EP0583444B1 - Energieversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisches oder elektronisches Schloß, insbesondere Zylinderschloß, mit einem im Schloß angeordneten Generator für die Erzeugung elektrischer Energie, wobei am Gehäuse des Schlosses oder im Zylinder wenigstens eine Spule angeordnet ist und der Schlüssel weichmagnetische oder permanent-magnetische Teilbereiche aufweist, welche bei axialer Verschiebung im Schloß wenigstens einen Spalt eines wenigstens eine Spule tragenden Joches passieren.

Bisher bekannte elektronische Zylinderschloßsysteme erfordern für ihre Energieversorgung entweder einen Netzanschluß oder eine Stützbatterie. Der Einbau derartiger elektronischer zylinder, wie sie beispielsweise in der DE-A1 38 06 469 oder der DE-A1 37 07 284 beschrieben wurden, erfordert daher zusätzliche elektrische Installationen, um die Energieversorgung sicherzustellen. Neben dem mit derartigen zusätzlichen Installationen verbundenen höheren Aufwand und den höheren Kosten erhöht sich jedoch auch die Unsicherheit eines derartigen, von außen mit Energie versorgten Schlosses, da bei Ausfallen der Stromquelle in der Regel nur mehr auf ein mechanisches Notschließsystem zurückgegriffen werden kann.

Eine Energieversorgung mittels Batterien oder Akkumulatoren erfordert entsprechend große Batterien mit hoher Kapazität und entsprechender Wartung, da die Selbstentladung derartiger Batterien oder Akkumulatoren die Lebenserwartung und damit die Betriebssicherheit über lange Zeiträume hinweg begrenzt.

Aus der EP-A1-462 316 ist bereits ein Schließzylinder mit einer elektrischen Verriegelungseinrichtung bekanntgeworden, welcher als Doppelschließzylinder ausgebildet war und an einer Seite einen Drehknauf trägt. Bei diesem bekannten Doppelschließzylinder wurde durch Verdrehen des Drehknaufes elektrische Energie erzeugt, so daß bei diesem bekannten Schließzylinder auf eine zusätzliche Stromquelle verzichtet werden konnte. Die zur Entriegelung eines elektromagnetisch betätigbaren Sperrstiftes erforderliche Energie wurde durch ein- oder mehrmaliges Drehen des Drehknaufes und damit verbunden die Betätigung eines Generators erzeugt, wobei alternativ vorgeschlagen wurde, den Sperrstift in einer Weise anzuordnen, daß ein vorbestimmter Drehweg des Schlüssels ohne Blockade durch den elektromagnetisch betätigbaren Sperrstift möglich ist und somit dieser Teilweg der Drehbewegung eines Schlüssels gleichfalls zur Energieerzeugung herangezogen werden kann. Immer dann, wenn die elektrische Energie durch eine teilweise Verdrehung des Schlüssels im Schloß erzeugt werden sollte, bestand aber die Gefahr, daß der Schlüssel bei heftiger Drehbewegung mit dem elektromagnetisch entriegelbaren Sperrstift kollidiert, welcher ja erst nach vorbestimmem Drehweg ein Weiterdrehen des Schlüssels verhindern soll. Derartige schlagartige Scherbeanspruchungen des elektromagnetisch betätigbaren Sperrstiftes haben aber nun einen deutlichen Einfluß auf die Funktionssicherheit und Lebenserwartung des Sperrstiftes sowie des Schlüssels.

Die DE 32 08 818 C2 zeigt und beschreibt ein elektrisch entriegelbares Zylinderschloß, bei welchem die Antriebseinrichtung und Steuereinrichtungen an einen netzunabhängigen Speicher für elektrische Energie bzw. an einen netzunabhängig betreibbaren Generator angeschlossen sind. Die Antriebseinrichtung ist dabei als piezoelektrisches Wandlerelement ausgebildet.

Die EP 299 642 A1 zeigt und beschreibt eine Schließvorrichtung mit einem elektrischen Generator zur Umsetzung von mechanischer in elektrische Energie, welcher zur Versorgung einer elektronischen Steuerung sowie eines elektrostatisch aktivierten Sperrmechanismus dient.

