EP0956413A1 - Verriegelungsvorrichtung - Google Patents

Verriegelungsvorrichtung

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EP0956413A1
EP0956413A1 EP97945712A EP97945712A EP0956413A1 EP 0956413 A1 EP0956413 A1 EP 0956413A1 EP 97945712 A EP97945712 A EP 97945712A EP 97945712 A EP97945712 A EP 97945712A EP 0956413 A1 EP0956413 A1 EP 0956413A1
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EP
European Patent Office
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electronically controlled
locking element
locking device
locking
rotor
Prior art date
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EP97945712A
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English (en)
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Otto Küng
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Dormakaba Schweiz AG
Original Assignee
Kaba Schliessysteme AG
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Publication date
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Publication of EP0956413B1 publication Critical patent/EP0956413B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a locking device according to the preamble of the first claim, which is particularly suitable for locking systems in buildings, vehicles, furniture, cash register cabinets, switch cabinets, key switches etc.
  • the invention also relates to a method for preventing opening of a locking device according to the preamble of a further independent patent claim.
  • Locking devices with mechanically and electronically controlled locking elements are known. They have all the properties of conventional purely mechanical locking devices. The additional electronically controlled locking system also allows you to activate and lock keys individually. With mechatronic locking devices, additional flexibility in the shooting organization can be achieved.
  • the electronically controlled locking system is based on data transmission between an electronic module on the key side and an electronic module on the lock side.
  • This data transmission can be done by touch - e.g. by means of electrical contacts on the key and lock - or without contact - for example by means of electromagnetic induction - take place; Data can be transferred in one or both directions.
  • the transmitted data in the lock-side electronic module is used to check whether the inserted key is authorized to access. If this is the case, a lock-side motor is activated, which moves an additional, electronically controlled locking element in such a way that it releases the SchHess cylinder.
  • Known mechatronic locking devices are particularly susceptible to the effects of vibrations and / or shocks or magnetic influences. Suitable external influences of this type make it possible to transfer the electronically controlled locking element from its locked position into the open position.
  • the electronically controlled locking can be opened with only mechanical and / or magnetic means, without having to insert a suitably electronically coded key.
  • a vibration of constant frequency could be applied from the outside to the closing device; when the frequency is selected appropriately, the electronically controlled blocking element starts to resonate and changes its position due to hardly predictable interactions with other elements.
  • Another unlocking effect can be achieved by hitting the locking device.
  • a pulse can also be composed of monochromatic vibrations, so that the vibration can be regarded as a special case of the stroke.
  • the object of the invention is to provide a mechatronic locking device which is resistant to external external influences, in particular to vibration and / or shock effects or magnetic effects, and which ensures reliable functioning.
  • the solution according to the invention is based on an analysis of the mechanical processes that take place when a locking element is opened due to vibrations and / or shocks.
  • the blocking element is preferably set in resonance oscillation, the necessary restoring forces being exerted by its attachment to the motor.
  • parasitic forces act intermittently on the blocking element and on the motor.
  • Mechanisms can now take effect which favor movement of the blocking element in one direction and hinder it in the opposite direction, in the manner of a council.
  • Such mechanisms can arise through asymmetrical damping, feedback from other vibrating elements, etc. They can cause the locking element to move in one direction during the external action, in the worst case towards the "exposure", i. H. towards the position in which it releases the locking cylinder.
  • a sufficiently large number of parasitic force surges is therefore sufficient to transfer the blocking element from its blocking position into the open position.
  • a critical force for example the maximum parasitic force occurring during a force surge
  • a moving mass on which a restoring force acts, forms an oscillator with at least one resonance frequency.
  • Such an oscillator can in turn be set into resonance vibrations by excitation with a suitable frequency, the amplitude of which - depending on the damping present - can become very large. Taking advantage of this effect, the locking device could undesirably be opened by external influences.
  • the locking device has at least one electronically controlled locking element, hereinafter simply called “locking element”, with at least one degree of freedom of movement.
  • locking element an electronically controlled locking element
  • a rotor and a stator of the locking cylinder can be mutually locked by this locking element. If the locking element is to lock the SchHess cylinder, it should be in a certain first position, hereinafter referred to as “locking position”. the. In a second position, hereinafter referred to as “free position", the locking element releases the SchHess cylinder.
  • the locking device according to the invention has drive means for exerting a worker on the locking element.
  • the blocking element can be reversibly transferred from the blocking position into the free position and vice versa by means of the worker.
  • the locking device has guide means which are connected to the drive means and uniquely determine the position of the locking element at least outside the exposure.
  • the locking device has back-control means which are connected on the one hand to a support which is immovable relative to the stator and on the other hand to the locking element.
  • the back control means exert a restoring force directed away from the free position on the locking element when the locking element is in a vicinity of the free position.
  • the locking element should lock in the vicinity of the exposure.
  • the blocking element can preferably have, in addition to the blocking position and the free position, a third excellent position, the "rest position", in which the back control means exert no force on the blocking element.
  • the rest position the locking element locks the SchHess cylinder.
  • the restoring means exert a restoring force directed away from the free position on the locking element when the locking element is between the free position and the rest position. and that the locking element in the rest position and in the positions between the rest position and the free position locks the SchHess cylinder.
  • the exposure is preferably arranged in such a way that the largest possible worker and / or the greatest possible distance, i. H. the greatest possible energy is required to transfer the blocking element from the rest position into the open position. Then it is practically impossible to open the locking device only with the action of vibration and / or shock, without actuating the drive means.
  • the drive means are capable of exerting a worker on the locking element which is greater than the respective restoring force.
  • the blocking position is arranged in such a way that the greatest possible distance is necessary to transfer the blocking element from the blocking position to the free position.
  • the blocking element can perform linear translations along a certain route
  • the free position is preferably at the first end of this route, the blocked position at the second end of the route and the rest position in the middle of the route.
  • the push-back force always acts towards the middle of the route, that is to say towards the rest position, where, according to the invention, the locking element is already locking.
  • the rest position can coincide with the blocking position or be completely absent.
  • the position of the locking element is clearly specified by guide means in order to avoid freely oscillating masses. ben. At least in an environment of the exposure, a backward control force is exerted on the blocking element which is opposite to the parasitic forces.
  • Fig. 2 is a force / displacement diagram for an inventive
  • Fig. 3 is a work / path diagram for an inventive
  • 15 and 16 show two different embodiments of a locking module with a locking device according to the invention in a perspective, partially disclosed view and
  • FIG. 17 shows a cross section through a collar of a locking module shown in FIG. 15 or 16.
  • forces F (x) are in each case applied to a locking element as a function of a spatial coordinate x along which the locking element can move.
  • x s a blocking position, ie the position of the blocking element which is provided for the blocking element when the blocking element blocks the SchHess cylinder, that is to say the rotor and the stator are mutually locked,
  • Xo is a rest position, ie the position of the locking element in which no locking force acts on the locking element in the locking device according to the invention.
  • the convention applies that positive forces F> 0 act in the positive x direction and negative forces F ⁇ 0 in the negative x direction.
  • FIG. 1 shows a force / displacement diagram for a locking device according to the prior art.
  • An undesired parasitic force F P > 0, which is directed towards the exposure x F now acts on the blocking element.
  • the parasitic force F P is, for example, a maximum force which acts on the blocking element when it is caused to resonate by external influences.
  • F P is independent of x.
  • the locking system counteracts the parasitic force F P with a maximum counterforce F G ⁇ 0.
  • then F ⁇ > 0. This means that the blocking element is accelerated towards exposure x F. In other words: if the external influence lasts only long enough, it can open the locking device.
  • FIG. 2 The situation in FIG. 2 is quite different, in which a force / displacement diagram for a locking device according to the invention is shown.
  • an additional restoring force F R (x) exerted by restoring means acts on the blocking element.
  • Hooke's law F R (x) kx, where k is a spring constant.
  • FIG. 3 shows the work W (x) which is necessary to move the locking element from a location x ⁇ x F to the exposure x F.
  • the curve W, (x) corresponds to the situation in FIG. 1, that is to say the prior art, where F ⁇ is independent of x.
  • the work W j (x) required for opening decreases linearly with x.
  • the curve W 2 (x) corresponds to the situation in FIG. 2, that is to say the invention, where F ⁇ depends linearly on x.
  • the work W 2 (x) required for opening depends quadratically on x.
  • FIGS. 2 and 3 show a special case because the rest position X Q lies in the middle between the blocked position x s and the free position x F. Of course, this does not have to be the case.
  • the locking device according to the invention could, for example, be designed such that the rest position X Q is beyond the blocking position x s , ie XQ ⁇ x s .
  • the reverse control force F R would be directed away from the clearance in the outer positions of the blocking element, ie F R (x ⁇ x F ) ⁇ 0.
