im Schlüsselteil eine eigenständige Sen­ derenergiequelle angeordnet, die mit einer Energiesenderspule verbunden ist. Im Schloßteil ist keine eigenständige Energie­ quelle enthalten, sondern die Energieempfängerspule, über die Versorgungsenergie vom Schlüsselteil für das Schloßteil aufge­ nommen wird.

Als Senderenergiequelle im Sendergehäuse ist ein Kurzzeit- Energiespeicher enthalten, der vor Inbetriebnahme desselben mit einem speziellen Ladegerät geladen werden muß. Dabei ist es erforderlich, daß die Bauteile des Ladegeräts genau an das Senderteil angepaßt und insbesondere hinsichtlich der Übertra­ gungsfrequenz für die Energieübertragung abgestimmt sind. Bei der Ausführung des Senderteils mit einem Speicherkondensator muß dieser somit kurz vor der Benutzung mit dem abgestimmten Ladegerät aufgeladen worden sein, wobei die Ladung so bemes­ sen ist, daß sie lediglich kurze Zeit anhält, jedoch aus­ reicht, um wenige Male die Energie sowie die Daten für eine Schloßbetätigung zu übertragen. Das Senderteil hat somit nur in Verbindung mit dem entsprechend darauf abgestimmten Ladege­ rät eine Schlüsselfunktion, da ein ungeladenes Senderteil wir­ kungslos bleibt. Das Ladegerät wird nicht zusammen mit dem Senderteil mitgeführt, so daß ein verlorengegangenes oder ent­ wendetes Senderteil nach kurzer Zeit für eine unbefugte Per­ son zum Öffnen des elektronischen Schlosses unbrauchbar wird. Da ein nicht mehr geladenes Senderteil auch keine Datensigna­ le mehr abgibt, besteht dann auch keine Möglichkeit mehr, einen Entriegelungscode durch Messungen an Infrarotsignalen herauszufinden. Somit wird durch die Verwendung eines Kurz­ zeitspeichers im Schlüsselteil in Verbindung mit einem davon getrennt aufzubewahrenden Ladeteil ein unbefugtes Öffnen eines Schlosses, insbesondere bei Transporten von Wertschutz­ koffern, erheblich erschwert.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte und zweckmäßige Wei­ terbildungen des Gegenstands nach dem Anspruch 1. In einer be­ sonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 wird zu­ dem eine definierte Energiemenge, entsprechend einem Energie­ fenster, als Kriterium für eine Öffnung des Schlosses notwen­ dig.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Senderteil und ein Empfänger­ teil eines elektronischen Schlosses zur Verdeutlichung des mechanischen Aufbaus,

Fig. 2 einen Blockschaltplan der Senderelektronik,

Fig. 3 einen Blockschaltplan eines Ladegeräts für die Sender­ elektronik nach Fig. 2, und

Fig. 4 einen Blockschaltplan der Empfängerelektronik.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein elektronisches Schloß 1 dargestellt, das aus einem tragbaren Senderteil 2 und einem in ein (nicht dargestelltes) absperrbares Objekt eingebautes Empfängerteil 3 besteht. Im Sendergehäuse 4 des Senderteils 2 sind eine Energiesenderspule 5, die aus einer Luftspule 6 und einem Ferrit-Schalenkern 7 besteht, ein IR-Sender 8 als IR-Diode, ein Taster 9 sowie eine Leiterplatte 10 angeordnet, auf der ein 9-Bit-Codierschalter 11 sowie weitere Elektronik­ bauteile 12 angebracht sind. Am Gehäuseboden 13 des Sender­ teils 2 liegt eine Bohrung als Senderfenster 14 vor der IR-Senderdiode 8. Das Senderfenster 14 liegt zudem im Zentrum der Energieübertragungsspule 5, die unmittelbar am Gehäuse 13 angebracht und mit ihrer Wirkrichtung senkrecht zum Gehäusebo­ den 13 gerichtet. Der Taster 9 ist gut zugänglich an der Ge­ häuseoberseite 15 angebracht. Die Elektronikbauteile 12 sind vergossen. Das Sendergehäuse 4 ist fest verschlossen, und mit einem Ausschnitt versehen, durch den der Codierschalter 11 zur Einstellung eines Benutzercodes zugänglich wird und der mit einer Frontplatte überklebbar ist.

