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Magnetische Schliesseinrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Schliesseinrichtung,
mit einem mit mindestens zwei Permanentmagneten versehenen Schlüssel und einem in
das zu verschliessende Objekt einsetzbaren Schloss, das einen zur Aufnahme des Schlüssels
bestimmten Kanal aufweist, um welchen eine den Permanentmagneten entsprechende Anzahl
von magnetisch betätigbaren Fühlern angeordnet ist, von welchen mindestens einer
einen Hallgenerator enthält, wobei die Fühler mit einer von einer Stromquelle speisbaren
Schaltungsanordnung verbunden sind, die einen Stromkreis mit einem elektrisch betätigbaren
Schliessorgan der Schliesseinrichtung enthält.
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Es ist ein magnetisches, mit einem Lesegerät versehenes Schloss bekannt
(DT-OS 23 25 566), das mit einem Flachschlüssel iusammenarbeitet, der an seiner
einen Schmalseite Kerben zur mechanischen Einordnung von Schlosszuhaltungen trägt
und an seiner anderen Schmalseite mit einer magnetischen Codierung versehen ist.
Das Lesegerät ist mit einem Steuergerät verbunden, das auf eine bestimmte Schlüsselinformation
vorprogrammiert ist und das bei Uebereinstimmung der magnetischen Schlüsselcodierung
mit der Vorprogrammierung eine elektromagnetische Sperrvorrichtung löst.
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Es ist zudem vorgeschlagen worden (DT-Gbm 75 33 052 und 76 12 488,
DT-OS 25 46 542), das Lesegerät mit einen oder mehreren Hallgeneratoren zu versehen,
die dem magnetisch codierten Rücken des eingeführten Schlüssels benachbart, im Schlüsselkanal
des Schlosses so angeordnet sind, dass sie beim Einschieben des Schlüssels von den
magnetischen Feldlinien der Schlüsselinformation durchsetzt werden.
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Ueber die Ausbildung und Anordnung der magnetischen Codierung und
der Hallgeneratoren sowie die schaltungsmässige Verbindung der Hallgeneratoren mit
dem Steuergerät ist in den genannten Vorschlägen nichts ausgeführt, ausser dass
der dem Schlüssel zugeordnete magnetische Datenträger aus einem technologisch homogenen
Material bestehen kann, zwei um 900 versetzte Hallgeneratoren angeordnet
werden
können und der dem Schlüssel zugeordnete magnetische Datenträger neben einer Informationsspur
eine Taktspur tragen kann, welche die Abfragezeitpunkte festsetzt, in denen die
Schlüsselinformation vom Lesegerät aufgenommen wird.
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Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische
Schliesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfacher
Ausbildung des Schlüssels und des die Fühler und die Steuereinrichtung enthaltenden
Schlosses eine hohe Sicherheit gegen Missbrauch zeigt und eine grössere Zahl von
Schliessungen ermöglicht, welche ferner erst in der Endlage des eingesteckten Schlüssels
in Funktion tritt und welche zudem nur in der Endlage des eingesteckten Schlüssels
einen Stromverbrauch aufweist.
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Erfindungsgemäss ist die magnetische Schliesseinrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Fühler magnetisch betätigbare, elektrische
Schalter sind, deren räumliche Lage derjenigen der Permanentmagnete des Schlüssels
entspricht, dass der einem ersten Permanentmagnet des Schlüssels zugeordnete Schalter
ein Schutzrohrkontakt ist, der nur in der Endlage des in das Schloss eingesteckten
Schlüssels betätigt wird und in dieser Endlage die Stromquelle einschaltet, und
dass die dem bzw. den weiteren Permanentmagneten des Schlüssels zugeordneten Schalter
je einen Hallgenerator enthaltende integrierte Halbleiterschalterplättchen sind
und, in Reihe geschaltet, mit dem Stromkreis des Schliessorgans in Wirkverbindung
stehen.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektronisches
Magnetschloss, Fig. 2 eine Vorderansicht des Magnetschlosses der Fig. 1,
Fig.
3 eine Seitenansicht einer im Magnetschloss der Fig. 1 befindlichen Kunststoffhalterung
für Magnetschalter, Fig. 4 eine Seitenansicht eines Magnetschlüssels für das Magnetschloss
der Fig. 1 Fig. 5 ein Schema einer Schaltungsanordnung für das Magnetschloss der
Fig. 1.
