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Sperrvorrichtung mit Schlüssel Die Erfindung bezieht sich auf eine
Sperrvorrichtung mit Schlüssel, bei welcher die Überführung zwischen der Sperr-und
der Freigabestellung von der Anderung eines mittels des Schlüssels beeinflußbaren
Magnetfeldes abgeleitet ist.
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Sperrvorrichtungen in dieser Art wurden in einer Vielzahl bekannt.
So sind Schlösser bekannt, bei welchen die Zuhaltungen als kleine Dauermagnete ausgebildet
sind und von einem Schlüssel, der ebenfalls kleine Permanentmagnete enthält angezogen
oder abgestoßen werden. Bei Verwendung eines richtigen Schlüssels werden die Zuhaltungen
aus ihrer Sperrstellung in eine Freigabestellung bewegt und das Schloß kann geöffnet
werden. Um auch bei einer eventuellen Verschmutzung der Zuhaltungsführungen eine
einwandfreie Funktion des Schlosses zu gewährleisten, müssen die Dauermagnete des
Schlüssels
kräftig ausgebildet sein, was wiederum die Abmessungen
des Schlüssels ungünstig beeinflußt. Überdies sammeln sich an einem magnetischen
Schlüssel im Laufe der Zeit Eisenspäne bzw. kleinere Eisenstückchen an, die einerseits
in das Schloß eingeschleppt werden und dessen Funktion beeinträchtigen können, andererseits
aber einen unerwünschten hinweis auf die Natur des Schlüssels geben. Problematisch
ist aber auch die Ausgestaltung der Zuhaltungen, welche sowohl mechanisch widerstandsfähig
sein als auch die Ligenschaften starker Dauermagnete aufweisen sollten. Diese beiden
Forderungen stehen bekanntlich zueinander in Widerspruch - Dauermagnete mit hoher
Koerzitivkraft und Remanenz sind spröde und kaum zu bearbeiten.
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Es wurde zwar vorgeschlagen, für Zuhaltungen einen permanentmagnetisierten
Kern aus Sintermetall mit einem Mantel aus Metall oder Kunststoff zu verwenden,
doch ist bei derartigen Zuhaltungen das für den Magnet zur Verfügung stehende Volumen
wegen des Mantels eingeschränkt.
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Ein Ziel der Erfindung ist ein Schloß, bei welchem die oben angeführten
Mängel behoben sind, Dieses Ziel läßt sich mit einem Schloß der eingangs umrissenen
Art erreichen, bei welchem erfindungsgemäß mindestens ein aus einem, den magnetischen
Fluß aufrechterhaltenden Magneten, mindestens einem weichmagnetischen Pfad und mindestens
einem Luftspalt gebildeter magnetischer Kreis vorgesehen, der magnetische Widerstand
des Kreises mittels des Schlüssels änderbar und die daraus resultierende Flußänderung
zur Überführung zwischen der Freigabe- und der Sperrstellung herangezogen ist.
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Eine wirkungsvolle Sperrvorrichtung erhält man auch, wenn der Magnet
als während des Sperr- bzw. Freigabevorganges erregter Elektromagnet ausgebildet
ist. Zu einer kompakten Bauweise gelangt man, wenn man zur Aufrechterhaltung des
magnetischen Flusses einen allen Kreisen gemeinsamen Permanentmagneten vorsieht.
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Die Flußänderung in den magnetischen Kreisen kann besonders einfach
zum Öffnen bzw. Schließen des Schlosses herangezogen werden, wenn jedem Kreis ein,
unter dem Einfluß
des Magnet feldes bewegbarer Anker eingegliedert
und die Überführung zwischen der Freigabe- und der Sperrstellung von der Stellung
der Anker abgeleitet ist.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist jedem Anker ein elektrischer
Schalter zugeordnet und eine Schaltung zur logischen Verknüpfung der Schalterstellungen
vorgesehen, die zur Abgabe eines Offnungssignales bei Übereinstimmung der vom Schlüssel
hervorgerufenen Kombination der Schalterstellungen mit einer vorgegebenen Kombination
und bei Nichtübereinstimmung gegebenenfalls zur Abgabe eines Alarmsignales eingerichtet
ist.
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Es kann sich als besonders zweckmäßigerweisen, wenn von jedem Anker
einem diese zugeordnete Zuhaltung betätigbar ist.