Die EP 339 102 A1 zeigt und beschreibt eine Einrichtung zur Umsetzung von mechanischer Energie in elektrische für den Betrieb von Elektronik und Elektromechanik in elektromechanischen Verschlußeinrichtungen. Dabei erfolgt die Energieumsetzung von mechanischer in elektrische Energie mittels Druck auf Piezoxide durch Einschieben, Drehen bzw Herausziehen des Schlüssels.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Energieversorgungseinrichtung für elektronische Schlösser bereitzustellen, die auch langfristig einen sicheren und von Fremdversorgung autonomen Betrieb ermöglicht, wobei insbesondere bei der Betätigung eines derartigen Schlosses, welches in jedem Fall das Einschieben eines Schlüssels umfaßt, keine zusätzlichen Überlegungen angestellt werden müssen, in welcher Weise nun die geforderte Energie am günstigsten zur Verfügung gestellt werden soll. Es soll somit sichergestellt werden, daß nicht zusätzliche Bewegungen und Bedienungsschritte, wie beispielsweise ein ein- oder mehrmaliges teilweises Verdrehen eines Schlüssels, für die Funktion und Betriebssicherheit erforderlich sind. In jedem Fall soll die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung somit, ohne daß dies der Benützer besonders bemerkt, auf externe Energiequellen oder externe Energiespeicher verzichten können, um ein ausschließlich elektronisch kodiertes Schloß, insbesondere Zylinderschloß, realisieren zu können, welches auf das System schwächende mechanische Notsperren und externe Energiequellen verzichten kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung im wesentlichen darin, daß das Joch als halbkreisförmiger Bogen ausgebildet ist, an dessen Enden zur Achse des Bogens und des Gehäuses bzw. des Zylinders parallele, jeweils wenigstens eine Spule tragende Bereiche anschließen und daß die radial einwärts gerichteten Enden des Joches in einer von der Ebene des Bogens verschiedenen, von der Achse des Gehäuses bzw. des Zylinders durchsetzten Ebene liegen. Die von einem derartigen Generator erzeugbare technisch verwertbare Energie ist in hohem Maße von der Anzahl von Windungen bei gleichzeitig hinreichend großer Drahtstärke der Windungen abhängig, welche aus räumlichen Gründen jeweils gerade noch untergebracht werden können. Eine Verringerung der Drahtstärke erlaubt eine größere Anzahl von Windungen und damit die Erzielung höherer Spannungen, führt aber gleichzeitig zu geringeren Strömen. Dadurch, daß nun das Joch als halbkreisförmiger Bogen ausgebildet ist, an dessen Enden zur Achse des Bogens und des Zylinders parallele, jeweils wenigstens eine Spule tragende Bereiche anschließen und daß die radial einwärts gerichteten Enden des Joches in einer von der Ebene des Bogens verschiedenen, von der Achse des Zylinders durchsetzten Ebene liegen, wodurch hinreichend Platz geschaffen wird, auch entsprechend längere und entsprechend größere Windungszahl aufweisende Spulen unterzubringen, womit eine möglichst hohe Energie gewonnen werden kann. Es kann damit durch Einschieben bzw. Einstecken eines Schlüssels in Achsrichtung des Schlosses unmittelbar die erforderliche elektrische Energie erzeugt bzw. bereitgestellt werden, welche in der Folge für die Funktion des elektronischen bzw. elektronisch kodierten Schlosses sowie den Öffnungsmechanismus von wesentlicher Bedeutung ist. Dabei erfolgt eine Umsetzung einer lediglich translatorischen Bewegung des Schlüssels im Schloß in elektrische Energie, so daß keine zusätzlichen Handhabungsschritte erforderlich sind und die unmittelbare Einführbewegung des Schlüssels ausgenützt wird. Insbesondere kann eine derartige Einrichtung die erforderliche Mindestenergie zu dem Zeitpunkt sicherstellen, zu welchem sie tatsächlich benötigt wird.

Die radial einwärts gerichteten Enden des Joches, welche in einer von der Ebene des Bogens verschiedenen, von der Achse des Zylinders durchsetzten Ebene liegen, definieren den Spalt, welcher vom Schlüssel bei seiner Verschiebung in axialer Richtung des Zylinders in einer Weise durchsetzt wird, daß es zu der gewünschten Veränderung der magnetischen Eigenschaften im Spalt kommt.

Um eine möglichst hohe Energie zu gewinnen, ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß am halbkreisförmigen Bogen in Umfangsrichtung desselben verlaufende Spulen gewickelt sind.

Wenn eine Längskante des Schlüssels für die Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Spaltes wirksam werden soll, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß das Joch in der Längsmittelebene des Gehäuses angeordnet ist und in Achsrichtung des Gehäuses bzw. des Zylinders versetzt angeordnete freie Enden aufweist.

