EP3274527A1 - Schloss oder fenster- oder türbeschlag - Google Patents

Schloss oder fenster- oder türbeschlag

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EP3274527A1
EP3274527A1 EP16718997.6A EP16718997A EP3274527A1 EP 3274527 A1 EP3274527 A1 EP 3274527A1 EP 16718997 A EP16718997 A EP 16718997A EP 3274527 A1 EP3274527 A1 EP 3274527A1
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EP
European Patent Office
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coil
window
lock
door
state
Prior art date
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Application number
EP16718997.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3274527B1 (de
Inventor
Christoph Wurm
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Dormakaba Schweiz AG
Original Assignee
Dormakaba Austria GmbH
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Publication date
Application filed by Dormakaba Austria GmbH filed Critical Dormakaba Austria GmbH
Publication of EP3274527A1 publication Critical patent/EP3274527A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3274527B1 publication Critical patent/EP3274527B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B41/00—Locks with visible indication as to whether the lock is locked or unlocked
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B47/00—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means
    • E05B47/0046—Electric or magnetic means in the striker or on the frame; Operating or controlling the striker plate
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B17/00—Accessories in connection with locks
    • E05B17/22—Means for operating or controlling lock or fastening device accessories, i.e. other than the fastening members, e.g. switches, indicators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B47/00—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means
    • E05B2047/0048—Circuits, feeding, monitoring
    • E05B2047/0067—Monitoring
    • E05B2047/0068—Door closed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B47/00—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means
    • E05B2047/0048—Circuits, feeding, monitoring
    • E05B2047/0067—Monitoring
    • E05B2047/0069—Monitoring bolt position