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Gemäss Fig. 1 weist das vorliegende Magnetschloss einen aus Metall
bestehenden Schlosszylinder 1 auf, der einen vorderen, abgesetzten Teil 2, einen
hinteren Teil 3 mit einem grösseren Durchmesser und eine Innenhülse 4 umfasst. Die
Innenhülse 4 ist an ihrem vorderen Ende offen und mit dem abgesetzten Teil 2 über
eine ringförmige Wand 5 verbunden, die gemäss Fig. 2 zudem mit zwei Schlitzen 6
versehen ist. Die Schlitze 6 dienen dazu, einen entsprechend ausgebildeten, flachen
Schlüsselgriff aufzunehmen, um den in die Innenhülse 4 eingeführten, zylindrischen
Schlüssel in einer durch die Schlitze 6 bestimmten Winkellage zu halten. Ein derartiger
Schlüssel wird nachfolgend anhand der Fig. 4 noch beschrieben. Mit Vorteil ist der
Schlosszylinder 1 aus einem einzigen Stück, beispielsweise as Spritzgussstück, gefertigt.
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Auf den Aussenmantel der Innenhülse 4 ist eine Trägerhülse 7 mit mehreren
Magnetschaltern 8 geschoben. Die Trägerhülse 7 besteht aus einem Kunststoff. Sie
weist gemäss Fig. 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei rechteckige Oeffnungen
9 sowie an ihrem einen Ende, das in dem vom Teil 3 des Schlosszylinders 1 umschlossenen
Raum 10 liegt (Fig. 1), eine weitere Oeffnung 11 in der Form eines Längsschlitzes
auf. In die rechteckigen Oeffnungen 9 sind die vierkantigen Magnetschalter 8 eingesetzt,
von welchen in Fig. 1 nur zwei sichtbar sind. In den Längsschlitz 11 ist ein in
Fig. 1 nicht sichtbarer Schutzrohrkontakt (Reed-Kontakt) eingesetzt. Wie in Fig.
1 angedeutet, verlaufen Anschlussleitungen 12 von den Magnetschaltern
8
und auch vom genannten Schutzrohrkontakt zu einer ringförmigen Schaltungsplatte
13, die vorzugsweise eine anhand der Fig. 5 noch beschriebene gedruckte Schaltung
enthält. Die Schaltungsplatte 13 liegt einerseits auf der Innenhülse 4 und andererseits
in einem Absatz des Teils 3 des Schlosszylinders 1. Sie ist zur Aussenseite hin
von einer Kunststoffscheibe 14 abgedeckt und wird durch einen in den Teil 3 des
Schlosszylinders 1 eingesetzten Seger-Ring 15 festgehalten. An die Innenwand des
abgesetzten Teils 2 des Schlosszylinders 1 liegt über die ganze Länge des Teils
2 und somit über alle Magnetschalter 8 eine zylindrische, aus Weicheisen bestehende
Hülse 16, welche die Magnetfelder des nachfolgend beschriebenen Magnetschlüssels
schliesst und die Magnetschalter 8 gegen äussere Magnetfelder abschirmt.
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Der in Fig. 4 dargestellte Magnetschlüssel 17 weist einen zylindrischen
Schaft 18 und einen bereits erwähnten flachen Schlüsselgriff 19 mit einem Führungsansatz
20 für die Schlitze 6 des Schlosszylinders 1 nach Fig. 2 auf. Der Schaft 18 besteht
aus einem Kern 21 mit mehreren rechteckigen Anfräsungen 22 sowie einer über den
Kern 21 gezogenen Schlüsselhülse 23. In die Anfräsungen, deren Längs- und Winkellagen
den Lagen der Oeffnungen 9 und 11 der Trägerhülse 7 (Fig. 3), d.h. denjenigen der
Magnetschalter 8 und des nicht dargestellten Schutzrohrkontakts, entsprechen, sind
rechteckige Permanentmagnetplättchen eingesetzt, die durch die Schlüsselhülse 23
abgedeckt sind. Der Schaftkern 21 und der Schlüsselgriff 19 können aus einem einzigen
Stück gefertigt sein. Zweck der genannten Permanentmagnetplättchen ist, bei ganz
in die Innenhülse 4 (Fig. 1) eingeführtem Magnetschlüssel 17 sowohl den Schutzrohrkontakt,
der als Hauptschalter dient, als auch alle Magnetschalter 8 magnetisch zu schliessen
und damit einen Stromkreis zu schliessen, in welchem ein Kupplungsmagnet der Schliesseinrichtung
liegt. Hierbei sollen die Magnetschalter 8 so ausgebildet und angeordnet sein, dass
nur mit einer einzigen bestimmten Anordnung (Lage und Zahl) von Permanentmagneten
auf dem Schlüsselschaft 18 alle Magnetschalter 8 geschlossen
werden,
so dass dann, wenn auch nur einer dieser Schalter, z.B. beim Einführen eines falschen
Schlüssels, nicht geschlossen wird, der genannte Stromkreis offen bleibt und die
Schliesskupplung nicht anzieht.