In einem Empfängergehäuse 16 ist eine Energieempfängerspule 17 in gleicher Ausführung wie die Energiesenderspule 5 mit einer Luftspule 18 und einem Ferrit-Schalenkern 19 an einer Gehäuseoberseite 20 angeordnet. Diese Gehäuseoberseite ent­ hält ebenfalls eine Bohrung als Empfängerfenster 21 an dem ein IR-Empfänger 22 im Zentrum der Energieempfängerspule 17 angeordnet ist. Die Gehäuseoberseite 20 hat seitliche Überstände 21 mit Bohrungen, über die das Empfängerteil 3 mit dem abschließbaren Objekt über Schrauben verbindbar ist.

Zudem enthält das Empfängergehäuse 16 eine Leiterplatte 23, auf der ein dem Codierschalter 11 entsprechender weiterer 9-Bit-Codierschalter 24, Elektronikbauteile 25 und frei zu­ gängliche Anschlußklemmen 26 eines potentialfreien Ausgangs angebracht sind. Im Blockschaltbild der Senderelektronik nach Fig. 2 ist schematisch die Energiesenderspule 5, die IR-Sen­ derdiode 8, der Codierschalter 11 und der Taster 9 zu erken­ nen. Als Senderenergiequelle 27 ist hier eine Speicherkonden­ satoranordnung 28 verwendet, die in Verbindung mit der Be­ schreibung der Ladegerätelektronik nach Fig. 3 näher erläu­ tert wird. In einer alternativen Ausführung ist gestrichelt als Senderenergiequelle eine Batterie 29 in der Art einer 9-Volt-Blockbatterie eingezeichnet.

Der Taster 9 ist einerseits mit der Senderenergiequelle 27 und andererseits mit dem Infrarot-Sender 8 verbunden, dem ein Encoder 30 in der Art eines 9-Bit-Seriell-Encoders mit dem an­ geschlossenen Codierschalter 11 sowie eine Leistungstreiber­ stufe 31 vorgeschaltet sind.

Für eine Versorgungsenergieübertragung auf das Empfängerteil 3 ist im Senderteil 2 zudem ein Frequenzgenerator 32 und eine Gegentakt-Endstufe 33 zur Ansteuerung der Energiesenderspule 5 enthalten.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltplan eines Ladegeräts 34 darge­ stellt mit einem Netzspannungsanschluß 35, einem Transforma­ tor 36 zur Reduzierung der Netzspannung, einem Gleichrichter 37 sowie Einrichtungen 38 zur Spannungsstabilisierung. Daran angeschlossen ist ein Frequenzgenerator 39 und eine Gegen­ takt-Endstufe 40 zur Ansteuerung einer Übertragungsspule 41, die die gleiche Ausführung wie die Energiesenderspule 5 und die Energieempfängerspule 17 hat.

Im Blockschaltbild 4 des Empfängerteils 3 ist eine Empfänger­ energieversorgung 42 und die IR-Empfängerdiode 22 an einen De­ coder 43 angeschlossen, der einen Eingang für den Codierschal­ ter 24 sowie einen potentialfreien Transistorausgang 44 auf­ weist mit einem nachgeschalteten Leistungstransistor 45 und Anschlußklemmen 26.

Die Empfängerenergieversorgung 42 umfaßt die Energieempfänger­ spule 17 mit einem parallel geschalteten Kondensator 46 für den Energieempfang mit einem nachgeschalteten Gleichrichter 47 und einer Energiebegrenzung, die im wesentlichen aus einer Zenerdiode 48 besteht.