Definitions

  • the present invention relates to a lock, in particular mortise lock, or a window or door fitting with a forend, a strike plate, a locking element which is extendable through an opening of the forend into an opening of the striking plate, as well as with a device for detecting the state of the locking element by means of a coil; the coil can be arranged around the opening of the striking plate.
  • the invention further relates to a method for determining the state of the locking element and the window or door state with such a lock or window or door fitting.
  • locking element is meant not only bolts and bolts, but also traps, i. all elements that can be extended out of the forend and then engage in the striking plate so that the door or window is fixed in the closed position.
  • Locks with which one can detect the door status ie "open” or "closed" are known, see for example the DE 202011108234 U .
  • a button which is coupled to a magnet holder, wherein by means of Hall sensors, the position of the magnet is detected. The button is pressed when closing the door by the strike plate into the interior of the castle, which also shifts the magnet, which can be detected by means of the Hall sensors.
  • locks are known with which one can detect the locking state, ie "locked” or “unlocked”, see for example the DE 102009046060 A , It is located there sunk in a bar a magnet whose position is in turn detected by magneto-sensitive sensors.
  • a lock of the type mentioned is out DE 19500054 C known.
  • the coil is arranged behind the strike plate. It is obvious that with this arrangement the position of the door (the forend) can not have a noticeable influence on the coil. According to this document, only the bar state, ie "locked” or "unlocked” detected.
  • a lock or a window or door fitting of the aforementioned type according to the invention that for additional detection of the window or door state - when the coil is arranged around the opening of the strike plate - the coil on the strike plate, on the Outside, is arranged; or otherwise the bobbin on the forend, on the outside and around the opening, is arranged.
  • a coil on the forend or on the strike plate necessary.
  • Such coils can be printed on a film, preferably a self-adhesive Flexprint, so they are very thin to produce, so that the outer dimensions of the lock (Stulpdicke) or the thickness of the strike plate hardly change.
  • the present invention can therefore also be retrofitted to existing locks or window and door fittings.
  • a measuring device for measuring the impedance of the coil while it is acted upon by an AC signal or an AC signal.
  • the forend or the strike plate is thickened only by the thickness of a coil. It has been found that the impedance of the coil changes when the bolt is extended and retracted, and to a lesser extent when the strike plate (by closing the door) comes in the area of the coil.
  • the method for determining the state of the locking element and the window or door condition with such a lock or window or door fitting is performed by applying an AC signal to the coil, determining the impedance of the coil and comparing it with predetermined values.
  • the reliability of the determination of the state of the locking element and the window or door state can be significantly increased by successively applying signals of different frequency to the coil, determining the impedance at these different frequencies and comparing them with predetermined values. If you e.g. Measuring at three frequencies and closes the bar state and possibly the door state of each measurement, one can make a majority decision with different results. On the other hand, it is often the case that two states at a certain frequency provide very similar measured values and thus can hardly be distinguished, so that for this reason alone a measurement at different frequencies is indicated.
  • the power consumption increases as compared to a single measurement, which is unfavorable especially in battery operation.
  • the height is not essential (for example, if you foresee a corresponding depression on the forend or on the strike plate)
  • the induced voltage changes more clearly than the impedance, especially when the door state changes. In this way, measurements at different frequencies can be avoided, which can minimize power consumption.
  • the reliability can be further increased if a further receiving coil is provided, so that a receiving coil is disposed on both sides of the transmitting coil, and if a measuring device is provided for measuring the difference of the induced voltages in the two receiving coils, while the transmitting coil with a AC voltage is applied.
  • the method for determining the state of the locking element and the window or door state with such a lock or window or door fitting is performed by applying an AC signal to the transmitting coil, the voltage in the receiving coil and the differential voltage of the two, respectively Measures receiver coils and compares them with specified values.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a mortise lock according to the invention in the region of the bolt; 2 shows the forend of this mortise lock in the region of the bolt in plan view; Fig. 3 shows a circuit for determining the impedance; FIG. 4 shows two signals V 1 and V 2 from the circuit according to FIG. 3; FIG. FIG. 5 shows the measured inductance (frequency-dependent) for ferromagnetic bar and ferromagnetic strike plate; FIG.
  • FIG. 6 shows the measured resistance (frequency-dependent) for ferromagnetic bar and ferromagnetic strike plate; 7 shows the measured inductance (frequency-dependent) for non-ferromagnetic bar and non-ferromagnetic strike plate; 8 shows the measured resistance (frequency-dependent) with non-ferromagnetic bar and non-ferromagnetic strike plate; Fig. 9 shows symbolically a second embodiment of the present invention with a transmitting and two receiving coils; Fig. 10 graphically shows the measured voltage depending on the position of the iron core in the second embodiment; and Fig. 11 shows a schematic circuit diagram for measuring this voltage.
  • a coil 13 is applied whose turns are arranged around the locking element 12.
  • the windings are located on a flexprint, which is glued together with an underlying ferrite foil (Würth-Elektronik, part number 354006).
  • the locking element 12 is here the locking bolt, but the present invention can also be realized with the latch bolt.
  • the term “locking element” is thus intended to include both the latch bolt and the locking bolt.
  • the sine wave generator is the AD9838 from Analog Devices. This can provide a register adjustable frequency of up to 8 MHz. In addition, it can be put into a state of rest, where it consumes little energy, which is advantageous when operating with batteries.
  • a microprocessor 18 is provided with an analog-to-digital converter 19.
  • This analog-to-digital converter 19 alternately measures the voltages V 1 and V 2 .
  • V 1 is the voltage supplied by the sine wave generator 17, and V 2 is the voltage dropped directly across the coil 13, that is, the voltage divided between the series resistor 16 and the coil 13.
  • Typical waveforms are shown in FIG.
  • four measuring points are necessary: at a first time t 1 , after a 1/4 period (time t 2 ), after a 1/2 period (time t 3 ) and after a 3/4 period (time t 4 ). Since a sinusoidal signal is periodic, further measurement points after every quarter period theoretically provide the same results; In practice, this can be used for averaging (and thus for increasing the measuring accuracy). The fact that the signals are periodic can further be exploited to make do with a single analog-to-digital converter, as can be seen in FIG.
  • V 4 one alternately measures four values one quarter period apart from V 1 (times t 1 to t 4 ) and thereafter four values at intervals of one quarter period each of V 2 (times t 5 to t 8 ). If necessary, repeat this several times if you want to increase the accuracy.
  • V 1 ⁇ 1 ⁇ sin ( ⁇ t) + ⁇ 1 ⁇ cos ( ⁇ t)
  • V 2 ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ t) + ⁇ 2 ⁇ cos ( ⁇ t)
  • the coefficients can be determined from the measured values as follows:
  • the current I through the coil 13 is proportional to the voltage at the series resistor 16, that is proportional to V 1 -V 2 .
  • the voltage U across the coil 13 is V 2 .
  • the coefficients ⁇ , ⁇ , ⁇ 2 and ⁇ 2 can be easily calculated from the measured values as explained above.
  • FIGS. 5 and 6 Typical values for a lock with ferromagnetic latch and ferromagnetic strike plate are shown in FIGS. 5 (inductance) and 6 (resistance), respectively with the latch extended (solid lines) and the latch retracted (dashed lines) without the strike plate (x). , with locking plate measured at a distance of 5 mm ("5 mm") and with a striking plate at a distance of 3 mm ("3 mm"). The frequency was varied between 1 kHz and 1 MHz. It can be seen that the inductance increases sharply by extension of the bar, the effect being most pronounced at 1 kHz.
  • FIGS. 7 and 8 Typical values for a lock with a non-ferromagnetic latch and non-ferromagnetic strike plate are shown in FIGS. 7 (inductance) and 8 (resistance), again with each latch (solid lines) and retracted latch (dashed lines) without a strike plate (x), with locking plate measured at a distance of 5 mm ("5 mm") and with a striking plate at a distance of 3 mm ("3 mm").
  • the frequency was varied between 1 kHz and 1 MHz.
  • Fig. 9 shows a second embodiment of the present invention, in which a transmitting coil 13a is disposed between two receiving coils 13b and 13c.
  • the transmitting coil 13a is fed with a signal of 1.5 MHz from a sine wave generator 17.
  • the sine generator 17 can be formed by a square wave generator with a subsequent bandpass filter.
  • the two receiving coils 13b and 13c On both sides of the transmitting coil 13a are the two receiving coils 13b and 13c.
  • a metallic body 12a is shown, which is intended to symbolize a bolt. As long as the body 12a is exactly symmetrical, the arrangement as a whole is symmetrical, so that the differential voltage measured by an AC voltmeter 22 must be zero.
  • a concrete circuit is indicated in FIG. 11.
  • This square-wave voltage is filtered in a band-pass filter 32 to a sinusoidal voltage and applied to the transmitting coil 13a.
  • the two receiving coils 13b, 13c (which are actually arranged on both sides of the transmitting coil 13a as shown in FIG. 9) are connected in such a way that their differential voltage is tapped off and fed to a further bandpass filter 33.
  • This bandpass filter 33 is used to filter out interference signals.
  • ADC analog digital converter, analog-to-digital converter
  • transmitting coil 13a Although one can use a transmitting coil 13a, one can also provide two transmitting coils 13a ', 13a "which are connected in parallel or, as shown in FIG. 11, in series. This is useful if it is easier to produce four layers symmetrically for technical reasons than three layers.
  • the coils are attached to the strike plate, then there is more material on the inside with the door open than on the outside, but with the door closed it is the other way round. This changes the phase shift between the received signal and the injected signal. In this case, it may therefore be useful to also determine the phase shift.