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Nach einer weiteren Fortbildung des Erfindungsgegenstandes kann im
Luft spalt jedes magnetischen Kreises ein magnetisch-elektrischer Wandler, wie z.B.
ein Hall-Element, angeordnet und eine Schaltung zur logischen Verknüpfung der elektrischen
Wandlergrößen vorgesehen sein, die zur Abgabe eines Offnungssignales, bei Übereinstimmung
der vom Schlüssel hervorgerufenen Kombination der Wandlergrößen mit einer vorgegebenen
Kombination und bei Nichtübereinstimmung gegebenenfalls zur Abgabe eines Alarmsignales
eingerichtet ist.
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äußerst vorteilhaft ist es, den Schlüssel aus nichtmagnetischem Material
mit weichmagnetischen Einlagen aus zubilden, da man so eine glatte Oberfläche des
Schlüssels erreichen kann. Günstig ist es auch, wenn mittels der Einlagen des Schlüssels
Nebenschlüsse der magnetischen Kreise schließbar oder Luftspalte der magnetischen
Kreise überbrückbar sind.
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Es kann empfehlenswert sein die Oberfläche des Schlüssels mit einer
einheitlichen, nichtmagnetischen Schicht, wie z.B.
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Chrom oder Kunststoff zu bedecken. So ist äußerlich kein Hinweis auf
die Natur des Schlüssels gegeben und der Code des Schlüssels kann nicht abgelesen
werden.
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Die Erfindung ist im folgenden an IIand beispielsweiser Ausführungsformen
näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Es zeigt Fig. 1 eine
erfindungsgemäße Sperrvorrichtung mit abgenommenen Ankern und eingeführtem Schlüssel
in einem schematischen Schaubild, die Fig. 2 und 3 einen Längsschnitt durch magnetische
Kreise einer Sperrvorrichtung nach Fig. 1 samt einem, einen elektrischen Schalter
betätigenden Anker, Fig. 4 einen magnetischen Kreis mit einem Reed-Kontakt als Anker,
Fig. 5 eine Schaltung zur logischen Verknüpfung der Schalterzustände, Fig. 6 einen
magnetischen Kreis mit versetzten Polschuhen des magnetischen Nebenschlusses, Fig.
7 einen magnetischen Kreis in welchem ein Hall-Element od. dgl. angeordnet ist,
Fig. 8 und Fig. 9 im Schnitt einen magnetischen Kreis, von dessen Anker eine Zuhaltung
betätigbar ist und Fig. 10 die Gesamtansicht eines Schlosses, bei welchem magnetische
Kreise nach Fig. 8 und 9 verwendet sind.
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Den Fig. 1 bis 3 sind magnetische Kreise 1 zu entnehmen, welche durch
Stege 2 aus nichtmagnetischen Material voneinander getrennt sind. Die Kreise 1 bestehen
aus einem allen Kreisen gemeinsamen Permanentmagneten 3, Weicheisenschenkeln 4 und
Weicheisenankern 5. Ein Schlüssel 6 kann längs einer nichtgezeigten Führung zwischen
die Schenkel 4 eingeführt werden, um den magnetischen Widerstand der Kreise und
somit den die Anker durchsetzenden Fluß zu ändern. So weist der in Fig. 2 gezeigte
Kreis in den Eisenschenkeln Luftspalte 7 auf, die mit einem nichtmagnetischen Material,
z.B. Kunststoff, Messing od. dgl. gefüllt sein können und durch welche der magnetische
Widerstand des Kreises beträchtlich erhöht, d.h., der Fluß über den Anker 5 entsprechend
vermindert wird. Die magnetische Kraft reicht dann nicht aus, um den Anker 5 der
auf einer Kontaktfeder 8 angebracht ist, anzuziehen. Wird jedoch ein Schlüssel eingeführt,
der im Bereich der Zwischenstücke 7 weichmagnetische Einlagen 9 aufweist, so wird
zufolge der Oberbrückung der Luftspalte der magnetische Widerstand des Kreises vermindert
und auf den Anker 5 wirkt eine Kraft,
die ausreicht um ihn gegen
die Kraft der Feder 8 in Richtung auf die Enden der Schenkel 4 zu bewegen, wobei
ein Schalter 10 betätigt, d.h. dessen Kontaktstrecke 11 - 12 geöffnet und eine Kontaktstrecke
11 - 13 geschlossen wird. Dieses Schließen bzw. Öffnen der Kontaktstrecken kann,
wie später noch beschrieben wird, zur Auslösung eines Öffnungssignales od. dgl.
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herangezogen werden.