Die dargestellten Anordnungen haben folgende Funktion:

In einem ersten Schritt ist es erforderlich, die Senderener­ giequelle 27 bzw. die Speicherkondensatoranordnung 28 mittels des Ladegeräts 34 aufzuladen. Dazu wird die Übertragungsspule 41 bei aktiviertem Ladegerät 34 mit der Energiesenderspule 5, die beim Ladevorgang als Empfängerspule wirkt, zu einer posi­ tionsgenauen Anlage gebracht. Dabei wird über ein magneti­ sches Wechselfeld Ladeenergie durch Induktion auf die Energie­ senderspule 5 übertragen, mit dem angeschlossenen Gleichrich­ ter 49 gleich gerichtet, anschließend in bekannter Weise stabilisiert und begrenzt und der Speicherkondensatoranord­ nung 28 zu deren Ladung zugeführt. Diese Speicherkondensator­ anordnung wirkt als Kurzzeitspeicher mit einer nur begrenzten Energieaufnahmemöglichkeit.

Geometrische Abstände und die Übertragungsfrequenz (Resonanz) müssen genau auf die vorbestimmte und vorgegebene Art einge­ halten werden, da sonst kein Ladevorgang erfolgt.

Weiter sind die Codierschalter 11 und 24 vom Benutzer gleich einzustellen. Die Einstellung der Übertragungsfrequenzen er­ folgt herstellerseitig.

Für einen Schließ- oder Öffenvorgang des elektronischen Schlosses sind das Senderteil 2 und das Empfängerteil 3 in eine Anlageposition zu bringen, wie dies (mit noch geringem Abstand) in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei liegen sich sowohl die Energieübertragungsspule 5 und die Energieempfängerspule 17 als auch die IR-Senderdiode 8 und die IR-Empfängerdiode 22 unmittelbar gegenüber.

Bei Betätigung des Tasters 9 wird einerseits die Energieüber­ tragungsspule 5 erregt und dadurch Energie auf die Energiever­ sorgung 42 in Resonanz zum Betrieb des Decoders 43 übertra­ gen.

Gleichzeitig wird über die IR-Senderdiode 8 an die IR-Empfän­ gerdiode 22 ein codiertes optisches Signal übertragen und dem Decoder 43 zugeführt. Bei erkannter Gleichheit des am Decoder 43 eingestellten und des übertragenen Codes schaltet der po­ tentialfreie Transistorausgang 44. Dieser Schaltzustand wird in einer angeschlossenen (nicht dargestellten) elektromechani­ schen Verriegelungseinrichtung weiterverarbeitet.

Claims (7)

