DE19726010A1 - Mechatronischer Sperrknauf - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Der mechatronische Sperrknauf ist, dem Oberbegriff nach Anspruch 1 entsprechend, eine Betätigungs- und Sperreinrichtung für Verschlüsse an Möbeln, Fenstern und Tü­ ren (Einriegel-, Schubstangen-, Drehstangen- und Basküle-Verschlüsse sowie Ha­ kenverschlüsse für Rolläden). Der Sperrknauf besitzt eine Welle, vorzugsweise mit Vierkantende, das in die Antriebsnuß des Verschlußgetriebes hineinragt und letzteres somit betätigt. Der mechatronische Sperrknauf dient gleichzeitig als Schloß, mit dem Drehbewegungen der Welle in geschlossener Stellung mechanisch gesperrt werden. Die Zugangskontrolle erfolgt auf elektronischer Basis mit einem Codeträger im Sinne eines elektronischen Schlüssels und einer Codeleseeinrichtung mit elektronischer Steuerung, an dessen Ausgang ein elektrischer Aktuator angesteuert wird, mit dem die Freischaltung der Sperreinrichtung erfolgt. Das Lösen der mechanischen Sperre sowie die Betätigung des Verschlußgetriebes erfolgt manuell.

Stand der Technik

Nach dem Stand der Technik werden die interessierenden Verschlüsse teilweise gar nicht und teilweise mit mechanischen Schlössern, vorzugsweise Zylinderschlössern, gesperrt. Im allgemeinen werden sperrbare Verschlüsse der interessierenden Art in integrierter Bauweise angeboten, wobei Verschluß- und Verriegelungsfunktionen in sogenannten Möbelschlössern vereint sind (z. B. Einriegel-, Pfand-, Drehstangen- und Schubstangenschloß). Hierbei werden sowohl die Sperr- als auch Verschlußteile mit dem mechanischen Schlüssel bewegt. Bekannt ist auch ein mechanisch verschließba­ rer Drehknopf, dessen Wellenende mit einem Vierkant versehen ist, das in die An­ triebsnuß des Verschlusses eingreift. Die Sperreinrichtung besteht hierbei aus einem klassischen Zylinderschloß.

Mechatronische Schlösser gehören bei Safes und Hotelschließanlagen zum Stand der Technik, wobei die Codes von Hand über Keyboard, Transponder, Magnet- oder Chipkarten bereitgestellt werden können. Die Freischaltung (nach erkannter Zutritts­ berechtigung) erfolgt über Elektromotor oder durch Solenoidmagnet. Bei Motorschlös­ sern erfolgt Entsperrung und Entriegelung mit Motorkraft, ansonsten wird die Hand­ kraft des Benutzers für den Antrieb der Schloßmechanik eingesetzt. Dies ist auch der Fall bei mechatronischen Zylinderschlössern, die in Verbindung mit klassischen Tür­ schlössern eingesetzt werden. Diese lassen sich mechanisch nur drehen, wenn der Schließzylinder magnetisch freigeschaltet ist. Der Schlüssel trägt einen kleinen Transponder, der im Schloß ausgelesen wird. Es ist auch ein mechatronisches Spind­ schloß bekannt, das mit einem nicht sperrbaren Drehknopf mechanisch bewegt wer­ den kann. Die Schaltwelle mit Vierkantende ragt in den Schloßkasten mit Einriegel­ verschluß hinein. Die Schloßmechanik enthält eine Sperre, die das Drehen der An­ triebsnuß sperrt. Die Sperre kann nach elektronischer Freischaltung und Betätigung eines Solenoidmagneten gelöst werden.

Nachteile des Standes der Technik

Im Hinblick auf den Energieverbrauch sind alle Systeme nachteilig, bei denen me­ chanische Entriegelungen und/oder Verschlußbetätigungen elektrisch betrieben wer­ den, für den Einsatz in Möbeln kommt vorzugsweise die Stromversorgung mit Batteri­ en in Betracht. Hoher Energieverbrauch führt aber zur Kurzlebigkeit der Batterien, und somit werden Akzeptanzprobleme aufgeworfen. Das derzeitig einzige bekannte me­ chatronische Möbelschloß ist das oben erwähnte Spindschloß, das aber speziell als Einriegelschloß mit Sperre im Schloßkasten gestaltet ist. Eine vielseitige Verwendbar­ keit ist somit nicht gegeben. Das Bauvolumen ist ziemlich groß und die Sperre wirkt nicht auf den Riegel.

Alle bekannten Kombinationen mechatronischer Sperreinrichtungen mit marktgängi­ gen Möbelschlössern nehmen unverhältnismäßig großen Bauraum in Anspruch und führen auf hohe Kosten.