Wenn beispielsweise die elektrische Energie erst nach dem vollständigen Einschieben des Schlüssels in das Schloß benötigt wird, ist es in der Regel erforderlich, eine Speicherung der elektrischen Energie vorzunehmen, um diese Energie zum benötigten Zeitpunkt mit exakt definierten Parametern, wie beispielsweise konstanter Spannung oder konstanter Stromstärke zur Verfügung zu stellen, wofür mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß mit dem oder den Generator(en) ein Energiespeicher verbunden ist, wobei der elektrische Abgriff über einen Spannungsregler mit einer Entriegelungseinrichtung und/ oder einer Schlüssel-Erkennungslogik verbunden ist. Eine derartige Ausbildung hat vor allen Dingen bei Verwendung von Generatoren den Vorteil, daß die Spannung unabhängig von der Geschwindigkeit des Einsteckens des Schlüssels wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine Seitenansicht einer bekannten Ausführungsform eines Schlüssels zur Verwendung in einer Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisches oder elektronisches Schloß; Fig.2 einen Schnitt durch ein elektrisches oder elektronisches Schloß mit einer Energieversorgungseinrichtung nach Stand der Technik mit einem als Lineargenerator ausgebildeten Generator bei eingeführtem Schlüssel entsprechend der Ausbildung gemäß Fig.1; Fig.3 in einer zu Fig.1 analogen Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform eines Schlüssels; Fig.4 in einer zu Fig.2 analogen Darstellung ebenfalls einen Schnitt durch ein Schloß mit einer bekannten Energieversorgungseinrichtung mit einem als Lineargenerator ausgebildeten Generator; die Fig.5 und 6 zwei unterschiedliche Ausführungsformen von zylindersymmetrischen Permanentmagneten zum Einsatz in einem rotierenden Generator einer bekannten Energieversorgungseinrichtung; die Fig.7 in einer Explosionsdarstellung in Seitenansicht einen Schlüssel sowie die wesentlichen Bestandteile eines rotierenden Generators einer bekannten Energieversorgungseinrichtung; Fig.8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig.7; Fig.9 in einer zu Fig.7 ähnlichen Darstellung eine Explosionsansicht einer bekannten Ausführungsform eines rotierenden Generators einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung; Fig.10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig.9; Fig.11 ein Diagramm der in einem rotierenden Generator erzeugten Induktionsspannung; Fig.12 ein Schaltbild eines mit einem Generator einer Energieversorgungseinrichtung kombinierten induktiven Speichers; Fig.13 die Entladekurve für einen Speicher gemäß der Anordnung gemäß Fig.12; Fig.14 eine Entladekurve für einen kapazitiven Speicher; Fig.15 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung zur Spannungsumformung für einen Kondensatorspeicher; Fig.16 eine teilweise Seitenansicht eines Schlüssels und eines mit dem Schlüssel zusammenwirkenden mechanischen Betätigungsgliedes eines Generators einer bekannten Energieversorgungseinrichtung; Fig.17 einen Schnitt nach der Linie XVII-XVII der Fig.16, wobei zusätzlich die wesentlichen Bestandteile des verwendeten Lineargenerators dargestellt sind; Fig.18 in einer zu Fig.16 analogen Darstellung eine Ausbildung mit einem rotierenden Generator; Fig.19 einen Schnitt nach der Linie XIX-XIX der Fig.18, wobei wiederum analog zur Darstellung gemäß Fig.17 die wesentlichen Bestandteile des rotierenden Generators dargestellt sind; Fig.20 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles XX der Fig.18; Fig.21 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer bekannten Energieversorgungseinrichtung mit einem als Lineargenerator ausgebildeten Generator; Fig.22 einen Schnitt nach der Linie XXII-XXII der Fig.21, wobei Fig.21 einen Schnitt nach der Linie XXI-XXI der Fig.22 darstellt; Fig.23 in einer zu Fig.21 analogen Darstellung eine Ausführungsform einer bekannten Einrichtung, wobei der Lineargenerator unterhalb des Schlüssels in der Schloßachse angeordnet ist; Fig.24 einen Schnitt nach der Linie XXIV-XXIV der Fig.23, wobei Fig.23 einen Schnitt nach der Linie XXIII-XXII der Fig.24 darstellt; Fig.25 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer bekannten Energieversorgungseinrichtung, wobei Weicheisenteile des Generators bogenförmig im Gehäuse angeordnet sind; Fig.26 einen Schnitt nach der Linie XXVI-XXVI der Fig.25, wobei Fig.25 einen Schnitt nach der Linie XXV-XXV der Fig.26 darstellt; Fig.27 in einer zu Fig.25 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer bekannten Energieversorgungseinrichtung; Fig.28 einen Schnitt nach der Linie XXVIII-XXVIII der Fig.27, wobei Fig.27 einen Schnitt nach der Linie XXVII-XXVII der Fig.28 darstellt; und Fig.29 eine teilweise perspektivische Ansicht in vergrößerter Darstellung der Generatorbestandteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Bei einem elektronischen Schloß ist allgemein eine arithmetische Logikeinheit sowohl mit einer Kommunikationseinheit als auch mit einem Speicher sowie einem Entriegelungsschaltkreis verbunden. Für den gesamten Kreis muß eine entsprechende Stromversorgung vorgesehen sein, welche, wie nachfolgend an Hand der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele beschrieben, durch eine Umsetzung von mechanischer Bewegungsenergie in elektrische Energie durch Anordnung eines Generatorsystem im Bereich des Schlosses ermöglicht wird. Bei der Ausbildung gemäß den Fig.1 und 2 weist ein Schlüssel 1 aufmagnetisierte, permanentmagnetische Bereiche 2 auf.