  • the reversal point x, j in FIG. 2 would be at a greater distance from the exposure x F , and the difference between the required work Wj (x), W 2 (x) in Fig. 3 would be even greater.
  • Such an embodiment could therefore be advantageous.
  • FIG. 4 shows schematically part of a locking device according to the invention.
  • a SchHess cylinder 12 includes a rotor 1 and a stator 6 surrounding the rotor 1.
  • the rotor 1 is provided with a bore 11.1, with which a passage opening 11.2 of the stator 6 communicates.
  • a locking element 2 designed as a tumbler pin passes through the bore 11.1 and the passage opening 11.2 and is essentially movable in the radial direction x.
  • the rotor 1 is locked, ie the rotor 1 and the stator 6 are mutually locked by the locking element. This applies to all positions x ⁇ x F of the blocking element 2.
  • drive means 9 are shown schematically. These can exert a worker F A on the blocking element 2, by means of which the blocking element 2 can be reversibly transferred from the blocking position x s to the free position x F and vice versa.
  • Such drive means 9 can be configured as an electric motor, an electromagnet, etc. They are preferably operated electrically, their function being activated by inserting or withdrawing an access-authorized key (not shown in FIG. 4).
  • a battery (not shown) can be provided to supply energy to the drive means 9.
  • the reset means are connected on the one hand to a carrier 31 which is immovable relative to the stator 6 and on the other hand to the locking element 2. They exert a backward control force F R directed away from the level x F on the locking element 2 when the locking element 2 is located between the level x F and a rest position X Q.
  • Drive means 9 can act on the locking element 2 with a worker F A in order to transfer the locking element 2 in a controlled manner from the locking position x s to the free position x F or vice versa.
  • Guide means 5 are connected to the drive means 9. These guide the locking element 2 by uniquely determining its position. This prevents the blocking element 2 on the resetting means 3 from being set into resonance vibrations under the action of a vibration applied to the outside of the lock. In other words, free-swinging masses are avoided by the guide means 5.
  • FIGs 5 and 11-13 different embodiments of the locking device according to the invention are shown schematically. They differ mainly in their management tools.
  • FIG. 5 shows a first, preferred embodiment of the locking device according to the invention.
  • the locking element 2 is designed as a tumbler pin which can be moved essentially in the radial direction in a SchHess cylinder.
  • the blocking element 2 passes through a passage opening 11.2 of the stator 6 which communicates with a bore 11.1 of the rotor 1 and dips into the bore 11.1 in the blocked position. If, however, the end piece 21 of the tumbler pin 2 is further outside, completely in the stator 6, the rotor 1 can be rotated freely (provided that any mechanically controlled locking elements also release the rotor).
  • an electric motor 9 with a drive shaft 91 serves as the drive means.
  • the torque generated by the electric motor 9 and transmitted by the drive shaft 91 can be converted into the worker force F A required for the reversible movement of the tumbler pin 2. This conversion is accomplished by a thread 53, which is connected to the drive shaft in a rotationally fixed manner.
  • a force transmission means 4 is connected to the tumbler pin 2, by means of which the working force F A and / or the restoring force F R can be transmitted from the drive means 9 or from resetting means 3 to the tumbler pin 2.
  • the force transmission means 4 is designed, for example, as a lever. The connection between the tumbler pin 2 and the lever 4 can
  • the restoring means in this embodiment is a helical spring 3.
  • the helical spring 3 presses a first end 41 of the lever 4 against a carrier 31.
  • the lever 4 is rotatable (but not necessarily fixed in the pivot point P) about a pivot point P of the carrier 31, so that As a two-sided lever, it transmits the return force F R of the coil spring 3 to the tumbler pin 2.
  • a second, guided end 42 of the lever 4 is positively guided or held essentially without play by the thread 53 as a guide means.
  • the thread 53 is designed as a single-start external thread with a plurality of windings surrounding the drive shaft 91.
  • the guided end 42 of the lever 4 can be moved toward the first end 53.1 or the second end 53.2 of the thread 53.
  • the tumbler pin 2 is also moved radially by leverage; depending on its position, the rotor 1 is blocked or free with respect to the stator 6. 5, the tumbler pin 2 is drawn in a position in which it locks the rotor 1. If the thread 53 rotates in the direction indicated by an arrow 92, the tumbler pin essentially moves radially outward in the direction indicated by a arrow 23 against the exposure.
  • the thread 53 can continue to rotate both in the locked position and in the open position, without this having any consequences for the position of the tumbler pin 2; This has the advantage that the drive motor does not have to be switched off exactly when the respective end position is reached.
  • the guided end 42 of the lever 4 remains at the respective end 53.1, 53.2 of the thread 53 and carries out at most a small up and down movement during a thread revolution. If, however, the direction of rotation of the thread 53 or of the drive motor is reversed in such a position 53.1, 53.2, the guided end 42 of the lever 4 is forced back into the thread 53 by the reverse control force F R. In order to achieve this advantageous effect, the rest position must lie between the blocked position and the open position.
  • FIGS. 6, 7 and 8 show a perspective view of a drive motor 9, the thread 53 with its ends 53.1, 53.2, the drive wee 91 and the lever 4 with its guided end 42 of the embodiment from FIG. 5 in the rest position or cheerfully.
  • FIGS. 9 and 10 show details of variants of the embodiment of FIG. 5, namely slightly different ways of guiding the guided end 42 of the lever 4 along a thread.
  • the guided end 42 of the lever 4 does not engage directly in a thread, but is guided or held in a form-fitting manner by a groove 54.1 in a screw nut 54.
  • the screw nut 54 in turn is moved up and down by a corresponding screw thread 52.
  • the other elements of the locking device according to FIG. 6 can be designed and arranged in the same way as in FIG. 5.
  • the thread 53 is replaced by turns 53 'surrounding the drive shaft 91, which are connected to the drive shaft 91, for example, only at a first end 53.1' and a second end 53.2 '.
  • the windings 53 ' can be delimited, for example, by limits 51.1, 51.2 formed as plates.
  • FIG. 11 Another embodiment of the locking device according to the invention is shown in FIG. 11.
  • the lever 4 as a force transmission means is guided by a (shown in perspective) spiral 55 as a guide means by the second end 42 of the lever 4 being positively between the spiral windings takes hold.
  • the spiral 55 in turn is rotated by a motor (not shown) via a shaft 91.
  • the guided end 42 of the lever 4 In the locked position, the guided end 42 of the lever 4 is in the vicinity of the shaft 91. If the spiral 55 is rotated by the motor in the corresponding direction (indicated by an arrow 92), it pushes the guided end 42 of the lever 4 off the shaft 91 away to the outside. The exposure is reached after several engine revolutions.
  • the guided end 42 of the lever 4 In the open position, the guided end 42 of the lever 4 is located at the circumference of the spiral 55. Here, too, the rotation of the motor does not have to stop immediately when the desired position is reached.
  • the guide means for the lever 4 or the electronically controlled tumbler pin 2 are a gearwheel or pinion 56.1 with a gearwheel segment 56.2.
  • the gearwheel or pinion 56.1 is toothed with a gearwheel segment 56.2 fastened to the guided end 42 of the lever 4.
  • a motor (not shown in FIG. 12) drives the gear 56.1 via a shaft 91 and thus moves or controls the tumbler pin 2.
  • the ratio of gear 56.1 to gear segment 56.2 is preferably chosen to be large, so that several motor revolutions are necessary in order to to transfer the tumbler pin 2 from the locked position to the open position.
  • the guide means are a tension band or a tension wire 57.1, to which the guided end 42 of the lever 4 is fastened.
  • the tensioning band or the tensioning wire 57.1 is wound one or more times around a roller 57.2 and is forced by static friction to take part in rotations of the roller 57.2.
  • the roller 57.2 is driven by a motor (not shown) via a shaft 57.3.
  • the circumference of the roller 57.2 is preferably small compared to the length of the tension
  • the force transmission means 4 are themselves resilient, for example as a leaf spring.
  • the first end 41 of the lever 4 is firmly clamped in the carrier 31.
  • the leaf spring or the lever 4 acts simultaneously as a force transmission means and as a restoring means.
  • the restoring means of FIGS. 5, 11 or 12 designed as a helical spring.
  • FIG. 14 Such a variant is shown in FIG. 14.
  • the first end 41 of the lever 4 is firmly clamped in the carrier 31, and two coil springs 31, 3.2 act as a restoring means on the lever 4.
  • FIG. 15 shows a perspective, partially disclosed view of a first embodiment of a locking module 10 or part of a lock with a locking device according to the invention, installed in a door (not shown).
  • the locking module 10 has a double lock cylinder 12, a first part cylinder 12.1 being directed against a door outside 61 and a second part cylinder 12.2 pointing towards a door inside 62.