Der Einsatz mechatronischer Schließzylinder in die interessierenden Möbelschloßva­ rianten ist zwar bei weiterer Miniaturisierung denkbar, aber die weiterhin bestehende Notwendigkeit des Einführens des mechanischen Schlüssels, macht den Bedienkom­ fort der berührungslosen Codelesung zunichte.

Aufgabenstellung

Es wird die Aufgabe gestellt, eine einfache und sichere Vorrichtung zum Betätigen und Sperren von Möbelverschlüssen zu schaffen, die für alle gängigen Verschlußar­ ten gleichermaßen einsetzbar ist und bei der alle mechanischen Sperr- und Riegel­ funktionen mit Handantrieb realisiert werden und anstelle des mechanischen Schlüs­ sels ein rein elektronischer Codeträger zur berührungslosen Codelesung eingesetzt werden soll.

Lösung der Aufgabe

Die gestellte Aufgabe wird durch den mechatronischen Sperrknauf mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteile des mechatronischen Sperrknaufs

Der mechatronische Sperrknauf kann für alle Verschlußvarianten gleichermaßen ein­ gesetzt werden, wobei unterschiedliche Ausführungen lediglich für Rechts- und Links­ ausführung sowie für verschiedene Arten der Energieversorgung zu berücksichtigen sind. Das System, in seiner Grundausführung mit Batterie, ist autark und unabhängig vom Stromnetz, wodurch Verkabelungen entfallen und die Mobilität von Möbeln erhal­ ten bleibt.

Die elektronische Codierung und damit einhergehende Codierungsvielfalt erlaubt viel­ seitige Benutzung des Codeträgers (Zusatznutzen) und erspart das Tragen von Schlüsselbunden und/oder Codekarten. Berührungslose Codelesetechniken sind be­ sonders komfortabel. Besonders interessant ist die Transpondertechnik, da der Codeträger in einer Glasampulle von wenigen Millimetern Abmessungen einge­ schmolzen ist und somit gegen Beschädigungen und Eindringen von Wasser ge­ schützt ist. Bei Verlust des Transponders wird lediglich der Code in der Leseelektronik geändert, wodurch das übliche Austauschen von Schlössern und Systemen bei Ver­ lust eines Schlüssels entfällt.

Vorteilhaft ist die vorgesehene Beschränkung des Leseabstandes auf wenige Zenti­ meter, da hierbei weniger Energie benötigt wird, insbesondere wenn der Transponder zur Betätigung des Aktivierungstasters benutzt wird und derselbe in der Mitte der An­ tennenspule der Leseeinrichtung angeordnet ist. Die kurze Reichweite hat noch den weiteren Vorteil, daß das mißbräuchliche Einfangen des Codes vereitelt wird.

Außer der magnetischen Freischaltung der Sperreinrichtung werden keine weiteren elektrischen Aktuatoren benötigt, wodurch der Energieverbrauch gering ist und somit eine lange Nutzungsdauer der Batterie zu erwarten ist.

Die Menge der elektronischen Codierungsmöglichkeiten eröffnet eine vielfältige Nut­ zung des Codeträgers mit Zusatznutzen, wie Benutzung von Getränkeautomaten, Schließsystemen mit General- und Gruppenschlüsseln usw. Besonders die berüh­ rungslosen Codelesetechniken sind komfortabel und das Mitführen eines kleinen wasserfesten und kratzfesten Transponders ist leichter zu tragen als etwa Schlüssel­ bunde oder Codekarten.

Die Welle mit Vierkantende ist in der Endstellung "gesperrt". Diese Endstellung ist die Sperrstellung, aus der die Welle nur nach dem Lösen der Sperre befreit werden kann.

In Schließrichtung vor der Sperrstellung gibt es eine Raststellung "geschlossen - un­ gesperrt". Das Erreichen dieser Stellung ist in der Hand des Benutzers deutlich spür­ bar. Der Verschluß ist zu, aber er kann ohne weiteres wieder aufgedreht werden. Bei­ spielsweise wird ein Büroschrank täglich mehrfach benutzt, ohne jedes Mal zu sper­ ren. Erst beim Verlassen des Raumes werden die Schlösser gesperrt. Damit wird die Handhabung vereinfacht und die Batterie wird weniger belastet.

Die Raststellung "geschlossen - ungesperrt" hat in Verbindung mit einem Schaltkon­ takt noch den Vorteil, daß der Benutzer durch einen Signalton aufgefordert wird, zu prüfen, ob sich etwa der "Schlüssel" im Schrank befindet.