Bei Einführen des Schlüssels 1 in einen Zylinder 3 eines Zylinderschlosses, dessen Gehäuse mit 4 bezeichnet ist, werden die Permanentmagnete 2 des Schlüssels 1 an im Zylinder 3 angeordneten weichmagnetischen Jochen 5 vorbeigeführt. Dabei kommt es zu einer Flußänderung im Gesamtsystem, dessen Feldlinien mit 6 angedeutet sind, wodurch eine Induktionsspannung in den Wicklungen der Spule 7 erzeugt wird. Es wird hiebei immer lediglich die Einführbewegung des Schlüssels in das Schloß zur Energieerzeugung herangezogen.

Für den in Fig.2 dargestellten Lineargenerator ergibt eine einfache Abschätzung der bei einem derartigen Vorgang prinzipiell erzeugbaren Energien: U = - dø/dt = - N.A.dB/dt

ø

.magnetischer Fluß; A...Fläche; B...magnetische Induktion;

N

.Zahl der Windungen der Induktionsspule; dø/dt...Flußänderung

Typische, technisch realisierbare Werte sind:
Magnetpillen 2 mit einem Durchmesser von 5 mm, bestehend aus hochwertigem Seltenen-Erd-anisotropen, gesinterten Permanentmagneten.
   A = 2.10^-5m²; B = 1T dB/dt = 10T/s, N = 10000

Daraus ergibt sich U - 2 V, wobei hier Streuflußverluste vernachlässigt wurden.

Die Energie kann gemaß der einfachen Formel: E = L.I2/2 L = µ0.µr.N2.AFe/I

µ_r

gescherte Permeabilität des Fe-Kernes,

A_Fe

Fläche des Eisenkerns,

I

Länge des Flußes im Fe-Kern,

abgeschätzt werden.

Für typische Werte (µ_r = 10; A_Fe = 2.10^-5m²; N = 10000; I = 5.10^-2m) ergibt sich für L = 0,5 H. Nimmt man nun kurzzeitig einen Stromfluß von 50 mA an, ergibt sich E - 1 mWs. Die tatsächlich verfügbare Leistung hängt wesentlich von der Zeitdauer des energieerzeugenden Vorganges ab.

Es sind beispielsweise bei der Ausbildung gemaß Fig.1 vier derartige Magnete 2 am Schlüssel untergebracht, wodurch sich die Energie noch um einen Faktor vier erhöhen läßt. Somit ergibt sich selbst bei einem Wirkungsgrad von nur 50 % der Anordnung eine noch ausreichende Energieversorgung.

In den Fig.3 und 4 ist eine zur Ausbildung der Fig.1 und 2 abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei am Schlüssel 1 weichmagnetische Bereiche 8 vorgesehen sind. Dementsprechend ist im Zylinder 3 wenigstens ein Permanentmagnet 9 vorgesehen, wobei wiederum beim Einführen des Schlüssels mit den weichmagnetischen Bereichen 8 der durch die Feldlinien 6 angedeutete Magnetkreis geschlossen wird und eine Flußänderung in den Wicklungen der Spule 7 erzeugt wird.

Die Vorteile der in den Fig.1 bis 4 und Fig.21 bis 29 dargestellten Ausführungsformen unter Verwendung eines Lineargenerators in einer Energieversorgungseinrichtung in einem elektrischen bzw. elektronischen Schloß liegen vor allem darin, daß außer dem Schlüssel keine mechanisch bewegten Teile vorzusehen sind, wodurch sich ein hohes Maß an Zuverlässigkeit ergibt. Weiters ist die Ausführungsform sehr klein realisierbar und kann somit jeder Schloß- und insbesondere jeder Zylinder- bzw. Schlüsselform angepaßt werden. Weiters ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß außer dem Schlüssel keine mechanisch bewegten Teile vorgesehen sind, eine insgesamt sehr robuste Ausführungsform.

Neben der Verwendung eines Lineargenerators zur Umsetzung von mechanischer Bewegungsenergie in elektrische Energie sind weiters sogenannte rotierende Generatoren bekannt. In diesem Fall werden ein oder mehrere möglichst reibungsarm gelagerte, zylindersymmetrische Permanentmagnete bei Einführen des Schlüssels in eine Rotationsbewegung versetzt. Derartige Permanentmagnete sind dabei in den Fig.5 und 6 dargestellt und mit 10 bezeichnet.

In Fig.7 ist wiederum ein Schlüssel 1 mit Permanentmagneten 11 ausgebildet, deren Magnetisierung in Fig.7 angedeutet ist, wobei bei Einführen des Schlüssels diese Permanentmagnete 11 als "Reibräder" für den (die) rotierbar gelagerten zylindersymmetrischen Permanentmagnet(e) 10 im Joch 12 des Generators vorbeigeführt werden, wobei eine Spule mit 13 angedeutet ist. Die Magnete 10 rotieren somit in dem weichmagnetischen Joch 12 und erzeugen eine Induktionsspannung in der Spule 13.