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Der in Fig. 3 gezeigte magnetische Kreis weist keine Unterbrechung
auf. Solange kein Schlüssel eingeführt ist, ist daher der Anker 5 angezogen und
die Kontaktstrecke 11 -13 geschlossen. Befindet sich jedoch ein Schlüssel 6 mit
einer Einlage 14 aus weichmagnetischem Material zwischen den Schenkeln, so wird
nun ein Großteil des magnetischen Flusses über diese Einlage kurzgeschlossen, d.h.
es ist ein magnetischer Nebenschluß gebildet, die Kraft der Feder 8 reicht aus um
den Anker von den Schenkeln 4 wegzubewegen und die Kontakt strecke 11 - 12 wird
geschlossen.
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Man kann nun, wie in Fig. 1 angedeutet, eine Anzahl von magnetischen
Kreisen der beschriebenen Art vorsehen, wobei die Stellung der Kontakte maßgebend
für den Zustand der Sperrvorrichtung gemacht ist. Der Schlüssel für eine solche
Steuereinrichtung weist an vorbestimmten Stellen weichmagnetische Einlagen auf und
bestimmt die Kombination der Kontaktstellungen. Mittels einer Schaltung zur logischen
Verknüpfung der Schalterzustände kann ein Öffnungssignal od.
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dgl. abgegeben werden, soferne ein richtiger Schlüssel verwendet wird.
Eine einfache derartige Schaltung ist der Fig. 4 zu entnehmen. Diese Schaltung ist
für eine Sperrvorrichtung mit sechs magnetischen Kreisen gedacht, welche nur dann
in die Freigabestellung übergeführt werden soll, wenn mittels eines richtigen Schlüssels
drei Arbeitskontakte sl, s2, s3 geschlossen und drei Ruhekontakte tl, t2, t3 geöffnet
sind. Im Kollektorkreis eines Transistors T liegt ein Relais A und parallel dazu
eine Schutzdiode D. Der Transistor T erhält seinen Basisstrom über einen Widerstand
R und die Serienschaltung der Arbeitskontakte
sl, s2, s3; die Basis
ist über die Parallelschaltung der Ruhekontakte tl, t2 und t3 an Masse gelegt, zur
Stromversorgung dient eine Batterie B. Bei dieser Schaltung zieht das Relais A nur
dann an, wenn alle Arbeitskontakte geschlossen und alle Ruhekontakte geöffnet sind.
Von den Kontakten des Relais A kann nun eine elektromechanische Verriegelungseinrichtung
od. ähnliches gesteuert werden.
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Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante eines magnetischen Kreises,
dessen Anker die Kontaktstrecke eines Reed-Kontaktes 15 bildet. Ein solcher Reed-Kontakt
kann als Arbeits-, Ruhe- oder Umschaltekontakt ausgeführt sein und wird bei einem
ausreichenden Magnetfluß über seine Kontaktstrecken betätigt.
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Bei Verwendung von Reed-Kontakten kann die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung
besonders kompakt und zuverlässig aufgebaut werden.
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Nach Fig. 6 können an den Schenkeln 4 besonders geformte und versetzte
Polschuhe 16 und an dem Schlüssel entsprechende Weicheiseneinlagen ausgebildet sein.
Auf diese Art kann die Sicherheit der Sperrvorrichtung und die Anzahl der möglichen
Kombinationen erhöht werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Flußänderung in den magnetischen Kreisen
zur Überführung zwischen der Sperr-und der Freigabestellung heranzuziehen, besteht
darin, den Fluß bzw. die Feldstärke in einem Luft spalt des magnetischen Kreises
mittels einer Hallsonde, einer Wismutspirale, Magnetdiode od. dgl. festzustellen.
So zeigt die Fig. 7 schematisch einen magnetischen Kreis, bestehend aus einem Permanentmagneten
3, zwei L-förmigen Schenkeln 4 und einem in einem Luftspalt zwischen den Schenkeln
angeordneten Hallelement 17. Eine Anderung des Widerstandes des magnetischen Kreises
durch den Schlüssel ist auch mit einer Änderung des das Hallelement durchsetzenden
Flusses verbunden. enn mehrere derartige Kreise vorgesehen sind, so sind die Hallspannungen
der Elemente 17 entscheidend für den jeweiligen Zustand der Sperrvorrichtung.
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Auch hier kann analog zu einer Sperrvorrichtung mit Schaltern 10 eine
Schaltung zur logischen Verknüpfung der Hallspannungen vorgesehen sein. Der Entwurf
und Aufbau einer derartigen Schaltung,
von welcher bei Verwendung
eines richtigen Schlüssels ein Öffnungssignal abgegeben wird, ist für den Durchschnittsfachmann
eine alltägliche Aufgabe und soll daher nicht näher erläutert werden. Besonders
sicher wird eine erfindungsgemäße Sperrvorrichtung, wenn die logische Schaltung
so ausgelegt wird, daß bei dem Versuch das Schloß zu betätigen für alle nicht dem
richtigen Schlüssel entsprechende Zustände der Kontakte bzw. Hallelemente ein Alarmsignal
abgegeben wird.