  • the first partial cylinder 12.1 contains a mechanical section 13.1 and an electronic section 13.2; these two sections 13.1, 13.2 can also merge into one another and do not have to be clearly delimited from one another.
  • a key opening 14 directed against an outside of the door 61 is provided in a rotor 1.
  • An electrical cable 16 connects the locking module 10 to an electronic module (not shown) on the lock side and is used for the electrical transmission of energy for actuating the drive means 9 and / or information. Between the first
  • CORRECTED SHEET (RULE 91) TeüzyHnder 12.1 and the second part cylinder 12.2 there is a lock beard 17 for actuating a (not shown) door lock.
  • a knob 18 can protrude from inside the door 62; in another variant, a key opening can also be provided on the inside of the door 62.
  • the lock can be protected with a lock plate 63 attached to the outside of the door 61.
  • the 15 also has a collar 15 in which the electronically controlled locking device according to the invention can be accommodated.
  • the electric motor 9 (indicated by dashed lines) is arranged on the circumference of the heating cylinder 12 and its drive mechanism 91 runs essentially perpendicular to the longitudinal direction of the heating cylinder 12.
  • the electric motor 9 ′ or 9 ′′ can be arranged in a web 19, for example in the area of the first partial cylinder 12.1 or the second partial cylinder 12.2. Then the electric motor 9 'or 9 "is also arranged on the circumference of the welding cylinder 12, but its drive means 91' or 91" are essentially parallel to the longitudinal direction of the SchHesszylinder 12.
  • a key 7 with a key head 73 and a key bit 75 can be inserted into the key opening 14. It contains, for example. on the key bit 75, electrical contacts 71 for data transmission from the key 7 into the electronic section 13.2 of the first partial cylinder 12.1. Any electronic components and / or integrated circuits 74 can, for example, be accommodated in the key bit 75 or in the key head 73.
  • the key sel 7 be provided with mechanical codes 72 on the key bit 75.
  • FIG. 16 shows an embodiment of a locking module 10 that is slightly different from FIG. 15.
  • the web 19 is only short, so that the locking module 10 corresponds to other installation standards.
  • FIG. 17 shows a cross section through the collar 15 from FIG. 15 or 16.
  • the embodiment of the locking device according to the invention shown in Fig. 15 corresponds essentially to that of Fig. 5.
  • the SchHess cylinder 12 consists of a stator 6 and a rotor 1 rotatably mounted therein.
  • An electronically controlled tumbler pin 2 is via a thread 53 acting as a guide means and a Lever 4 moved by an electric motor 9.
  • a gear train 93 with, for example, two intermeshing gear wheels 93.1, 93.2 is connected.
  • Such a gear train 93 can be advantageous if the thread 53 cannot be fastened directly to a drive shaft 91.1 of the electric motor 9 for geometric reasons, for example because of the limited space available, but has its own drive shaft 91.2. It can also adjust the force or speed of the electric motor 9 in a suitable manner for the thread 53.
  • the lever 4 serves as a force transmission means and is pressed at its non-guided end 41 with a helical spring 3 against the housing 31 of the shooting module 15.
  • the coil spring 3 serves as a restoring means.
  • the electronically controlled tumbler pin 2 is shown approximately in the rest position. In addition to the rest position, the lever 4 is also shown in dash-dot lines in the free position (4 ') and in an extreme position (4 ") outside the free position. In the free position, the tumbler pin 2 releases the rotor 1 with respect to the stator 6. The rotor then becomes 1 rotated, it presses the tumbler pin 2 provided with a conical end 2.1 further outwards, as a result of which the lever 4 reaches its extreme position (4 ").
  • At least one mechanically controlled tumbler pin 8, on which a prestressed pin spring 81 acts, can also be present in the SchHess cylinder 12.
  • the mechanically controlled tumbler pin 8 interacts with a corresponding mechanical coding 72 on a key 7 inserted into the SchHess cylinder 12.
  • several electronically controlled locking elements can be present.
  • the exercise of the work force for transferring the blocking element 2 from the blocking position into the free position is initiated by inserting a key 7 assigned to the SchHess cylinder 12 into the rotor 1 or a rotary movement in or with the rotor 1.
  • the exercise of labor is reversed to transfer the locking element 2 from the freage to the locked position is initiated by pulling the key out of the rotor 1.

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Abstract

Die Verriegelungsvorrichtung für einen Schliesszylinder (12) weist ein elektronisch gesteuertes Sperrelement (2) auf, welches in einer Sperrlage (xS) einen Rotor (1) gegenüber einem Stator (6) sperrt und in einer Freilage (xF) den Rotor (1) freigibt. Antriebsmittel (9) üben eine Arbeitskraft (FA) am Sperrelement (2) aus, mittels welcher das Sperrelement (2) reversibel von der Sperrlage (xS) in die Freilage (xF) und umgekehrt überführbar ist. Führungsmittel (52-57) sind mit den Antriebsmitteln (9) verbunden und bestimmen zumindest ausserhalb der Freilage (XF) die Lage des Sperrelementes (2) eindeutig. Rückstellmittel (3) üben eine von der Freilage (xF) weg gerichtete Rückstellkraft (FR) auf das Sperrelement (2) aus, wenn sich das Sperrelement (2) zwischen der Freilage (xF) und einer Ruhelage (x0) befindet. In der Ruhelage (x0) sowie in den Positionen zwischen der Ruhelage (x0) und der Freilage (xF) sperrt das Sperrelement den Rotor (1). Die Verriegelungsvorrichtung ist resistent gegen äussere, unerwünschte Vibrations- und/oder Schockeinwirkung oder Magneteinwirkung.

Description

VERRIEGELUNGSVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Nerriegelungsvorrichtung gemass Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, welche insbesondere für Schliesssysteme in Gebäuden, Fahrzeugen, Möbeln, Kassenschränken, Schaltschränken, Schlüsselschaltern etc. geeignet ist. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Verhindern eines Öffnens einer Vemegelungsvorrichtung gemäss Oberbegriff eines weiteren unabhängigen Patentanspruchs.
Verriegelungsvorrichtungen mit mechanisch und elektronisch gesteuerten Sperrelementen sind bekannt. Sie besitzen alle Eigenschaften von herkömmlichen rein mechanischen Verriegelungsvorrichtungen. Die zusätzliche elektronisch gesteuerte Verriegelung gewährt ausserdem die Möglichkeit, Schlüssel individuell zu aktivieren und zu sperren. Mit mechatronischen Verriegelungsvorrichtungen kann also zusätzliche Flexibilität in der Schüessorganisa- tion erreicht werden.
Die elektronisch gesteuerte Verriegelung basiert auf einer Datenübertragung zwischen einem schlüsselseitigen Elektronikmodul und einem schlosseitigen Elektronikmodul. Diese Datenübertragung kann durch Berührung - bspw. mittels elektrischer Kontakte an Schlüssel und Schloss - oder berührungslos - bspw. mittels elektromagnetischer Induktion - stattfinden; Daten können in nur eine oder in beide Richtungen übertragen werden. Im schlosseitigen Elektronikmodul wird anhand der übertragenen Daten überprüft, ob der eingesteckte Schlüssel zutrittsberechtigt ist. Wenn dies der Fall ist, so wird ein schlosseitiger Motor aktiviert, welcher ein zusätzliches, elektronisch gesteuertes Sperrelement derart bewegt, dass es den SchHesszylinder freigibt.
Bekannte mechatronische Verriegelungsvorrichtungen sind vor allen Dingen anfällig auf Vibrations- und/oder Schockeinwirkungen oder auf Magneteinwirkungen. Durch geeignete äussere Einwirkungen solcher Art ist es möglich, das elektronisch gesteuerte Sperrelement aus seiner Sperrlage in die Freilage überzuführen. So kann also die elektronisch gesteuerte Verriegelung mit bloss mechanischen und/oder magnetischen Mitteln geöffnet werden, ohne dass ein passend elektronisch kodierter Schlüssel eingeführt werden müsste. Zu diesem Zweck könnte eine Vibration konstanter Frequenz von aussen an der Schlies- seinrichtung angelegt werden; bei geeignet gewählter Frequenz gerät das elektronisch gesteuerte Sperrelement in Resonanzschwingung und verändert aufgrund von kaum voraussehbaren Wechselwirkungen mit anderen Elemen- ten seine Lage. Eine weitere Entsperrwirkung kann mit Schlägen auf die Schliesseinrichtung erzielt werden. Bekanntlich lässt sich auch ein Impuls aus monochromatischen Schwingungen zusammensetzen, so dass die Vibration als Spezialfall des Schlages betrachtet werden kann. Schwingungen bzw. Impulse breiten sich als Schallwellen im SchHesszylinder aus. Wegen der komplizierten inneren Struktur des Schliesszylinders ist ihre Ausbreitung und ihre Wirkung auf einzelne Elemente im SchHesszylinder kaum vorausberechenbar. Weitere äussere Beeinflussungen können mit magnetischen Kräften geschehen. Eine Umgehung der elektronisch gesteuerten Verriegelung durch äussere Fremdeinflüsse ist natürlich unerwünscht. Aufgabe der Erfindung ist es, eine mechatronische Verriegelungsvorrichtung zu schaffen, welche gegen äussere Fremdeinflüsse, insbesondere gegen Vibrations- und/oder Schockeinwirkungen oder Magneteinwirkungen, resistent ist und ein sicheres Funktionieren gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Verriegelunsvorrichtung und das Verfahren, wie sie durch die unabhängigen Patentansprüche definiert sind.