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Als Magnetschalter 8 können im einfachsten Fall ebenfalls Schutzrohrkontakte
(Reed-Kontakte) verwendet werden. Die räumliche Lage des Einschaltpunktes der Schutzrohrkontakte
ist aber bei gegebenen Permanentmagneten verhältnismässig diffus, so dass die Zahl
der in einem kleinen Schloss möglichen Schliessungen ziemlich beschränkt ist.
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Ein wesentlich höherer Zuverlässigkeitsgrad und ein besonders einfacher
Aufbau des vorliegenden elektronischen Magnetschlosses lässt sich durch die Verwendung
von integrierten Halbleiterschaltern erzielen, die aufgrund des Hall-Effektes auf
ein Magnetfeld ansprechen, also einen Hall-Generator enthalten, und die im folgenden
mit Hall-Schaltern bezeichnet werden. Solche als flache, rechteckige Plättchen erhältliche
Hall-Schalter weisen keine bewegten Teile auf und enthalten keine ferro- oder ferrimagnetischen
Elemente. Somit lässt sich ihre Lage mit keinem Hilfsmittel abtasten. Zudem ist
ihr Einbau problemlos, da einzig drei Anschlussleitungen von jedem Hall-Schalterplättchen
an die nachfolgend noch erläutert Schaltungsanordnung zu führen sind. Zufolge der
präzisen räumlichen Lage des Einschaltpunktes eines Hall-Schalters lassen sich auf
kleinem Raum eine überaus grosse Zahl von Schliessungen verwirklichen. Bei einem
Schlüssel mit zylindrischem Schaft (Fig. 4) von 5 mm Durchmesser und einer Schliessungslänge
von 40 mm erhält man, unter Einbezug von zusätzlichen Kombinationen durch verschiedene
Lagen des als Hauptschalter dienenden, im Längsschlitz 11 untergebrachten Schutzrohrkontakts,
in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Hall-Schalter (Magnetschalter 8 in
Fig. 1) die folgenden Schliessungszahlen:
1 Hall-Schalter: 103
Schliessungen 2 Hall-Schalter: 8-10 Schliessungen 3 Hall-Schalter: 4,8.106 Schliessungen
4 Hall-Schalter: 2.108 Schliessungen.
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Der genannte Hauptschalter wird auch bei der Verwendung von Hall-Schaltern
als Magnetschalter 8 zweckmässig in jedem Fall als Schutzrohrkontakt ausgebildet,
da er, wie nachfolgend anhand der Fig. 5 noch näher beschrieben wird, die Funktion
hat, eine Stromquelle einzuschalten und gegebenenfalls eine Alarmvorrichtung auszulösen.
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Die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung weist einen gestrichelt
eingerahmten Schaltungsteil 25 auf, der im wesentlichen als gedruckte Schaltung
ausgebildet und auf der Schaltungsplatte 13 der Fig. 1 untergebracht ist. Der Schaltungsteil
25 umfasst die Magnetschalter 8 (im vorliegenden Beispiel deren drei), die alle
in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltung liegt zwischen der Basis eines pnp-Transistors
26 und einer negativen Gleichstrom-Speiseklemme 27, mit welcher auch der Kollektor
des Transistors 26 verbunden ist. Die Basis des Transistors 26 ist ferner über einen
Widerstand 28 und den vorerwähnten, als Hauptschalter dienenden Schutzrohrkontakt
29 mit der positiven Gleichstrom-Speisequelle 30 verbunden. Im Emitterkreis des
Transistors 26 liegt ausserhalb des Schaltungsteils 25 ein Kupplungsmagnet 31 zum
Betätigen der beispielsweise in einer Haustür eingebauten Schliesseinrichtung. Der
Kupplungsmagnet 31 ist über den Schutzrohrkontakt 29 mit der positiven Klemme 30
verbunden.