Die so erzeugbare Energie kann folgendermaßen abgeschätzt werden:

Die Amplitude der Induktionsspannung ist: U_ind = ω.A.B.N.

Mit realistischen Werten von ω = 2π100; A = 2.10^-5m²; B = 1T; N = 200 ergibt sich für U_ind = 2V. Dies bedeutet, daß ähnliche Energiewerte wie mit dem Lineargenerator gemäß der Ausbildung der Fig.1 bis 4 erreichbar sind. Auch hier können bei entsprechend kleinen Generatoren mehrere Systeme im nicht näher dargestellten Zylinder untergebracht werden.

Bei der Ausbildung gemäß den Fig.7 und 8 findet dabei ein "magnetisches Reibrad" Verwendung, wobei die Masse eines Schwungrades 14, wie es in Fig.8 dargestellt ist, über eine magnetische Kupplung mitgenommen wird, welche entsprechend magnetisiert sein muß. Die magnetische Kupplung wird dabei von einem Zusammenwirken der Permanentmagnete 10 und 11 gebildet. Das Schwungrad 14 sollte dabei eine entsprechend größere Masse aufweisen, damit es seine Drehzahl einige Zeit beibehält. Es funktioniert somit die in den Fig.7 und 8 dargestellte Ausführungsform nach dem Prinzip eines Schwungradgenerators, wobei eine in einer Schwungmasse gespeicherte Energie nach dem Grundsatz der Drehimpulserhaltung Verwendung findet.

In den Fig.9 und 10 ist eine zu der Ausbildung gemäß den Fig.7 und 8 abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei wiederum am Schlüssel 1 ein entsprechender Permanentmagnet 15 vorgesehen ist, welcher beim Einschieben in Richtung des Pfeiles 16 über die im Zusammenwirken mit dem rotierenden Permanentmagnet 10 gebildete magnetische Kupplung das Schwungrad bzw. die Schwungmasse 14 in Bewegung versetzt. Der Permanentmagnet 10 ist wiederum im Joch 12 gelagert, welchem weiters eine Spule 13 zugeordnet ist.

In Fig.11 ist schematisch die in einem rotierenden Generator erzeugbare Induktionsspannung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Die Vorteile eines rotierenden Generators liegen im allgemeinen in einem besseren Wirkungsgrad, wobei das Design eines derartigen Generators wohl bekannt ist. Weiters löst eine Konstruktion mit einem Schwungradgenerator, wie er in den Fig.7 bis 10 dargestellt ist, in einem gewissen Ausmaß auch das Problem der Energiespeicherung, auf welches nachfolgend noch eingegangen werden wird.

Wie am Beginn der Figurenbeschreibung kurz erläutert, wird die für den Betrieb eines elektrischen bzw. elektronischen Schlosses erforderliche Energie erst benötigt, wenn der Schlüssel in der Sendeposition ist, d.h. wenn er voll in das Schloß eingeführt ist. Bei den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Energie sowohl beim Lineargenerator als auch beim rotierenden Generator beim Einführen des Schlüssels erzeugt, wobei insbesondere beim Lineargenerator die erzeugte Spannung noch stark von der Geschwindigkeit beim Einführen des Schlüssels abhängig ist. Dies bedeutet, daß die zuerst erzeugte und erst in weiterer Folge benötigte Energie kurzzeitig zwischengespeichert werden muß, wobei Verluste hiebei möglichst zu vermeiden sind. Weiters ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß die Höhe der Induktionsspannung und somit der erzeugten verwertbaren Energie von der Einführgeschwindigkeit des Schlüssels abhängt, daß die verfügbare Spannung ohne weiteres um eine Größenordnung variieren kann. Derartige Schwankungen der Parameter bei der Energieversorgung einer elektronischen Schaltung sind jedoch nicht zulässig.

Als Speicher ist entweder ein induktives System geeignet, wie dies in den Fig.12 und 13 dargestellt ist, oder es kann auch ein System mit einem Kondensator Verwendung finden, wie dies in den Fig.14 und 15 dargestellt ist.

Im Falle eines induktiven Speichers ist die Entladekurve, wie sie in Fig.13 dargestellt ist, fast linear. In Fig.12 ist eine entsprechende Schaltung dargestellt, wobei ein Generator allgemein mit 17 und der induktive Speicher mit 18 bezeichnet ist. Die Last ist mit 19 bezeichnet und es sind weiters drei Schalter 20, 21 und 22 dargestellt.