Der erfindungsgemässen Lösung Hegt eine Analyse der mechanischen Vorgänge zugrunde, die sich beim Öffnen eines Sperrelementes durch Vibrationsund/oder Schockeinwirkungen abspielen. Durch diese äusseren Einflüsse wird das Sperrelement vorzugsweise in Resonanzschwingung versetzt, wobei die nötigen Rückstellkräfte durch seine Befestigung am Motor ausgeübt werden. Bei der Resonanzschwingung wirken parasitäre Kräfte stossweise auf das Sperrelement und auf den Motor. Es können nun Mechanismen zur Wirkung gelangen, welche eine Bewegung des Sperrelementes in einer Richtung begünstigen und in die entgegengesetze Richtung behindern, in der Art einer Rät- sehe. Solche Mechanismen können durch asymmetrische Dämpfung, Rückkopplung von anderen schwingenden Elementen etc. entstehen. Sie können bewirken, dass sich das Sperrelement während der äusseren Einwirkung in eine Richtung bewegt, schlimmstenfalls zur "Freilage" hin, d. h. zu derjenigen Lage hin, in welcher es den SchliesszyHnder freigibt. Eine genügend grosse Anzahl parasitärer Kraftstösse genügt also, um das Sperrelement aus seiner Sperrlage in die Freilage überzuführen.
Um zu verhindern, dass die Verriegelungsvorrichtung auf diese Weise geöff- net werden kann, wird erfindungsgemäss wenigstens in einer Umgebung der Freilage eine zusätzliche Kraft, eine "Rückstellkraft", am Sperrelement ausgeübt, welche den parasitären Kräften entgegengesetzt ist. Ist diese zusätzliche Kraft betragsmässig grösser als eine kritische Kraft, bspw. als die maximale während eines Kraftstosses vorkommende parasitäre Kraft, so kann sich das Sperrelement nicht mehr unkontrolliert zur Freilage hin bewegen.
Die Ausübung einer Rückstellkraft am Sperrelement birgt aber auch eine zusätzliche Gefahr. Bekanntlich bildet eine beweghche Masse, auf welche eine Rückstellkraft wirkt, einen Oszillator mit mindestens einer Resonanzfrequenz. Ein solcher Oszillator kann wiederum durch Anregung mit geeigneter Frequenz in Resonanzschwingungen versetzt werden, deren Amplitude - je nach vorhandener Dämpfung - sehr gross werden kann. Unter Ausnützung dieses Effektes könnte die Verriegelungsvorrichtung unerwünschterweise durch äus- sere Einflüsse geöffnet werden.
Um dies zu verhindern, werden in der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung und im erfindungsgemässen Verfahren frei schwingende Massen möglichst vermieden. Zu diesem Zweck wird die Lage des Sperrelementes durch geeignete Führungsmittel eindeutig vorgegeben. So wird verhindert, dass die Masse des Sperrelementes in Resonanzschwingungen geraten kann.
Die erfϊndungsgemässe Verriegelungsvorrichtung weist mindestens ein elektronisch gesteuertes Sperrelement, im folgenden einfach "Sperrelement" genannt, mit mindestens einem Beweguπgsfreiheitsgrad auf. Durch dieses Sperrelement sind ein Rotor und ein Stator des Schliesszylinders gegenseitig verriegelbar. Wenn das Sperrelement den SchHesszylinder sperren soll, soll es sich in einer bestimmten ersten Lage, im folgenden "Sperrlage" genannt, befin- den. In einer zweiten Lage, im folgenden "Freilage" genannt, gibt das Sperrelement den SchHesszylinder frei.
Die erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung weist Antriebsmittel zum Ausüben einer Arbeitskraft am Sperrelement auf. Mittels der Arbeitskraft ist das Sperrelement reversibel von der Sperrlage in die Freilage und umgekehrt überführbar.
Weiter weist die erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung Führungsmittel auf, welche mit den Antriebsmitteln verbunden sind und zumindest ausserhalb der Freilage die Lage des Sperrelementes eindeutig bestimmen.
Ausserdem weist die erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung RücksteU- mittel auf, welche einerseits mit einem relativ zum Stator unbeweglichen Träger und andererseits mit dem Sperrelement verbunden sind. Die RücksteU- mittel üben eine von der Freilage weg gerichtete Rückstellkraft auf das Sper- relement aus, wenn sich das Sperrelement in einer Umgebung der Freilage befindet. Erfindungsgemäss soll das Sperrelement in der Umgebung der Freilage sperren.
Das Sperrelement kann vorzugsweise nebst der Sperrlage und der Freilage noch eine dritte ausgezeichnete Lage aufweisen, die "Ruhelage", in welcher die RücksteUmittel keine Kraft auf das Sperrelement ausüben. In der Ruhelage sperrt das Sperrelement den SchHesszylinder. Die Rückstellmittel üben eine von der Freilage weg gerichtete Rückstellkraft auf das Sperrelement aus, wenn sich das Sperrelement zwischen der Freilage und der Ruhelage befindet, und dass das Sperrelement in der Ruhelage sowie in den Positionen zwischen der Ruhelage und der Freilage sperrt den SchHesszylinder.
Die Freilage ist vorzugsweise derart angeordnet, dass eine mögHchst grosse Arbeitskraft und/oder ein möglichst grosser Weg, d. h. eine mögHchst grosse Energie, nötig ist, um das Sperrelement aus der Ruhelage in die Freilage überzuführen. Dann ist es praktisch unmögHch, die Verriegelungsvorrichtung nur mit Vibrations- und/oder Schockeinwirkung, ohne Betätigung der Ant- riebsmittel, zu öffnen. Die Antriebsmittel sind fähig, eine Arbeitskraft auf das Sperrelement auszuüben, die grosser als die jeweilige Rückstellkraft ist.
Die Resistenz gegen Vibrations- und/oder Schockeinwirkung wird zusätzUch erhöht, wenn die Sperrlage derart angeordnet ist, dass ein mögHchst grosser Weg nötig ist, um das Sperrelement aus der Sperrlage in die Freilage überzuführen. Wenn z. B. das Sperrelement lineare Translationen entlang einer bestimmten Strecke ausführen kann, so befindet sich vorzugsweise die Freilage am ersten Ende dieser Strecke, die Sperrlage am zweiten Ende der Strecke und die Ruhelage in der Mitte der Strecke. Die rücktreibende Kraft wirkt stets zur Mitte der Strecke, also zur Ruhelage hin, wo erfindungsgemäss das Sperrelement auch schon sperrt. In anderen Ausführungsformen kann aber auch die Ruhelage mit der Sperrlage zusammenfallen oder gänzlich fehlen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Verhindern eines Öffnens einer Vemegelungsvorrichtung durch parasitäre, durch Vibrations- und/oder Schockeinwirkung entstehende Kräfte wird zur Vermeidung frei schwingender Massen die Lage des Sperrelementes durch Führungsmittel eindeutig vorgege- ben. Wenigstens in einer Umgebung der Freilage wird eine RücksteUkraft am Sperrelement ausgeübt, welche den parasitären Kräften entgegengesetzt ist.
Im folgenden wird die erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung und zum Vergleich auch der Stand der Technik anhand der Figuren detailliert beschrieben. Dabei zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Kraft/Weg-Diagramm für eine Verriegelungsvor- richtung gemäss Stand der Technik,
Fig. 2 ein Kraft/Weg-Diagramm für eine erfindungsgemässe
Verriegelungsvorrichtung,
Fig. 3 ein Arbeit/Weg-Diagramm für eine erfindungsgemässe
Verriegelungsvorrichtung und für eine Verriegelungsvorrichtung gemäss Stand der Technik,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfin- dungsgemässen Verriegelungsvorrichtung,
Fig. 5 eine erste, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung,
Fig. 6-8 perspektivische Ansichten von Teilen der Ausführungsform von Fig. 5 in verschiedenen Lagen,
Fig. 9 und 10 zwei Varianten zur Ausführungsform von Fig. 5, Fig. 11-13 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen
Verriegelungsvorrichtung,
Fig. 14 ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfin- dungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 15 und 16 zwei verschiedene Ausführungsformen eines Schliess- moduls mit einer erfindugsgemässen Vemegelungsvorrichtung in einer perspektivischen, teilweise offeπge- legten Ansicht und
Fig. 17 einen Querschnitt durch einen Kragen eines in Fig. 15 oder 16 dargesteUten Schliessmoduls.