1. Elektronisches Schloß
bestehend aus einem tragbaren Senderteil (2) als Schlüs­ selteil in einem Sendergehäuse (4) mit einer Energiever­ sorgungseinrichtung (27, 29) als Sendeenergieversorgung und einem über einen Taster (9) aktivierbaren Infrarot- Sender (IR-Sender 8), dem eine Encodereinreichtung (11, 30, 31) vorgeschaltet ist, so daß bei einer Aktivierung durch ein Senderfenster (14) des Sendergehäuses (4) ein mit einer vorbestimmten Sendercodierung codiertes Infra­ rotsignal mit einer bestimmten Sendertaktfrequenz abge­ geben wird, und
aus einem Empfängerteil (3) als Schloßteil in einem Em­ pfängergehäuse (16), das am zu verschließenden Objekt an­ gebracht oder dort integriert ist, mit einer Energieversor­ gungseinrichtung als Empfängerenergieversorgung (42) und einem TR-Empfänger (22) hinter einem Empfängerfenster (21) des Empfängergehäuses (16), dem eine Decodereinrich­ tung (24, 43) und Vergleichereinrichtung nachgeschaltet sind, die auf eine bestimmte Empfängercodierung und Em­ pfängertaktfrequenz eingestellt sind, so daß bei einer Ak­ tivierung des IR-Empfängers (22) mit einem IR-Signal aus einem IR-Sender (8) bei erkannter Übereinstimmung der Sen­ dercodierung und Empfängercodierung sowie bei erkannter Übereinstimmung der Sendertaktfrequenz und Empfängertakt­ frequenz der Schaltzustand eines Schaltausgangs (44) des Empfängerteils (3) zur Betätigung mechanischer Verriege­ lungsteile des Objekts geändert wird,
wobei von einem Teil des elektronischen Schlosses Versor­ gungsenergie auf den anderen Teil induktiv übertragen wird, indem in einem Teil eine Energiesenderspule (5) und im anderen Teil eine Energieempfängerspule (17) ange­ ordnet ist,
die geometrische Anordnung von Energieempfängerspule (17) und IR-Empfänger (22) einerseits und Energiesenderspule (5) und IR-Sender (8) andererseits sowie des Tasters (9) so ausgeführt ist, daß bei einer Zusammenführung von Sendergehäuse (4) und Empfängergehäuse (16) mit gegenüber­ liegender Energiesenderspule (5) und Energieempfänger­ spule (17) auch der IR-Sender (8) und der IR-Empfänger (22) mit ihrem jeweils zugeordneten Senderfenster (14) und Empfängerfenster (21) bei einem für eine Betätigung zugänglichen Taster (9) gegenüberliegen, so daß bei einer Tasterbetätigung in einer Kombination von Energie- und Datenübertragung sowohl eine Energieversorgungsübertra­ gung als auch eine Übertragung codierter IR-Signale vom Senderteil (2) auf den Empfängerteil (3) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Schlüsselteil an die Senderenergieversorgung mit einer eigenständigen Senderenergiequelle (28) über einen Frequenzgenerator (32) die Energiesenderspule (5) ange­ schlossen ist und die Empfängerenergieversorgung (42) im Schloßteil keine eigenständige Energiequelle enthält und die Energieempfängerspule (17) umfaßt,
daß als Senderenergiequelle (27) im Sendergehäuse (4) ein aufladbarer Speicherkondensator (28) als Kurzzeitspeicher verwendet ist, der für eine Ladung über eine Gleichrich­ tung (49) und Energiebegrenzung an die Energiesenderspule (5) angeschlossen ist, und
daß ein separates Ladegerät (34) für den Speicherkondensa­ tor (28) verwendet wird, das eine der Energiesenderspule (5) entsprechende Ladespule (41) bevorzugt eine Luftspule mit Ferrit-Schalenkern enthält, die über eine Spannungs­ versorgung (36, 37, 38) einen auf eine bestimmte Frequenz eingestellten Frequenzgenerator (39) und eine nachge­ schaltete Gegentakt-Endstufe (40) zur Erzeugung eines mag­ netischen Wechselfeldes erregbar ist, so daß bei einer ähnlichen Ausbildung und Anordnung wie bei der besagten Energieübertragung vom Senderteil (2) auf das Empfänger­ teil (3) hier Ladeenergie vom Ladegerät (34) auf das Sen­ derteil (2) zur Ladung des Speicherkondensators (28) über­ tragen wird.

2. Elektronisches Schloß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Frequenzgenerator (32) eine einstellbare Frequenz erzeugt, die mit einer angeschlossenen Gegentakt-Endstufe (33), an die die Energiesenderspule (5) angeschlossen ist, verstärkt wird,
daß parallel zur Energieempfängerspule (17) ein Kondensa­ tor (46) geschaltet ist, der so dimensioniert ist, daß bei einer vorbestimmten eingestellten Frequenz am Fre­ quenzgenerator (32) die Energie in Resonanz auf die Anord­ nung aus Energieempfängerspule (17) und Kondensator (46) übertragen wird,
daß die Schaltung der mit Energie zu versorgenden Empfän­ gerbauteile so dimensioniert ist, daß für deren Betrieb eine vorbestimmte Versorgungsenergie erforderlich ist und die übertragene Energie nur im vorgenannten Resonanzfall ausreichend hoch und damit über einer unteren Schwelle eines Fensters für den vorbestimmten, zu übertragenden Energiebetrag liegt, so daß der Empfängerteil (3) nur bei einem darauf hinsichtlich der Energieversorgung angepaßten und abgestimmten Senderteil (2) arbeitet und bei zu geringer übertragener Energie nicht funktioniert, und
daß parallel zur Energieempfängerspule (17) eine Begren­ zereinrichtung entsprechend einer oberen Schwelle des Fensters in der Art einer Zener-Diode (48) angeordnet ist, die so ausgelegt ist, daß bei zuviel, im Vergleich zu der vorbestimmten Versorgungsenergie, über die Energie­ empfängerspule (17) induzierter Energie die Versorgungs­ spannung kurzgeschlossen wird und bei Manipulation mit wesentlich höherer übertragener Versorgungsenergie zudem Bauteile zerstört werden, so daß bei zu hoher übertrage­ ner Energie über der Schwelle des Fensters der Empfänger­ teil (3) wirkungslos ist.