Mit Einrasten in die Endstellung "offen" fühlt der Bediener, daß der Verschluß ganz geöffnet ist und auch in der Stellung gehalten wird.

Genannter Kontakt in der Raststellung "geschlossen - ungesperrt" kann auch vorteil­ haft beim Öffnen genutzt werden, indem die an sich zeitgesteuerte Einschaltdauer des Solenoidmagneten hiermit gegebenenfalls vorzeitig abgeschaltet werden kann.

Die Unterbringung der Batterien innerhalb des Sperrknaufs führt insgesamt auf eine kompakte Bauweise. Außerdem sind die Batterien vor unberechtigter Entnahme gesi­ chert, denn die Batterien werden erst zugänglich, wenn die Kappe abgezogen ist, und hierzu werden die Schnappfedern ausgehakt, was nur durch Öffnungen an der Innen­ seite und unter Verwendung von Hilfswerkzeugen möglich ist.

Das System ist unabhängig von externer Energiezuführung, wodurch die Mobilität der Möbel erhalten bleibt.

Für den Notfall, daß die Batterie verbraucht ist und der Knauf nicht entsperrbar ist, kann mit einer Buchse in der Kappe behelfsmäßig eine externe Stromquelle ange­ schlossen werden.

Für mechanische Funktionstests kann durch ein Loch an der Innenseite ein langer Stift eingeführt werden, mit dem der Magnetkern zum Ankuppeln an die Kappe aus­ geschoben werden kann. Somit kann die gesamte Elektronik umgangen werden.

Die bekannten mechatronischen Schlösser basieren auf gängigen mechanischen Schloßkonstruktionen, mit aufgesetzten Elektroniken. Hohe Integrationsgrade von Funktionen erfordern aber neue Ansätze, die auf sehr kompakte Bauweisen mit ent­ sprechend niedrigen Herstellkosten führen, die von keiner anderen mechatronischen Schloßkonstruktion erreicht wurde.

Beschreibung

Der mechatronische Sperrknauf dient zum Sperren und Betätigen von mechanischen Verschlüssen von Möbelfächern, Türen o. ä.. Er besitzt ein Griffstück, vorzugsweise in Gestalt eines Drehknaufs und einer Welle mit Vierkantende o. ä., zum Antrieb der Verriegelungsmechanik der Verschlußeinrichtung.

Die Sperrung wirkt direkt auf die Welle in beiden Richtungen. Somit ist auch die Ver­ schlußeinrichtung in Öffnungs- und Schließrichtung blockiert, wenn die Welle gesperrt ist. Die Sperrfunktion ist gleichbedeutend mit einer klassischen Schloßfunktion, die hier in mechanisch-elektronischer Wirkkombination realisiert wird. Die Sperrfunktion ist rein mechanisch, während die Freischaltung zur Entsperrung mit einem elektri­ schen Aktuator (Motor oder Magnet), vorzugsweise Solenoidmagnet erfolgt.

Das Signal zur Freischaltung und somit zum Schalten des Aktuators ist gleichbedeu­ tend mit einer Zugangseröffnung, die bei einem rein mechanischen Schloß dann er­ reicht wird, wenn der passende Schlüssel eingeführt wird. Hier wird die Zugangsbe­ rechtigung elektronisch ermittelt, denn es wird ein elektronischer Schlüssel, hier Codeträger genannt, dem Codeleser vorgestellt, der die Zugangsberechtigung er­ kennt und am Ausgang der elektronischen Steuerung das Signal zum Schalten des Aktuators setzt - oder bei falschem Code verweigert.

Im Prinzip kommen alle bekannten Codeeingabe- und -lesetechniken in Betracht: Transponder, Magnetkarten, Chipkarten und manuelle Codeeingaben über Tastatur. Bevorzugt werden hier aber wegen des höheren Bedienkomforts berührungslose Le­ setechniken; insbesondere die Transpondertechnik bietet vielfältige Möglichkeiten zum "Tragen" des Transponders (Schlüsselbund, Armband, Uhr, Amulett, Brille etc.).

Die Transponder-Lesetechnik ist in der Kappe des Sperrknaufs untergebracht. Als Anwendungsbeispiel ist in Fig. 1 ein Baskülverschlußgetriebe mit Mittelriegel darge­ stellt. Die Verschlußeinrichtung ist auf der Innenseite der Spindtür montiert, und an der Außenseite ist der mechatronische Sperrknauf mit durchgehenden Schrauben aufgeschraubt. Die Welle ragt durch eine Bohrung in der Tür in die Nuß der Ver­ schlußeinrichtung. Durch Drehen der Welle wird der Verschluß betätigt.