In den Figuren 1 und 2 sind jeweils Kräfte F(x) auf ein Sperrelement in Abhängigkeit einer Ortskoordinate x, entlang welcher sich das Sperrelement bewegen kann, aufgetragen. Dabei bezeichnet
xs eine Sperrlage, d. h. diejenige Lage des Sperrelementes, welche für das Sperrelement vorgesehen ist, wenn das Sperrelement den SchHesszylinder sperrt, also Rotor und Stator gegenseitig verriegelt,
xF eine Freilage, d. h. diejenige Lage des Sperrelementes, in welcher das Sperrelement den SchHesszylinder freigibt,
Xo eine Ruhelage, d. h. diejenige Lage des Sperrelementes, in welcher bei der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung keine RücksteUkraft auf das Sperrelement wirkt. Das Sperrelement soll den SchHesszylinder nur in der Freilage x = xF freigeben; in den Lagen x < xF, insbesondere auch für x = xs und x = soll es sperren. In den Figuren 1 und 2 gilt die Konvention, dass positive Kräfte F > 0 in positiver x-Richtung und negative Kräfte F < 0 in negativer x-Richtung wirken.
In Figur 1 ist ein Kraft/Weg-Diagramm für eine Verriegelungsvorrichtung gemäss Stand der Technik dargestellt. Auf das Sperrelement wirke nun eine unerwünschte parasitäre Kraft FP > 0, welche zur Freilage xF hin gerichtet ist. Die parasitäre Kraft FP ist bspw. eine maximale Kraft, welche auf das Sperrelement wirkt, wenn es durch äussere Einwirkung in Resonanzschwingung versetzt wird. In diesem Beispiel wird angenommen, dass FP von x unabhängig sei. Der parasitären Kraft FP wirkt das Verriegelungssystem mit einer maxi- malen Gegenkraft FG < 0 entgegen. Die resultierende Kraft auf das Sperrelement ist also F^ = FG + FP. Ist nun, wie im einfachen Beispiel von Fig. 1, FP > | FG | , so wird F∞ > 0. Dies bedeutet, dass das Sperrelement zur Freilage xF hin beschleunigt wird. Mit anderen Worten: Wenn die äussere Einwirkung nur genug lange anhält, so vermag sie die Verriegelungsvorrichtung zu öffnen.
Ganz anders sind die Verhältnisse in Figur 2, in welcher ein Kraft/Weg-Diagramm für eine erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung dargestellt ist. Gemäss der Erfindung wirkt eine zusätzliche, durch Rückstellmittel ausgeübte RücksteUkraft FR(x) auf das Sperrelement. Die RücksteUkraft FR(x) ist zur Ruhelage XQ hin gerichtet, d. h. FR(x<Xo) > 0, FR(x>Xg) < 0, und verschwindet in der Ruhelage, d. h. FR(x0) = 0. Im Beispiel von Fig. 2 gut das Hookesche Gesetz FR(x) = kx, wobei k eine Federkonstante ist. Die resultierende Kraft auf das Sperrelement beträgt nun F^ = FG + FP + FR. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass F^ nur bis zu einem Umkehφunkt xυ zur Freilage xF hin ge- richtet ist, d. h. Frcs(x<xu) > 0. Zwischen dem Umkehrpunkt xυ und der Freilage xF ist F^ von der Freilage xF weg gerichtet, d. h. Frcs(x>xu) < 0. Beim Anlegen einer parasitären Kraft FP bewegt sich das Sperrelement also höchstens bis zum Umkehrpunkt xυ, wo das Sperrelement den SchHesszylinder immer noch sperrt, und nicht weiter. Ein Öffnen der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung durch äussere Vibrations- und/oder Schockeinwirkungen ist demnach unmöglich.
Während in den Figuren 1 und 2 auf das Sperrelement wirkende Kräfte betrachtet wurden, zeigt Figur 3 die Arbeit W(x), die nötig ist, um das Sperrelement von einem Ort x < xF bis zur Freilage xF zu bewegen. Bezüglich der wirkenden Kräfte wurden dieselben Annahmen getroffen wie in den Figuren 1 bzw. 2. Die Kurve W,(x) entspricht der Situation von Fig. 1, also dem Stand der Technik, wo F^ von x unabhängig ist. In diesem Fall nimmt die zum Öffnen benötigte Arbeit Wj(x) linear mit x ab. Die Kurve W2(x) entspricht der Situation von Fig. 2, also der Erfindung, wo F^ linear von x abhängt. In diesem Fall hängt die zum Öffnen benötigte Arbeit W2(x) quadratisch von x ab. Die wichtigste Aussage von Fig. 3 ist, dass die zum Öffnen benötigte Ar- beit W(x) bei der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung grosser (oder höchstens gleich) ist als bei einer Verriegelungsvorrichtung gemäss Stand der Technik: W2(x) > W,(x) für xs < x < xF. Für gewisse x wird bei der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung eine zwei- bis dreimal so grosse Arbeit zum Öffnen benötigt wie bei bekannten Verriegelungsvorrichtungen. Dies zeigt, wie wirksam die Erfindung ein unerwünschtes Öffnen durch äussere Einflüsse verhindert. Sollte festgesteUt werden, dass die durch die Kurve W2(x) gegebene SchweUe für bestimmte parasitäre Kräfte zu niedrig ist, so kann die Kurve W2(x) durch geeignete Massnahmen weiter erhöht werden.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Spezialfall, weil die Ruhelage XQ in der Mitte zwischen der Sperrlage xs und der Freüage xF Hegt. Dies muss natüriich nicht so sein. Die erfindungsgemässe Verriegelungsvorrichtung könnte beispielsweise so konzipiert werden, dass sich die Ruhelage XQ jenseits der Sperr- läge xs befindet, d. h. XQ < xs. In diesem Fall wäre die RücksteUkraft FR in aUen Positionen des Sperrelementes von der Freüage weg gerichtet, d. h. FR(x<xF) < 0. Der Umkehφunkt x,j in Fig. 2 würde sich in noch grösserer Entfernung von der Freilage xF befinden, und die Differenz zwischen den benötigten Arbeiten Wj(x), W2(x) in Fig. 3 wäre noch grosser. Deshalb könnte eine solche Ausführungsform vorteilhaft sein.
Figur 4 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung. Ein SchHesszylinder 12 beinhaltet einen Rotor 1 und einen den Rotor 1 umgebenden Stator 6. Der Rotor 1 ist mit einer Bohrung 11.1 versehen, mit welcher eine Durchtrittssöffnung 11.2 des Stators 6 kommuniziert. Ein als Zuhaltungsstift ausgebildetes Sperrelement 2 durchsetzt die Bohrung 11.1 und die Durchtrittsöffnung 11.2 und ist im wesentlichen in radialer Richtung x bewegbar. Solange sich ein Endstück 21 des Sperrelementes 2 in der Bohrung 11.1 befindet, ist der Rotor 1 gespem, d. h. Rotor 1 und Stator 6 sind gegenseitig durch das Sperrelement verriegelt. Dies gilt für alle Positionen x < xF des Sperrelementes 2. Nur in einer Freilage xF befindet sich das Sperrelement 2 ausserhalb des Rotors 1, so dass der Rotor 1 gegenüber dem Stator 6 frei beweglich ist. Schematisch sind in Fig. 4 Antriebsmittel 9 eingezeichnet. Diese können eine Arbeitskraft FA am Sperrelement 2 ausüben, mittels welcher das Sperrelement 2 reversibel von der Sperrlage xs in die Freilage xF und umgekehrt überführbar ist. Solche Antriebsmittel 9 können bspw. als Elektromotor, als Elektromagnet etc. ausgebüdet sein. Sie werden vorzugsweise elektrisch betätigt, wobei ihre Funktion durch das Einstecken bzw. Herausziehen eines (in Fig. 4 nicht eingezeichneten) zutrittsberechtigten Schlüssels aktiviert wird. Zur Energieversorgung der Antriebsmittel 9 kann bspw. eine (nicht eingezeichnete) Batterie vorgesehen sein.