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Mit der Basis des Transistors 26 ist über einen Widerstand 32 die
Basis eines npn-Transistors 33 verbunden, dessen Emitter an der negativen Klemme
27 liegt. In den Kollektorkreis des Transistors 33 ist die Spule 34 eines Relais
geschaltet, das zwei Umschaltkontakte
35, 36 und einen Schliesskontakt
37 aufweist. Die Relaisspule 34 ist ferner über einen als Oeffner ausgebildeten
Tastenschalter 38 mit dem beweglichen Kontaktstück des einen Umschaltkontakts 35
verbunden, das in Ruhelage mit der positiven Klemme 30 über den Schutzrohrkontakt
29 und in Arbeitslage mit dieser Klemme direkt verbunden ist. Der andere Umschaltkontakt
36 legt die negative Klemme 27 in Ruhelage an die gemeinsame negative Leitung des
Schaltungsteils 25 bzw. in Arbeitslage an die Relaisspule 34. Wenn die Relaisspule
34 erregt ist, wirken die Umschaltkontakte 35, 36 demnach als Haltekontakte für
das Relais.
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Durch den Schliesskontakt 37 wird eine symbolisch dargestellte Alarmvorrichtung
39, beispielsweise eine elektrische Glocke, betätigt.
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Die Funktionsweise der dargestellten Schliesseinrichtung ist die folgende:
Beim Einführen des passenden Schlüssels 17 gemäss Fig. 4 in den Schlosszylinder
1 gemäss Fig. 1 werden in der Endlage des Schlüssels alle Magnetschalter 8 sowie
der Schutzrohrkontakt 29 (Fig. 5) geschlossen. An der Basis des pnp-Transistors
26 liegt folglich praktisch die Spannung der negativen Klemme 27, so dass der Transistor
26 leitend wird und den Kupplungsmagnet 31 erregt, was das Oeffnen des verschlossenen
Objekts bewirkt. Dass während der Einführbewegung nicht alle oder keine Magnetschalter
8 geschlossen sind, ist ohne Bedeutung, da der die Speisespannung einschaltende
Schutzrohrkontakt 29 offen ist, solange der Schlüssel 17 nicht in seiner vollständig
eingesteckten Endlage ist.
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Wird nun ein falscher Schlüssel in den Schlosszylinder 1 eingeführt,
jedoch nicht so weit, dass der Schutzrohrkontakt 29 geschlossen wird, so passiert
überhaupt nichts. Wird der falsche Schlüssel aber ganz eingesteckt, so wird der
Schutzrohrkontakt 29 geschlossen, während mindestens einer der Magnetschalter 8
offen
bleibt. Somit liegt an der Basis des Transistors 26 die Spannung
der positiven Klemme 30; der Transistor 26 bleibt gesperrt, d.h.
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der Kupplungsmagnet 31 wird nicht erregt. Die Spannung der positiven
Klemme 30 liegt aber auch an der Basis des npn-Transistors 33, der somit leitend
wird und die Relaisspule erregt. Durch den Umschaltkontakt 36 wird der Schaltungsteil
25 von der negativen Klemme 27 getrennt, durch den Schliesskontakt 37 wird die Alarmvorrichtung
39 eingeschaltet und durch beide Umschaltkontakte 35, 36 wird die Erregung der Relaisspule
gehalten. Dieser Sperr- und Alarmzustand kann bloss durch Betätigen des Tastenschalters
38 aufgehoben werden, also durch befugtes Ausschalten des ausgelösten Alarms. Um
zu vermeiden, dass eine berechtigte Person nach unbeabsichtigter Sperrung des Schlosses
und Auslösen des Alarms, beispielsweise durch fälschliche Benützung eines Schlüssels
für ein anderes Schloss, mittels eines zweiten Versuchs das Schloss gar nicht öffnen
kann, ist es vorteilhaft, statt des Tastenschalters 38 einen Zeitschalter vorzusehen,
der den beschriebenen Haltekreis der Relaisspule 34 nach einer bestimmten Zeit selbsttätig
öffnet.
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Die vorliegende Schliesseinrichtung weist neben der bereits erwähnten
hohen Zahl möglicher Schliessungen noch zahlreiche weitere Vorteile auf. Einmal
ist die Herstellung des Schlosszylinders und des Schlüssels einschliesslich der
zugehörigen Schaltungsanordnung sehr unkritisch und einfach. Die Toleranzen können
sehr viel grosszügiger gehandhabt werden als bei einem äquivalenten mechanischen
Schloss. Sämtliche Teile können in Spritz- und Stanztechnik hergestellt werden.