In Fig. 2 ist der mechatronische Sperrknauf im Schnitt dargestellt. Er besteht aus folgenden Baugruppen:
(1) Sockel
(2) Welle
(3) Torquiereinheit
(4) Magneteinheit
(5) Kappe

Die Welle mit Zubehör ist in Fig. 3 dargestellt. Mit ihrem großen Absatz sitzt der Wellenkörper (2.1) in der Mittenbohrung des Sockels (1) und wird in letzterem axial mit Unterlagscheibe (2.7) und Wellenmutter (2.6) gehalten. Es handelt sich um eine Gleitlagerstelle, an der sich die Welle um ihre Längsachse drehen kann. Am kleineren Absatz der Welle ist die Torquiereinheit (3) drehbar gelagert. Mit der Unterlagscheibe (2.9) und der Zylinderschraube (2.8) wird die Torquiereinheit axial gehalten.

Der Drehwinkelbereich der Torquiereinheit gegenüber der Welle ist durch den aus der Torquiereinheit herausstehenden Mitnehmerstift (3.2), der in die Ausnehmung (2.1.3) der Welle hineinragt, begrenzt. Mit der Zugfeder (2.4) zwischen Stift (2.5) an der Welle und Mitnehmerstift (3.2) an der Torquiereinheit wird letztere gegen den An­ schlag "Grundstellung" (2.1.4) gezogen.

An einem Ende fest mit der Welle verbunden ist die Rastfeder (2.2). An ihrem freien Ende trägt sie eine Sperrknagge (2.2.1). Im Sperrzustand sitzt die Sperrknagge in der Sperrnut (2.1.2) der Welle und in der Sperrnut (1.1.1) im Sockel. Die Sperrstellung der Sperrknagge, dargestellt in Fig. 3, wird also nur erreicht, wenn sich die Sperrnuten in Welle und Sockel decken. In dieser Endstellung "gesperrt" kann die Welle gegenüber dem Sockel in keiner Richtung gedreht werden, Fig. 4.

Um die Welle aus der Sperrstellung zu befreien, muß die Rastfeder aufgebogen wer­ den, damit die Sperrknagge aus der Sperrnut ausgerückt wird. Hierzu dient der Schaltstift (3.3), der aus der Torquiereinheit hervorsteht und in den Sichelspalt zwi­ schen Rastfeder und Wellenkörper hineinragt. Durch Drehen des Schaltstifts mit der Torquiereinheit wird die Welle entsperrt.

In Fig. 5 ist die Torquiereinheit dargestellt. Die Torquiereinheit ist ein Körper (3.1) mit 2 zylindrischen Hohlräumen zur Aufnahme der Magneteinheit (4) und der Batterien. Mit einem Deckel (3.4) und Klettbändern (3.5) und (3.6) werden die lose eingelegten Teile unter einer leichten Vorspannung gehalten.

Beschreibung einer Öffnungsoperation

Die Sperrung der Welle kann nur gelöst werden, wenn die Freischaltung durch die Leseelektronik erfolgt ist. Die Leseelektronik (hier Transpondertechnik) sitzt in der Kappe des Sperrknaufs, Fig. 6. Nach Betätigung des Aktivierungstasters (5.13) kom­ muniziert die aktive Leseelektronik (5.14) mit dem Transponder (6), der in die Nähe der Antenne gehalten wird. Voraussetzung für das Aktivieren ist, daß die drehbaren Teile in ihren Grundstellungen stehen (Kontaktprüfung). Wird die Zugangsberechti­ gung des Transpondercodes erkannt, so wird am Ausgang Elektronik (5.14) das Steuersignal zum Schalten des Solenoidmagneten gesetzt.

Die Magneteinheit sitzt in der Torquiereinheit und dient zum Kuppeln der Torquierein­ heit mit der Kappe. Hierzu sitzt am Magnetkern (4.2) ein Kuppelzapfen (4.5), der in die Kuppelhülse (5.6) einfährt, wenn der Magnet eingeschaltet ist, Fig. 7. Als Aufforde­ rung zum Drehen der Kappe im Öffnungssinne, kann ein Summton ertönen. Beim anschließenden Drehen der Kappe wird der Kuppelzapfen und somit die Torquierein­ heit mitgedreht, wobei der Schaltstift (3.3) die Sperrknagge an der Rastfeder (2.2) aus der Sperrnut ausklinkt. Hierfür ist ein relativer Drehwinkel der Torquiereinheit gegen­ über der Welle von etwa 40° erforderlich. Bei näherungsweise vollzogener Ausrastung legt sich der Anschlag (5.4) in der Kappe an den Anschlag (2.1.4) an der Welle, wo­ durch das Handdrehmoment auf die Welle zur Öffnung der Verschlußeinrichtung übertragen wird, Fig. 8.