3. Elektronisches Schloß nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ladegerät (34) ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff aufweist mit einem Aufnahmefach für das Senderteil (2), das so ausgebildet ist, daß bei in das Aufnahmefach eingesetztem Senderteil (2) die Ladespule (41) und die Energiesenderspule (5) für eine geeignete in­ duktive Energieübertragung gegenüberliegen.

4. Elektronisches Schloß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Senderfenster (14) und/oder Empfängerfenster (21) jeweils als Bohrungen im Boden eines aus Kunststoff herge­ stellten Sendergehäuses (4) und einer zugeordneten Anlage­ fläche des Empfängergehäuses (16) ausgeführt sind mit da­ hinter angeordneten IR-Dioden (8, 22),
daß der Taster (9) an der Oberseite des Sendergehäuses (4) angebracht ist, und
daß das Sendergehäuse (4) und/oder Empfängergehäuse (16) fest verschlossen sowie teilweise vergossen sind.

5. Elektronisches Schloß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Senderfenster (14) und Empfän­ gerfenster (21) jeweils im Zentrum der Spulenkörper der zugeordneten Energiesenderspule (5) und Energieempfänger­ spule (17) angeordnet sind und das Sendergehäuse (4) und Empfängergehäuse (16) an den gegenseitigen Anlageflächen (13, 20) eine optische Markierung oder eine Struktur auf­ weist, die bei gegenüberliegendem Senderfenster (14) und Empfängerfenster (21) formschlüssig ineinandergreift.

6. Elektronisches Schloß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiesenderspule (5) und Energieempfängerspule (17) gleich sind und jeweils aus einer Luftspule (6, 18) (Backlack-Spule) und einem Ferrit-Schalenkern (7, 19) besteht.

7. Elektronisches Schloß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß als Encodereinrichtung ein über einen Treiber ange­ schlossener an sich bekannter Seriell-Encoder (30) verwen­ det ist, der entsprechend der Stellung eines angeschlosse­ nen, einstellbaren ersten Codierschalters (11) ein se­ riell codiertes Signal, wobei bevorzugt ein 9-Bit-Se­ riell-Encoder und ein 9-fach Codierschalter verwendet sind, der serielles 9-Bit-Signal in Abhängigkeit der Schalterstellung des Codierschalters erzeugt, und bis zu 7 unterschiedliche Taktfrequenzen einsetzbar sind,
daß als Decodiereinrichtung ein entsprechend zugeordneter Seriell-Decoder (43) mit angeschlossenem, einstellbaren zweiten Codierschalter (24) verwendet ist, der auf die­ selbe Taktfrequenz wie der Seriell-Encoder (30) einstell­ bar ist, der vom Senderteil (2) ankommende Signale de­ chiffriert und sie entsprechend der Einstellung des zwei­ ten Codierschalters (24) vergleicht, und
daß bei einer erkannten Übereinstimmung des Codes des übermittelten Signals und des eingestellten Codes am Em­ pfängerteil (3) der Schaltzustand des Schaltausgangs (44) geändert wird, bevorzugt ein Ausgangs-Transistor (45) lei­ tend wird und ein potentialfreier Ausgang geschaffen ist.