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Des weitern ist wegen der Alarmvorrichtung und der grossen Schliessungszahl
die Sicherheit gegen unbefugtes Oeffnen ausserordentlich gross. Denn wenn ein Schlüssel
nicht auf Anhieb passt, wird die Alarmvorrichtung eingeschaltet und das Schloss
ausgeschaltet. Erst wenn der Alarm ausgeschaltet worden ist, oder sich durch einen
Zeitschalter selbsttätig ausgeschaltet hat, ist das Schloss von
neuem
betriebsbereit. Damit wird ein ilerausfinden der Schliessung durch geduldiges Pröbeln
völlig ausgeschlossen.
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Ferner ist bei Verwendung von Hall-Schaltern als Magnetschalter jegliches
Abtasten der Schliessung unmöglich. Auch der in den Schaltern fliessende Strom kann
durch sein Magnetfeld ihre Lage nicht verrasten, denn dieser Strom fliesst ja erst
dann, wenn der fiauptschalter durch den richtigen Schlüssel eingeschaltet ist.
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Zudem benötigt die vorliegende Schliesseinrichtung als Betriebsspannung
bloss eine Gleichspannung von mindestens 4 Volt. Die Kapazität der entsprechenden
Gleichstromquelle kann hierbei verhältnismässig niedrig sein, da ein Strom nur dann
fliesst, wenn sich ein Schlüssel im Schlosszylinder befindet. Die vorliegende Schliesseinrichtung
lässt sich somit überall dort verwenden, wo eine permanente Gleichstromquelle, die
auch eine Batterie sein kann, zur Verfügung steht, also in Automobilen, an Haustüren,
Panzerschränken usw. Die Abmessungen der vorliegenden Schliesseinrichtung sind hierbei
nicht grösser als diejenigen herkömmlicher Zylinderschlösser.
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Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Schliesseinrichtung beschrieben worden, die bloss einseitig betätigbar ist. m eine
zweiseitig betätigbare Schliesseinrichtung, z.B. für eine Haustür, zu erzielen,
werden im Schlosszylinder gleichviele Magnetschalter wie bei der beschriebenen,
einseitig betätigbaren Einrichtung eingebaut. Dagegen wird der Schaft des Schlüssels
mit doppelt so vielen Permanentmagneten verstehen, die im Schaft zentralsymmetrisch
angeordnet werden.
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Statt eines Schlüssels mit zylindrischem Schaft kann auch ein flacher
Schlüssel vorgesehen werden, bei welchem der mit den Permanentmagneten versehene
Teil die Form eines Plättchens hat. Entsprechend ist dan der Schlosszylinder zur
Einführung des Schlüssels
mit einem Schlitz statt mit einer Innenhülse
zu versehen.
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Zur Aufnahme eines solchen flachen Schlüssels kann das Schloss auch
einen eine offene Breitseite aufweisenden Kanal haben, in welchen der flache Schlüssel
eingelegt statt eingesteckt wird. Die Magnetschalter sind dann längs der durch eine
Wandfläche begrenzten Breitseite des Kanals angeordnet. Diese Ausführungsform hat
den Vorteil, dass zur Aufnahme des Schlüssels kein Schlitz mehr vorhanden ist, der
sich, wie beispielsweise bei Fahrzeugen, verstopfen kann, insbesondere durch Eisbildung
im Kanal. Um entsprechend dem vorgängig beschriebenen Einstecken des Schlüssels
zu erreichen, dass der das Einschalten einer Stromquelle bewirkende Hauptschalter
erst dann magnetisch betätigt wird, wenn sich der Schlüssel im Kanal in seiner Endlage
befindet, kann bei der Ausführungsform mit dem offenen Kanal beispielsweise ein
Endabschnitt der Kanalwand nachgiebig ausgebildet sein, so dass der genannte Hauptschalter
tatsächlich nur dadurch betätigt wird, dass nach dem Einlegen des Schlüssels in
den Kanal auf denjenigen Schlüsselteil, der mit dem Permanentmagnet für den Hauptschalter
versehen ist, ein Druck ausgeübt wird, der diesen Permanentmagnet dem magnetisch
betätigbaren Hauptschalter annähert und den Hauptschalter dem Magnetfeld des genannten
Permanentmagnets aussetzt.
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