Eine Feder symboHsiert in Fig. 4 RücksteUmittel 3. Die Rückstellmittel sind einerseits mit einem relativ zum Stator 6 unbewegHchen Träger 31 und andererseits mit dem Sperrelement 2 verbunden. Sie üben eine von der Freüage xF weg gerichtete RücksteUkraft FR auf das Sperrelement 2 aus, wenn sich das Sperrelement 2 zwischen der Freüage xF und einer Ruhelage XQ befindet. Am Sperrelement 2 können Antriebsmittel 9 mit einer Arbeitskraft FA wirken, um das Sperrelement 2 kontrolliert von der Sperrlage xs in die Freilage xF oder umgekehrt überzuführen.
Mit den Antriebsmitteln 9 sind Führungsmittel 5 verbunden. Diese führen das Sperrelement 2, indem sie seine Lage eindeutig bestimmen. Dadurch wird verhindert, dass das Sperrelement 2 an den Rückstellmitteln 3 unter Einwir- kung einer von aussen am Schloss angelegten Vibration in Resonanzschwingungen versetzt werden kann. Mit anderen Worten: Durch die Führungsmittel 5 werden frei schwingende Massen vermieden. In den folgenden Figuren 5 und 11-13 sind schematisch verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung dargestellt. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre Führungsmittel.
Figur 5 zeigt eine erste, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung. Das Sperrelement 2 ist als Zuhaltungsstift ausgebildet, welcher in einem SchHesszylinder im wesentlichen in radialer Richtung bewegbar ist. Das Sperrelement 2 durchsetzt eine mit einer Bohrung 11.1 des Rotors 1 kommunizierende Durchtrittsöffnung 11.2 des Stators 6 und taucht in der Sperrlage in die Bohrung 11.1 ein. Wenn sich das Endstück 21 des Zuhaltungsstiftes 2 hingegen weiter aussen, vollständig im Stator 6, befindet, so ist der Rotor 1 ungehindert drehbar (vorausgesetzt, dass auch eventuelle mechanisch gesteuerte Sperrelemente den Rotor freigeben).
Als Antriebsmittel dient in dieser Ausführungsform ein Elektromotor 9 mit einer Antriebswelle 91. Das durch den Elektromotor 9 erzeugte und durch die Antriebswelle 91 übertragene Drehmoment ist in die für die reversible Bewe- gung des Zuhaltungsstiftes 2 benötigte Arbeitskraft FA umwandelbar. Diese Umwandlung wird durch ein Gewinde 53, welches drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, bewerkstelligt.
Mit dem Zuhaltungsstift 2 ist in diesem Beispiel ein Kraftübertragungsmittel 4 verbunden, durch welches die Arbeitskraft FA und/oder die RücksteUkraft FR von den Antriebsmitteln 9 bzw. von Rückstellmitteln 3 auf den Zuhaltungsstift 2 übertragbar ist. Das Kraftübertragungsmittel 4 ist bspw. als Hebel ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem Zuhaltungsstift 2 und dem Hebel 4 kann
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA / EP formschlüssig, bspw. mittels eines Loches 22 im Zuhaltungsstift 2, durch welches der Hebel 4 im wesentlichen senkrecht geführt ist, realisiert werden.
Das Rückstellmittel ist in dieser Ausführungsform eine Schraubenfeder 3. Die Schraubenfeder 3 drückt ein erstes Ende 41 des Hebels 4 an einen Träger 31. Der Hebel 4 ist um einen Drehpunkt P des Trägers 31 drehbar (aber nicht notwendigerweise im Drehpunkt P befestigt), so dass er als zweiseitiger Hebel die RücksteUkraft FR der Schraubenfeder 3 auf den Zuhaltungsstift 2 über- trägt.
Ein zweites, geführtes Ende 42 des Hebels 4 wird vom Gewinde 53 als Führungsmittel formschlüssig im wesentHchen ohne Spiel geführt bzw. gehalten. Das Gewinde 53 ist in dieser Ausführungsform als eingängiges Aussengewinde mit mehreren die Antriebswelle 91 umgebenden Windungen ausgebildet. Mittels Rotation des Gewindes 53 mit mehreren Umdrehungen kann das geführte Ende 42 des Hebels 4 zum ersten Ende 53.1 oder zum zweiten Ende 53.2 des Gewindes 53 hin bewegt werden. Entsprechend wird durch Hebelwirkung auch der Zuhaltungsstift 2 radial bewegt; je nach seiner Lage ist der Rotor 1 bezüglich des Stators 6 gesperrt oder frei. In Fig. 5 ist der Zuhaltungsstift 2 in einer Lage eingezeichnet, in welcher er den Rotor 1 sperrt. Dreht sich das Gewinde 53 in die mit einem Pfeil 92 bezeichnete Richtung, so bewegt sich der Zuhaltungsstift in die mit einem Pfeü 23 bezeichnete Richtung im wesent- Uchen radial nach aussen gegen die Freilage hin.
In Sperrlage befindet sich das geführte Ende 42 des Hebels 4 am ersten Ende
53.1 des Gewindes 53, und der Zuhaltungsstift 2 ist weit in den Rotor 1 hinein versenkt. In Ruhelage befindet sich das geführte Ende 42 des Hebels 4 in der Mitte des Gewindes 53, und der Zuhaltungsstift 2 blockiert immer noch den Rotor 1. In Freüage befindet sich das geführte Ende 42 des Hebels 4 am zweiten Ende 53.2 des Gewindes 53, und der Rotor 1 ist nun frei. Die Enden 53.1, 53.2 des Gewindes 53 sind also der Sperrlage bzw. der Freilage zugeord- net.
Sowohl in Sperr- als auch in Freilage kann sich das Gewinde 53 weiterdrehen, ohne dass dies irgendwelche Konsequenzen für die Lage des Zuhaltungsstiftes 2 hätte; dies hat den Vorteil, dass der Antriebsmotor nicht exakt beim Erreichen der jeweiligen Endlage abgestellt werden muss. Das geführte Ende 42 des Hebels 4 bleibt am jeweüigen Ende 53.1, 53.2 des Gewindes 53 und führt während einer Gewindeumdrehung höchstens eine kleine Auf- und Abbewe- gung aus. Wird jedoch die Drehrichtung des Gewindes 53 bzw. des Antriebs- motors in einer solchen Lage 53.1, 53.2 umgekehrt, so wird das geführte Ende 42 des Hebels 4 durch die RücksteUkraft FR wieder ins Gewinde 53 hineingezwungen. Um diese vorteilhafte Wirkung zu erzielen, muss die Ruhelage zwischen der Sperrlage und der Freilage liegen.
Durch äussere Vibrations- oder Schockeinwirkungen lässt sich zwar der Zuhaltungsstift 2 unter Umständen von der Sperrlage in die Ruhelage bringen; auch dann ist der Rotor 1 noch blockiert. Es ist aber bei der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung nicht möglich, den Zuhaltungsstift 2 durch Vi- brations- oder Schockeinwirkungen weiter aus der Ruhelage in die Freilage zu bringen, weil die Kraft FR der Rückstellmittel 3 einer solchen Bewegung rückstellend entgegenwirkt. Die RücksteUkraft FR ist sogar umso grosser, je weiter sich der Zuhaltungsstift 2 von der Ruhelage zur Freilage hin bewegt, was die Sicherheit noch erhöht. Die Figuren 6, 7 bzw. 8 zeigen in perspektivischer Ansicht einen Antriebsmotor 9, das Gewinde 53 mit seinen Enden 53.1, 53.2, die AntriebsweUe 91 und den Hebel 4 mit seinem geführten Ende 42 der Ausführungsform von Fig. 5 in Speπ age, in Ruhelage bzw. in Freüage.
Die Figuren 9 und 10 zeigen Details von Varianten der Ausführungsform von Fig. 5, nämlich leicht verschiedene Arten, das geführte Ende 42 des Hebels 4 entlang eines Gewindes zu führen.
In Figur 9 greift das geführte Ende 42 des Hebels 4 nicht direkt in ein Gewinde ein, sondern wird von einer Nut 54.1 in einer Schraubenmutter 54 formschlüssig geführt bzw. gehalten. Die Schraubenmutter 54 ihrerseits wird von einem entsprechenden Schraubengewinde 52 auf und ab bewegt. Die übrigen Elemente der Verriegelungsvorrichtung gemäss Fig. 6 können gleich gestaltet und angeordnet sein wie in Fig. 5.