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Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung
benötigt im Gegensatz zu der eben beschriebenen Variante keine Spannungsquelle:
In einem Gehäuse 18 aus nichtmagnetischem Material wie z.B. Kunststoff, Messing
od. dgl., sind mehrere magnetische Kreise 19 untergebracht, die ähnlich wie die
Kreise nach Fig. 1 durch hier nicht ersichtliche, nichtmagnetische Zwischenlagen
getrennt sind. Jeder Kreis enthält im wesentlichen einen allen Kreisen gemeinsamen
Permanentmagnet 20, weichmagnetische Schenkel 21 und einen Anker 22, welcher ebenfalls
aus weichmagnetischem Material besteht. Im Gehäuse 18 sind auch Federn 23 vorgesehen,
die den Anker 22 von dem magnetischen Kreis wegzudrücken trachten. Bei dem magnetischen
Kreis nach Fig. 8 trägt der Anker einen Zuhaltungsstift 24, welcher bei einer Ankerbewegung
längs einer Bohrung 25 bewegt wird. Das Gehäuse 18 ist an der Seite der Zuhaltungsstifte
24 als Zylinderfläche 26 ausgebildet, wobei die Zylinderachse mit der Drehachse
27 des Gehäuses 18 zusammenfällt. Das Gehäuse 18 ist an einer Stelle in einer Zunge
28 fortgesetzt, die in eine Ausnehmung 29 eines Sperriegels 30 eingreift. Bei einer
Drehbewegung des Gehäuses verschiebt daher die Zunge 28 den Riegel 30 gegen die
Kraft einer Feder 31. Um die Drehachse 26 ist auch eine Platte 32, auf welcher ein
Gegenstück 33 zur Zylinderfläche 26 angebracht ist, drehbar und mittels einer Feder
34 gegen einen Anschlag 35 gedrückt. Die weichmagnetischen Schenkel 21 sind von
Zwischenstücken 36 unterbrochen, welche den Magnetfluß über den Anker 22 so schwächen,
daß dieser zufolge der Federn 23 abfällt.
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Die Länge der Zuhaltungsstifte 24 ist nun so bemessen, daß
die
Stifte bei ahgefallenem Anker aus der Zylinderfläche 26 hervortreten und in Bohrungen
37 des Gegenstückes 33 eingreifen.
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Wird das Gehäuse 18 gedreht, so wird daher das Gegenstück 33 von den
Zuhaltungsstiften 24 mitgenommen.
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Nach dem Einführen eines richtigen Schlüssels 38 wird zufolge der
weichmagnetischen Einlagen 39 der magnetischen Widerstand des Kreises geringer und
der Fluß über den Anker 32 wird so groß, daß dieser anzieht und der Stift 24 die
Drehbewegung des Gehäuses 18 gegenüber dem Gegenstück 33 nicht mehr blockiert. Bei
der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform weist der magnetische Kreis keine Zwischenstücke
auf und der Anker 22 ist in Ruhestellung der Sperrvorrichtung angezogen. In der
Bohrung 37 des Gegenstückes 33 ist ein zylindrisches Sperrstück 40 gegen die Kraft
einer Feder 41 verschiebbar gelagert. Die Länge des Stiftes 24 ist hier so gewählt,
daß das Sperrstück 40 in die in der Ruhestellung der Sperrvorrichtung mit der Bohrung
37 fluchtende Bohrung 35 ein Stück eindringen kann und somit das Gehäuse 18 drehfest
mit dem Gegenstück 33 verbunden ist. Wird ein richtiger Schlüssel 38 - hier nur
strichliert gezeichnet - eingeführt, so ist über polschuhartige Ansätze 42 der Schenkel
21 und eine weichmagnetische Einlage 43 des Schlüssels ein magnetischer nebenschluß
gebildet, der Fluß über den Anker 22 ist stark vermindert und der Anker wird von
den Federn 23 gegen die Kraft der Feder 41 von dem Ende der Schenkel 21 weggedrückt.
Dadurch gelangt die Berührungsstelle des Stiftes 24 und des Sperrstückes 40 in die
Zylinderfläche 26 und das Gehäuse 18 kann gegenüber dem Gegenstück 33 verdreht werden.