Bei Verwendung eines Kondensatorspeichers ist im Gegensatz zu einem induktiven System die Entladekurve exponentiell, wie dies in Fig.14 dargestellt ist. Für eine entsprechend sichere Funktion würde man jedoch eine konstante Leistung bzw. Spannung benötigen. Eine Langzeitspeicherung von Energie ist für einen Kondensatorspeicher gelöst, wobei dies jedoch nicht für einen induktiven miniaturisierten Schwungradspeicher auf Grund der Reibungsprobleme gilt. Man braucht daher eine elektronische Schaltung, die aus der exponentiellen Entladekurve gemäß Fig.14 eine konstante Spannung zwischen beispielsweise 2 und 5 V ergibt. Eine mögliche Ausführungsform einer derartigen Schaltung ist dabei in Fig.15 dargestellt, wobei der erreichbare Wirkungsgrad jedoch nicht besser als 50 % sein wird. In Fig.15 ist mit 23 ein Generator bezeichnet, an welchen ein Gleichrichter 24 anschließt, welcher wiederum mit dem Kondensatorspeicher 25 verbunden ist. Über eine Spannungsregelung 26 erfolgt die Abgabe einer weitgehend konstanten Spannung an einen Verbraucher 27.

Neben einem elektrischen bzw. elektronischen Speichersystem, wie es in den Fig.12 bis 15 schematisch angedeutet wurde, ist jedoch auch ein mechanisches System denkbar, welches entsprechend vorgespannt wird, um zum richtigen Zeitpunkt, d.h. nach dem Einführen des Schlüssels eine konstante Flußänderung in einem Generator zu erzeugen. Auf diese Weise könnte man sich ein verlustreiches Regelsystem ersparen, wie dies beispielsweise in den Fig.12 und 15 dargestellt ist. Es soll somit ein Betätigungsglied eines Generators entweder durch das Einführen des Schlüssels vorgespannt werden und nach Erreichen einer Endposition des Schlüssels eine Auslösung erfolgen. Alternativ könnte durch mechanische Mittel eine Vorspannung eines entsprechenden mechanischen Speichers beispielsweise in Form einer Feder erfolgen, welche bei Erreichen der Sendeposition des Schlüssels ausgelöst wird. Ausführungsbeispiele dieser Art sind in den Fig.16 und 17 bzw. den Fig.18 bis 20 dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig.16 und 17 wirkt der Schlüssel 1 beim Einführen in Richtung des Pfeiles 28 mit einem Mitnehmer 29 eines Betätigungsgliedes 30 zusammen, auf welchem sich Permanentmagnete entsprechend der angedeuteten Polarität befinden. Das Betätigungsglied 30 wird gegen die Kraft einer Feder 31 bewegt, wobei mit 32 ein Auslöser bzw. Anschlag angedeutet ist. In voll eingeschobener Position des Schlüssels 1, d.h. bei Erreichen des Anschlages 32 durch den Mitnehmer 29, wird das Betätigungsglied 30 ausgeklinkt und entgegen der Einschubrichtung 28 des Schlüssels im Sinne des Pfeiles 33 bewegt. Die Permanentmagnete am Betätigungsglied 30 erzeugen eine Änderung der Feldlinien 34 im Joch 35, wodurch eine Induktionsspannung in der Spule 36 hervorgerufen wird. Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Permanent-magnete sowie entsprechende Wahl der Feder 31 erfolgt bei der Bewegung des Betätigungsgliedes 30 eine Erzeugung elektrischer Energie im gewünschten Ausmaß und zum gewünschten Zeitpunkt, so daß auf die in den vorangehenden Figuren dargestellten Regelungseinrichtungen verzichtet werden kann.

Neben der in den Fig.16 und 17 dargestellten Kombination eines Lineargenerators mit einem mechanischen Speicher kann eine ähnliche mechanische Speicherung auch bei einem System mit einem rotierenden Generator Verwendung finden, wie dies in den Fig.18 bis 20 dargestellt ist. Der Schlüssel 1 nimmt wiederum beim Einschieben in Richtung des Pfeiles 28 über einen Mitnehmer 29 ein Betätigungsglied 30 mit Permanentmagneten mit, wobei das Betätigungsglied 30 gegen eine Feder 31 bewegbar ist. Am Ende der Einschubbewegung ist wiederum ein Auslöser 32 vorgesehen. Bei Ausklinken des Betätigungsgliedes 30 und Bewegung entgegen der Einschubbewegung des Schlüssels erfolgt wie bei den rotierenden Generatoren gemäß den Ausbildungen der Fig.7 bis 10 eine Mitnahme jeweils eines rotierenden Permanentmagneten 37 über die mechanische Kopplung mit den Permanentmagneten am Betätigungsglied 30. Der rotierende Permanentmagnet 37 ist wiederum mit einem Schwungrad bzw. einer Schwungmasse 38 gekoppelt und es erfolgt durch den rotierenden Permanentmagnet 37 wiederum eine Feldanderung in einem Joch 39, wodurch in einer Spule 40 wiederum eine Induktionsspannung erzeugt wird. Auch in diesem Fall wird durch geeignete Wahl der Permanentmagnete sowie der Kraft der Feder zum richtigen Zeitpunkt, d.h. unmittelbar nach vollständigem Einschieben des Schlüssels, elektrische Energie in ausreichendem Maß und mit den gewünschten Parametern zur Verfügung gestellt.