In Figur 10 ist das Gewinde 53 durch die Antriebswelle 91 umgebende Windungen 53' ersetzt, welche mit der Antriebswelle 91 bspw. nur an einem ersten Ende 53.1' und einem zweiten Ende 53.2' verbunden sind. Die Windungen 53' können bspw. durch als Platten ausgebildete Begrenzungen 51.1, 51.2 begrenzt sein.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung zeigt Figur 11. Der Hebel 4 als Kraftübertragungsmittel wird von einer (perspektivisch dargestellten) Spirale 55 als Führungsmittel geführt, indem das zweite Ende 42 des Hebels 4 formschlüssig zwischen die Spiralwindungen greift. Die Spirale 55 ihrerseits wird über eine Welle 91 von einem (nicht eingezeichneten) Motor gedreht. In Sperrlage befindet sich das geführte Ende 42 des Hebels 4 in der Nähe der Welle 91. Wird die Spirale 55 vom Motor in der entsprechenden Richtung (angedeutet durch einen Pfeil 92) gedreht, so drückt sie das geführte Ende 42 des Hebels 4 von der Welle 91 weg nach aussen. Nach mehreren Motorumdrehungen wird die Freilage erreicht. In Freilage befindet sich das geführte Ende 42 des Hebels 4 am aussehen Umfang der Spirale 55. Auch hier muss die Drehung des Motors nicht sofort aufhören, wenn die jeweils angestrebte Lage erreicht ist.
In der Ausführungsform von Figur 12 sind die Führungsmittel für den Hebel 4 bzw. den elektronisch gesteuerten Zuhaltungsstift 2 ein Zahnrad bzw. Ritzel 56.1 mit einem Zahnradsegment 56.2. Das Zahnrad bzw. Ritzel 56.1 ist mit einem am geführten Ende 42 des Hebels 4 befestigten Zahnradsegment 56.2 verzahnt. Ein (in Fig. 12 nicht eingezeichneter) Motor treibt über eine Welle 91 das Zahnrad 56.1 an und bewegt bzw. kontrolliert somit den Zuhaltungsstift 2. Die Übersetzung von Zahnrad 56.1 zu Zahnradsegment 56.2 wird vorzugsweise gross gewählt, so dass mehrere Motorumdrehungen nötig sind, um den Zuhaltungsstift 2 von der Sperrlage in die Freilage überzuführen.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung ist schematisch in Figur 13 dargestellt. Hier sind die Führungsmittel ein Spannband bzw. ein Spanndraht 57.1, an dem das geführte Ende 42 des Hebels 4 befestigt ist. Das Spannband bzw. der Spanndraht 57.1 ist ein- oder mehrmals um eine Rolle 57.2 gewickelt und wird durch Haftreibung gezwungen, Rotationen der Rolle 57.2 mitzumachen. Die Rolle 57.2 wird über eine Welle 57.3 von einem (nicht eingezeichneten) Motor angetrieben. Der Um- fang der Rolle 57.2 wird vorzugsweise klein gegenüber der Länge des Spann-
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA / EP bandes bzw. des Spanndrahtes 57.1 gewählt, so dass mehrere Rollenumdrehungen nötig sind, um den Zuhaltungsstift 2 von der Sperrlage in die Freilage überzuführen.
In Fig. 13 sind die Kraftübertragungsmittel 4 selbst federnd, bspw. als Blattfeder, ausgebildet. Das erste Ende 41 des Hebels 4 ist fest im Träger 31 eingespannt. In diesem Fall wirkt die Blattfeder bzw. der Hebel 4 gleichzeitig als Kraftübertragungsmittel und als Rückstellmittel. Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser Ausführungsform mit der als Schraubenfeder ausgebildeten Rückstellmitteln der Figuren 5, 11 oder 12 möglich. Eine solche Variante zeigt Figur 14. Hier ist das erste Ende 41 des Hebels 4 fest im Träger 31 eingespannt, und es wirken zwei Schraubenfedern 31., 3.2 als Rückstellmittel auf den Hebel 4.
Figur 15 zeigt in einer perspektivischen, teilweise offengelegten Ansicht eine erste Ausführungsform eines Schliessmoduls 10 bzw. einen Teil eines Schlosses mit einer erfindugsgemässen Verriegelungsvorrichtung, eingebaut in einer (nicht eingezeichneten) Tür. Das Schliessmodul 10 weist einen doppelten SchHesszylinder 12 auf, wobei ein erster Teilzylinder 12.1 gegen eine Türaus- senseite 61 und ein zweiter Teilzylinder 12.2 gegen eine Türinnenseite 62 gerichtet ist. Der erste Teilzylinder 12.1 enthält einen mechanischen Abschnitt 13.1 und einen elektronischen Abschnitt 13.2; diese beiden Abschnitte 13.1, 13.2 können auch ineinander übergehen und müssen nicht klar voneinander abgegrenzt sein. In einem Rotor 1 ist eine gegen eine Türaussenseite 61 gerichtete Schlüsselöffnung 14 angebracht. Ein elektrisches Kabel 16 verbindet das Schliessmodul 10 mit einem (nicht eingezeichneten) schlosseitigen Elektronikmodul und dient der elektrischen Übertragung von Energie zur Betäti- gung der Antriebsmittel 9 und/oder von Information. Zwischen dem ersten
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) TeüzyHnder 12.1 und dem zweiten Teilzylinder 12.2 befindet sich ein Schliess- bart 17 zur Betätigung eines (nicht eingezeichneten) Türschlosses. Aus der Türinnenseite 62 kann bspw. ein Drehknopf 18 herausragen; in einer anderen Variante kann aber auch auf der Türinnenseite 62 mit einer Schlüsselöffnung versehen sein. Das Schloss kann mit einer auf der Türaussenseite 61 angebrachten Schlossplatte 63 geschützt sein.
Weiter weist das in Fig. 15 dargestellte SchHessmodul einen Kragen 15 auf, in welchem die erfindungsgemässe elektronisch gesteuerte Verriegelungsvorrichtung untergebracht sein kann. In dieser Variante ist der (gestrichelt angedeutete) Elektromotor 9 am Umfang des SchHesszylinders 12 angeordnet und seine AntriebsweUe 91 verläuft im wesentHchen senkrecht zur Längsrichtung des SchHesszylinders 12. In einer anderen Variante kann der Elektormotor 9' bzw. 9" in einem Steg 19, bspw. im Bereich des ersten Teilzylinders 12.1 bzw. des zweiten Teilzylinders 12.2, untergebracht sein. Dann ist der Elektromotor 9' bzw. 9" ebenfaUs am Umfang des SchHesszylinders 12 angeordnet, wobei aber seine AntriebsweUe 91' bzw. 91" im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des SchHesszylinders 12 verläuft. Einige Elemente der elektronisch ge- steuerten Verriegelungsvorrichtung sind der Einfachheit halber in Fig. 15 nicht eingezeichnet.
Ein Schlüssel 7 mit einem Schlüsselkopf 73 und einem Schlüsselbart 75 ist in die Schlüsselöffnung 14 einführbar. Er enthält, bspe. auf dem Schlüsselbart 75, elektrische Kontakte 71 zur Datenübertragung vom Schlüssel 7 in den elektronischen Abschnitt 13.2 des ersten Teilzylinders 12.1. Eventuelle elektronische Bauteile und/oder integrierte Schaltkreise 74 können bspw. im Schlüsselbart 75 oder im Schlüsselkopf 73 untergebracht sein. Weiter kann der Schlüs- sel 7 mit mechanischen Kodierungen 72 auf dem Schlüsselbart 75 versehen sein.
Figur 16 zeigt eine von Fig. 15 leicht verschiedene Ausführungsform eines Schliessmoduls 10. Hier ist der Steg 19 nur kurz, so dass das Schliessmodul 10 anderen Einbaunormen entspricht.
In Figur 17 ist ein Querschnitt durch den Kragen 15 von Fig. 15 oder 16 dargestellt. Die in Fig. 15 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Verriegelungsvorrichtung entspricht im wesentlichen derjenigen von Fig. 5. Der SchHesszylinder 12 besteht aus einem Stator 6 und einem darin drehbar gelagerten Rotor 1. Ein elektronisch gesteuerter Zuhaltungsstift 2 wird über ein als Führungsmittel wirkendes Gewinde 53 und einen Hebel 4 von einem Elektromotor 9 bewegt. Zwischen den Elektromotor 9 und das Gewinde 53 ist ein Zahnradvorgelege 93 mit bspw. zwei ineinandergreifenden Zahnrädern 93.1, 93.2 geschaltet. Ein solches Zahnradvorgelege 93 kann vorteilhaft sein, wenn das Gewinde 53 aus geometrischen Gründen, bspw. wegen engen Platz- Verhältnissen, nicht direkt an einer AntriebsweUe 91.1 des Elektromotors 9 befestigt werden kann, sondern eine eigene Antriebswelle 91.2 hat. Es kann auch Kraft bzw. Drehzahl des Elektromotors 9 in für das Gewinde 53 geeigneter Weise anpassen.