Die Magneteinheit ist in Fig. 9 dargestellt. Die Kupplung von Drehknopf und Tor­ quiereinheit über die Magneteinheit wird danach nicht mehr benötigt, und zum Einspa­ ren von elektrischer Energie aus der Batterie wird der Magnet abgeschaltet, wonach die Druckfeder in der Magneteinheit den Eisenkern samt Kuppelstift zurückholt. Gleichzeitig mit dem Magnet wird auch das akustische Signal abgeschaltet. Die Ab­ schaltung erfolgt durch einen elektrischen Kontakt bzw. nach einer eingestellten Ein­ schaltzeit. Beim Zurückziehen des Kuppelstiftes springt die Torquiereinheit (Vermöge der Zugfeder (2.4)) in ihre Grundstellung zurück.

Beim Weiterdrehen der Kappe werden alle drehbaren Teile des mechatronischen Sperrknaufs synchron bewegt. Die Drehbewegung wird durch einen Anschlag im Soc­ kel in der Raststellung "offen" begrenzt, an dem die Sperrknagge (2.2.2) anschlägt, Fig. 10. Dies erfolgt nach einer 130°-Drehung der Kappe, was etwa einer 90°-Drehung der Welle entspricht. In dieser Stellung ist die Verschlußeinrichtung ganz geöffnet.

Beschreibung eines Schließvorgangs

Beim Drehen des Drehknopfes aus der Raststellung "offen" in Schließrichtung drehen sich alle drehbaren Teile gleichzeitig im Schließsinne, wobei zunächst der Rastwider­ stand "offen" zu überwinden ist. Der Antrieb erfolgt wieder von Hand. Vor dem Errei­ chen der Schließstellung wird die Vorraststellung "geschlossen - ungesperrt", die ei­ nen erhöhten Widerstand bietet, angefahren. Hier wird der Benutzer (eventuell durch einen Summton) aufgefordert, zu prüfen, ob sich etwa der "Schlüssel" im Fach befin­ det. Beim Erreichen der Raststellung wird ein Klick spürbar. Nach dem Überfahren der Raststellung wird die Endstellung "gesperrt" erreicht, in der sich die Sperrknagge hör­ bar in die Sperrnuten einklinkt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Bedienung von Verschlußeinrichtungen für Möbelfächer, Läden, Spinde, Türen o. ä. mit einem Handknauf und eigener schlüsseloser Sperre und elek­ tronischer Zutrittskontrolle sowie mit einem elektrischen Aktuator für die Freischaltung zur Entsperrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierkantwelle der Vorrichtung zum Antrieb der Verschlußgetriebe unmittelbar mechanisch gesperrt wird, und das Entsperren durch Mitnahme einer hierzu angekuppelten Torquiereinrichtung beim "Auf"-Drehen der Kappe von Hand erfolgt. (Das Ankuppeln erfolgt mit einem So­ lenoidmagneten aufgrund der Freischaltung der Codeleseelektronik)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine berührungslose Codeleseelektronik, insbesondere die Transpondertechnik, eingesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponderantenne im Kunststoffdeckel der Kappe von innen in eine Nut eingelegt und mit einem Rund­ schnurdichtring gehalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivie­ rungstaster für die Codeleseelektronik in der Mitte des Kunststoffdeckels angeordnet ist und von der Antenne umgeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungstaster unter einer wasserdichten Schutzkappe aus elastischem Werkstoff angebracht wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastfeder durch einen Gelenkhebel mit Federbelastung ersetzt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fühlbare Raststellungen für die Zustände "offen" und "zu - ungesperrt" vorgesehen werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Raststellungen sowie in der Sperrstellung und am "Auf"-Anschlag von Kappe und Torquiereinrichtung Steuerkontakte vorgesehen werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summer zur sicheren Bedienung als akustischer Signalgeber vorgesehen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektronik und einer Schalt- bzw. Überwachungszentrale eine Kabelverbindung hergestellt wer­ den kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung aus dem Netz vorgesehen wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterien unter der Kappe diebessicher aufbewahrt werden (Öffnung der Kappe nur von innen mit Hilfs­ werkzeugen).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steckbuchse zur Notöffnung bei Batterieausfall vorgesehen wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchgängige Öff­ nung in der Stellung "gesperrt" das Einführen eines Hilfswerkzeugs (Stift) zum Heben des Magnetkerns vorgesehen wird, um mechanische Funktionsprüfungen zu ermögli­ chen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuppelmagnet auch quer zur Drehachse eingebaut werden kann.