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Im fangenden sind nun weitere Details und die genaue Funktion dieser
Sperrvorrichtung beschrieben. In dem Gehäuse 18 ist eine Anzahl von magnetischen
Kreisen gemäß den Fig. 8 bzw. 9 untergebracht. Die Anzahl der Kreise kann relativ
hoch gehalten werden (z.B. 10 Kreise), ohne daß die Bautiefe der Sperrvorrichtung
die eines üblichen Schlosses übersteigt; Versuche haben nämlich ergeben, daß die
Stärke der Schenkel bzw. der Anker nur wenige Millimeter betragen muß. Der
Schlüssel,
der einen rechteckigen Querschnitt aufweist ist nun so ausgeführt, daß an den den
einzelnen Kreisen entsprechenden Stellen (iberbrWickung7s- bzw. Kurzschlu?Jeinlagen
39 bzw. 43 vorgesehen sind. Wird ein richtiger Schlüssel in die Vorrichtung eingeführt,
so geben alle Zihaltungsstifte 24 bzw. Sperrstücke 40 die )rehbewegung frei, d.h.
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zugleich mit dem Schlüssel kann das Gehäuse 18 und die Nase 28 verdreht,
somit auch der Sperrriegel 30 bewegt werden.
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Der Fig. 10 ist noch eine Grundplatte 44 zu entnehmen, auf welcher
die einzelnen Teile der Vorrichtung montiert sind. So etwa ist eine Abdeck- und
Lagerplatte 45 für das Gehäuse 18 mittels Schrauben 46 und nicht sichtbaren Distanzbolzen
auf der Grundplatte befestigt. Weiters ist ein Sperrstift 47 mit einer Querbohrung
48 welcher in Führungen 49 in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, vorgesehen.
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Ein mit dem drehbaren Gegenstück 33 verbundenes Federdrahtstück 50
ist durch diese Querbohrung gesteckt. Wird ein falscher Schlüssel in die Sperrvorrichtung
eingeführt und eine Drehbewegung auf das Gehäuse ausgeübt, so wird das Gegenstück
33 gegen die Kraft der Feder 34 ebenfalls verdreht, da mindestens ein Zuhaltungsstift
oder Sperrstück die Kopplung der Drehbewegung zwischen Gehäuse und Gegenstück bewirkt,
Zu Beginn der Drehbewegung greift die Zunge 28 noch nicht an dem Sperriegel 30 an,
der Sperrstift 47 wird mittels des Federdrahtstückes 50 in eine Ausnehmung 51 des
Sperrriegels bewegt und blockiert diesen. Sobald dann die Zunge 28 im Laufe der
Drehbewegung an den Sperriegel anstößt, ist jede weitere Bewegung blockiert - die
Vorrichtung bleibt verriegelt.
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Bei der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung ist es besonders einfach,
nicht autorisierte öffnungsversuche anzuzeigen. Zu diesem Zweck wird ein Kontaktsatz
52 vorgesehen, der im Ruhezustand der Sperrvorrichtung von dem Sperrstift 47 geöffnet
bleibt. Wird dagegen ein Versuch unternommen, das Schloß mit einem falschen Schlüssel
zu öffnen, so wird zufolge der Drehbewegung des Gegenstückes 33 der Sperrstift von
dem Kontaktsatz abgehoben, dessen Kontakte werden geschlossen
und
können zur Auslösung eines Alarms, wie z,B, einer Sirene odeaines Selbstschusses
herangezogen werden.
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Selbstverständlich kann das Gegenstück 33 auch fest mit der Grundplatte
verbunden werden, wobei dann der Sperrstift entfallen kann. Allerdings ist dann
die einfache Alarmauslösung nicht mehr möglich. Es soll auch nicht unerwähnt bleiben,
daß zufolge des Sperrstiftes 47 die Zuhaltungsstifte bzw. Sperrstücke kaum belastet
sind und deren gewaltsame Beschädigung unmöglich gemacht ins+. Gegebenenfalls kann
es auch vorteilhaft sein, die Anker der magnetischen Kreise aus hartmagnetischeli
und magnetisiertem Material, d.ho also als Dauermagnete auszubilden, um höhere abstoßende
oder anziehende Kräfte zu erzielen. Zur Aufrechterhaltung des magnetischen Flusses
in den Kreisen ist es auch möglich einzelne Magnete anstelle eines gemeinsamen magneten
vorzusehen.
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Auch ist die Verwendung eines Elektromagneten denkbar, welcher bei
Betätigung des Schlosses mit Strom versorgt wird. Wenn die Schlüsseloberfleche mit
einem nichtmagnetischem Material wie z.B. Plastik oder Kunststoff überzogen wird,
so kann die natur des 'chlüssels und dessen Codierung optisch nicht mehr erkannt
werden.