Der Hebel 4 dient als Kraftübertragungsmittel und ist an seinem nicht geführten Ende 41 mit einer Schraubenfeder 3 an das Gehäuse 31 des Schüess- moduls 15 angedrückt. Die Schraubenfeder 3 dient als Rückstellmittel. Der elektronisch gesteuerte Zuhaltungsstift 2 ist etwa in der Ruhelage einge- zeichnet. Der Hebel 4 ist ausser in der Ruhelage strichpunktiert auch in der Freilage (4') und in einer Extremlage (4") ausserhalb der Freüage eingezeichnet. In der Freilage gibt der Zuhaltungsstift 2 den Rotor 1 gegenüber dem Stator 6 frei. Wird dann der Rotor 1 gedreht, so drückt er den mit einem kegelförmigen Ende 2.1 versehenen Zuhaltungsstift 2 noch weiter nach aussen, wodurch der Hebel 4 seine Extremlage (4") erreicht. In dieser Extremlage befindet sich das zweite Ende 42 des Hebels 4 in einer Entfernung vom Gewinde 53, so dass das Gewinde 53 das Ende 42 nicht greifen kann, faüs der Elektromotor 9 das Gewinde 53 in Rotation versetzen soUte. Durch diesen Aufbau wird die Fehlfunktion vermieden, bei welcher zwar das zweite Ende 42 des hebeis 4 vom Gewinde 53 zum ersten Gewindeende 53.1 geführt würde, der Rotor 1 aber in einer Lage wäre, die es dem Zuhaltungsstift 2 nicht erlauben würde, in die Bohrung 11.1 einzutauchen und so der Bewegung des Hebels 4 zu folgen.
Im SchHesszylinder 12 kann auch mindestens ein mechanisch gesteuerter Zuhaltungsstift 8 vorhanden sein, auf welchen eine vorgespannte Stiftfeder 81 wirkt. Der mechanisch gesteuerte Zuhaltungsstift 8 spielt mit einer entspre- chenden mechanischen Kodierung 72 auf einem in den SchHesszylinder 12 eingeschobenen Schlüssel 7 zusammen. Selbstverständlich können mehrere mechanisch gesteuerte Zuhaltungsstifte vorhanden sein. Ebenso können mehrere elektronisch gesteuerte Sperrelemente vorhanden sein.
Das Ausüben der Arbeitskraft zur Überführung des Sperrelementes 2 von der Sperrlage in die Freilage wird durch ein Einschieben eines dem SchHesszylinder 12 zugeordneten Schlüssels 7 in den Rotor 1 oder eine Drehbewegung in bzw. mit dem Rotor 1 initiiert. Umgekehrt wird das Ausüben der Arbeitskraft zur Überführung des Sperrelementes 2 von der Freüage in die Sperrlage wird durch Herauszeihen des Schlüssels aus dem Rotor 1 initiiert.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verriegelungsvorrichtung für einen einen Rotor (1) und einen Stator (6) beinhaltenden SchHesszylinder (12), mit mindestens einem elektronisch gesteuerten Sperrelement (2), durch welches der Rotor (1) und der Stator (6) gegenseitig verriegelbar sind, wobei das elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) mindestens einen
Bewegungsfreiheitsgrad (x) aufweist, in einer Sperrlage (xs) den Rotor (1) gegenüber dem Stator (6) sperrt und in einer Freüage (xF) den Rotor (1) freigibt, mit Antriebsmitteln (9) zum Ausüben einer Arbeitskraft (F^ am rninde- stens einen elektronisch gesteuerten Sperrelement (2), mittels welcher
Arbeitskraft (FA) das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) reversibel von der Sperrlage (xs) in die Freilage (xF) und umgekehrt überführbar ist, mit Führungsmitteln (52-57), welche mit den Antriebsmitteln (9) verbun- den sind und zumindest ausserhalb der Freilage (xF) die Lage des mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelementes (2) eindeutig bestimmen, und mit Rückstellmitteln (3), welche einerseits mit einem relativ zum Stator (6) unbewegUchen Träger (31) und andererseits mit dem mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelement (2) verbunden sind und eine von der Freüage (xF) weg gerichtete RücksteUkraft (FR) auf das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) ausüben, wenn sich das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) in einer Umgebung der Freüage (xF) befindet, wobei das mindestens eine elektro- nisch gesteuerte Sperrelement (2) in der Umgebung der Freilage (xF) sperrt.
2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) eine Ruhelage (XQ) aufweist, in welcher die Rückstellmittel (3) keine Kraft auf das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) ausüben und in welcher das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) den SchHesszylinder (12) sperrt.
3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmittel (3) eine von der Freüage (xF) weg gerichtete Rück- stellkraft (FR) auf das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) ausüben, wenn sich das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) zwischen der Freilage (xF) und der Ruhelage (XQ) befindet, und dass das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) in der Ruhelage (XQ) sowie in den Positionen zwischen der Ruhelage (XQ) und der Freilage (xF) den SchHesszylinder (12) sperrt.
4. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrele- ment (2) eine mit einer Bohrung (11.1) des Rotors (1) kommunizierende
Durchtrittsöffnung (11.2) des Stators (6) durchsetzt und in der Sperrlage (xs) in die Bohrung (11) eintaucht.
5. Vemegelungsvorrichtung nach einem der Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) als Zuhaltungsstift ausgebüdet ist, welcher im wesentlichen radial im SchHesszylinder (12) bewegbar ist.
6. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel als Elektromotor (9) mit einer AntriebsweUe (91) ausgebildet sind, deren Drehmoment in die für die reversible Bewegung des mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelementes (2) benötigte Arbeitskraft (F^ umwandelbar ist.
7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) am Umfang des SchHesszylinders (12) angeordnet ist und seine Antriebswelle (91) im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des SchHesszylinders (12) verläuft.
8. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) am Umfang des SchHesszylinders (12) angeordnet ist und seine Antriebswelle (91) im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des SchHesszylinders (12) verläuft.
9. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel als Gewinde (53) oder Windungen (53'), als Schraubengewinde (52) mit entsprechender Schraubenmutter (54), als Spirale (55), als Zahnrad bzw. Ritzel (56.1) oder als Spannband bzw. Spanndraht (57.1) ausgebildet sind.
10. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel als Gewinde (53) oder Windungen (53') mit mehreren die Antriebswelle (91) umgebenden Windungen ausgebildet sind und dass die Enden (53.1, 53.2) des Gewindes (53) oder der Windungen (53') der
Sperrlage (xs) bzw. der Freilage (xF) zugeordnet sind.
11. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch Kraftübertragungsmittel (4), welche mit dem mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelement (2) verbunden sind und durch welche die Arbeitskraft (FA) und/oder die RücksteUkraft (FR) von den Antriebsmitteln (9) bzw. von den Rückstellmitteln (3) auf das mindestens eine elektronisch gesteuerte Sperrelement (2) übertragbar ist.
12. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel als Hebel (4) ausgebildet sind, wobei ein Ende (42) des Hebels (4) von den Führungsmitteln (52-57) geführt ist.
13. Verriegelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (42) des Hebels (4) im wesentHchen ohne Spiel zwischen zwei Windungen des Gewindes (53) oder der Windungen (53') geführt ist.
14. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel (4) federnd ausgebildet sind und als Rückstellmittel (3) wirken.
15. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als mindestens eine Schraubenfeder (3) ausgebü- dete Rückstellmittel aufweist.
16. Verriegelungsvorrichmng nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Antriebsmitteln (9) und den Führungsmitteln (52-57) ein Zahnradvorgelege (93) geschaltet ist.
17. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, gekennzeichnet durch mindestens ein mechanisch gesteuertes Sperrelement (8).
18. Verriegelungsvorrichmng nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausüben der Arbeitskraft (FA) durch die Antriebsmittel (9) zur Überführung des mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelementes (2) von der Sperrlage (xs) in die Freilage (xF) durch ein Einschieben eines dem SchHesszylinder (12) zugeordneten Schlüssels (7) in den Rotor (1) oder eine Drehbewegung in bzw. mit dem Rotor (1) und zur Überführung des mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelementes (2) von der Freilage (xF) in die Sperrlage (xs) durch Herausziehen des Schlüssels (7) aus dem Rotor (1) initiierbar ist.
19. Verfahren zum Verhindern eines Öffnens einer Verriegelungsvorrichtung durch parasitäre, durch Vibrations- und/oder Schockeinwirkung oder Magneteinwirkung entstehende Kräfte (FP), ausführbar mit einer Vor- richtung nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung frei schwingender Massen die Lage des mindestens einen elektronisch gesteuerten Sperrelementes (2) durch Führungsmittel (52-57) eindeutig vorgegeben wird und dass wenigstens in einer Umgebung der Freüage (xF) eine RücksteUkraft (FR) am mindestens emen elektronisch gesteuerten Sperrelement (2) ausgeübt wird, welche den parasitären Kräften (FP) entgegengesetzt ist.
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