In den Fig.21 und 22 ist ein wiederum mit 1 bezeichneter Schlüssel in dem Kern 3 des Schlosses aufnehmbar, wobei das Gehäuse wie bei vorangehenden Ausführungsformen wiederum mit 4 bezeichnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von jeweils einen Generator bildenden Einheiten hintereinander angeordnet, wobei die einzelnen Spulen jeweils mit 41 bezeichnet sind. Die Spulen 41 sind um Weichmagnetbereiche 42 angeordnet, wobei anschließend an die Weichmagnetbereiche 42 auch im Kern 3 Weichmagnetbereiche 43 vorgesehen sind, an welche permanent-magnetische Bereiche 44 anschließen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind am Schlüssel weichmagnetische Bereiche 45 vorgesehen, welche in Fig.21 lediglich schematisch angedeutet sind. Die Verschieberichtung des Schlüssels ist in Fig.21 mit 46 bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform ist der als Joch bezeichnete Bauteil 42 von jeweils weichmagnetischen U-förmigen Komponenten gebildet, welche im Schloßgehäuse 4 untergebracht sind. Das weichmagnetische Material soll hiebei eine möglichst hohe Sattigungsinduktion haben, wofür beispielsweise Fe-Si-Bleche eingesetzt werden können, welche auch im Zusammenhang mit Transformatoren verwendbar sind. Im Schloßgehause 4 oberhalb des Schlüssels werden auch die Induktionsspulen 41 angeordnet. Der magnetische Fluß wird im drehbaren Kern 3 des Schlosses, welcher beispielsweise aus unmagnetischem Material, wie Messing, Neusilber od.dgl., besteht, wieder durch die weichmagnetischen Bereiche 43 sowie die Permanent-Magnete 44 übertragen. Die Permanent-Magnete 44 bestehen aus höchstwertigem Material, wobei für die Anwendung eine möglichst hohe Induktion am Arbeitspunkt erforderlich ist. Es genügt die Anordnung eines Permanent-Magneten entweder im Bereich des Joches oder am Schlüssel, so daß die Bereiche 45 am Schlüssel auch als permanent-magnetische Bereiche ausgebildet sein können. Bei Anordnung von permanent-magnetischen Bereichen im Schlüssel treten in jedem Magnetkreis insgesamt vier Luftspalte auf, wobei für einen Minimierung der Verluste diese Luftspalte möglichst klein sein, und insbesondere unter 0,1 mm liegen sollten.

Bei der in den Fig.23 und 24 dargestellten abgewandelten Ausführungsform sind für gleiche Bauteile die Bezugszeichen der vorangehenden Ausführungsform beibehalten worden. Die Ausbildung gemäß den Fig.23 und 24 unterscheidet sich von der vorangehenden Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Generatoren und die Spulen unterhalb des eingeführten Schlüssels im Gehäuse 4 angeordnet sind.

Bei der Ausbildung gemaß den Fig.25 und 26 sind im Gehäuse 4 halbkreisförmige weichmagnetische Jochelemente 47 angeordnet, um welche die Induktionsspulen 48 gewickelt sind. An die bogenförmigen Bereiche 47 schließen sich normal auf die Zylinderachse 58 erstreckende radiale Bereiche 49 ebenfalls aus weichmagnetischem Material an, wobei bei dieser Ausführungsform der magnetische Kreis durch im Schlüssel 1 angeordnete Permanent-Magnete 50 geschlossen wird. Alternativ können auch im Bereich der den Magnetkreis schließenden radialen Elemente des Joches Permanent-Magnete angeordnet sein, wie dies mit 51 angedeutet ist. Durch Anordnung einer Mehrzahl von Permanent-Magneten 50 hintereinander im Schlüssel werden wiederum in den Induktionsspulen 48 elektrische Spannungen erzeugt. Insgesamt ergibt sich ein sehr geringer Platzbedarf im Zylinder und durch die radiale Anordnung eine geringere mechanische Belastung des Systems, wobei darüberhinaus mehrere Spannungspulse hintereinander möglich sind.

In den Fig.27 und 28 ist ein axialer mehrpoliger symmetrisch aufgebauter Generator dargestellt, welcher den Ausbildungen gemäß den Fig.21 bis 24 ähnlich ist. Die Induktionsspulen 41 verlaufen wiederum in axialer Richtung des Schlosses und es sind bei dieser Ausführungsform in radialer Richtung zu beiden Seiten des einzuführenden Schlüssels 1 sich in radialer Richtung erstreckende Jochelemente vorgesehen, wobei durch Bereiche 45 im Schlüssel beim Einführen des Schlüssels im Sinne des Pfeiles 46 wiederum ein Schließen des magnetischen Kreises erfolgt. Die Bereiche 45 des Schlüssels können wiederum aus permanent-magnetischem Material bestehen. Für den Fall, daß die Teilbereiche 45 des Schlüssel aus weichmagnetischem Material bestehen, sind wiederum schematisch permanent-magnetische Bereiche 44 im Bereich des Kernes 3 des Schlosses angedeutet.

In Fig.29 ist die erfindungsgemäße Ausführungsform der Energieversorgungseinrichtung dargestellt. Hiebei ist als Joch wiederum ein halbkreisförmiger Bogen 52 vorgesehen, an dessen Enden zur Achse des Bogens 52 parallele Bereiche 53 anschließen, welche jeweils von einer Spule 54 umgeben sind. Die radial einwärtsgerichteten Enden 55 des Joches erstrecken sich hiebei mitsamt den entsprechenden Bereichen 56 im Kern in einer von der Ebene des Bogens 52 verschiedenen Ebene. Zum Schließen des magnetischen Kreises weist ein einzuführender Schlüssel wiederum entweder permanent-magnetische oder weichmagnetische Teilbereiche 57 auf, wie dies schematisch in Fig.29 angedeutet ist. Durch die normal auf den Bogen 52 stehenden weichmagnetischen Schenkel 53 wird ausreichender Raum für die Induktionsspulen 54 zur Verfügung gestellt, um die magnetische Energie optimal in elektrische Energie umsetzen zu können. Durch die Anordnung der Induktionsspulen in der Längsachse des Zylinders gelingt eine optimale Nutzung des in einem Zylinder zur Verfügung stehenden Raumes für die Unterbringung eines Generators. Anstelle der permanent-magnetischen Bereiche 57 können im Schlüssel wiederum weichmagnetische Bereiche vorgesehen sein, wobei wie in den vorangehenden Ausführungsformen in den Bereichen 56 im Kern permanent-magnetische Bereiche vorgesehen sein müßten. Als Vorteil ergibt sich bei dieser Ausführungsform ein einfacher Aufbau bei großem Spulenraum und eine einpolige Anordnung, wodurch ein geringer Platzbedarf im Kern erforderlich ist. Weiters sind auch bei dieser Ausführungsform mehrere Spannungspulse hintereinander möglich.

Insgesamt läßt sich somit eine für elektronische Schlösser allgemein verwendbare Energieversorgung schaffen, welche langfristig einen sicheren und energieautarken Betrieb, d.h. ohne Zuhilfenahme einer externen Energieversorgung mittels Anschluß an einen Netzanschluß oder eine Batterie bzw. einen Akkumulator, ermöglicht. Es wird somit möglich, ein lediglich elektronisch kodiertes Schloß zu realisieren, ohne zusätzliche mechanische Notsperren vorzusehen.

Die vorgeschlagene Energieversorgungseinrichtung läßt sich ohne weiteres in Schlössern beliebiger Art und auch in Zylinderschlössern jeglicher Bauart unterbringen. Es gelingt mit einer derartigen Energieversorgungseinrichtung ohne weiteres, den für den Betrieb sowie die Freigabe des Schlosses erforderliche Mindestenergie von 200 mW auf jeden Fall aufzubringen. Weiters reicht die beim Sperrvorgang erzeugte mechanische Bewegungsenergie aus, um das Gesamtsystem mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei dies unabhängig von der Geschwindigkeit der Sperr- bzw. Schließbewegung möglich ist.

Claims (4)

1. Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisches oder elektronisches Schloß (3,4), insbesondere Zylinderschloß, mit einem im Schloß (3,4) angeordneten Generator für die Erzeugung elektrischer Energie, wobei am Gehäuse des Schlosses oder im Zylinder wenigstens eine Spule (7,13,36,40,41,48,54) angeordnet ist und der Schlüssel (1) weichmagnetische oder permanent-magnetische Teilbereiche (2,8,11,15,45,50,57) aufweist, welche bei axialer Verschiebung im Schloß wenigstens einen Spalt eines wenigstens eine Spule tragenden Joches (5,12,35,39,42, 43,44,49,52,53,55,56) passieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch als halbkreisförmiger Bogen (52) ausgebildet ist, an dessen Enden zur Achse des Bogens (52) und des Gehäuses bzw. des Zylinders parallele, jeweils wenigstens eine Spule (54) tragende Bereiche (53) anschließen und daß die radial einwärts gerichteten Enden (55,56) des Joches in einer von der Ebene des Bogens (52) verschiedenen, von der Achse des Gehäuses bzw. des Zylinders durchsetzten Ebene liegen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am halbkreisförmigen Bogen (47) in Umfangsrichtung desselben verlaufende Spulen (48) gewickelt sind.
3. Einrichtung Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (42) in der Längsmittelebene des Gehäuses angeordnet ist und in Achsrichtung des Gehäuses (4) bzw. des Zylinders versetzt angeordnete freie Enden (43,44) aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Generator ein Energiespeicher (25) verbunden ist, wobei der elektrische Abgriff über einen Spannungsregler (26) mit einer Entriegelungseinrichtung und/oder einer Schlüssel-Erkennungslogik verbunden ist.

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