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Lock And Its Accessories (AREA)

Abstract

Zum gleichzeitigen Detektieren des Zustandes eines Verriegelungselements (12) sowie des Fenster- bzw. Türzustandes wird ein Schloss (11) oder Beschlag vorgeschlagen, bei dem am Stulp (14) oder am Schließblech jeweils an der Außenseite zumindest eine Spule (13) angeordnet ist, wobei die Spule (13) um die Öffnung für das Verriegelungselement (12) herum angeordnet ist. Zum Bestimmen des Türzustandes und des Riegelzustandes legt man an die Spule (13) ein Wechselspannungssignal an, bestimmt die Impedanz der Spule und vergleicht diese mit vorgegebenen Werten. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit kann man an die Spule (13) nacheinander Signale unterschiedlicher Frequenz anlegen, die Impedanz bei diesen unterschiedlichen Frequenzen bestimmen und mit vorgegebenen Werten vergleichen. Alternativ dazu kann man mehrere Spulen vorsehen, nämlich eine Sendespule (13a) und zumindest eine Empfangsspule (13b), und die in der Empfangsspule (13b) induzierte Spannung messen, wenn man die Sendespule (13a) mit einer Wechselspannung beaufschlagt.

Description

    SCHLOSS ODER FENSTER- ODER TÜRBESCHLAG Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schloss, insbesondere Einsteckschloss, oder einen Fenster- oder Türbeschlag mit einem Stulp, einem Schließblech, einem Verriegelungselement, das durch eine Öffnung des Stulps in eine Öffnung des Schließblechs ausfahrbar ist, sowie mit einer Vorrichtung zum Detektieren des Zustandes des Verriegelungselements mittels einer Spule; die Spule kann dabei um die Öffnung des Schließblechs angeordnet sein. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Bestimmen des Zustandes des Verriegelungselements und des Fenster- oder Türzustandes mit solch einem Schloss bzw. Fenster- oder Türbeschlag.
  • Unter "Verriegelungselement" sollen nicht nur Riegel und Bolzen, sondern auch Fallen verstanden werden, d.h. alle Elemente, die aus dem Stulp ausgefahren werden können und dann in das Schließblech eingreifen, damit die Tür bzw. das Fenster in der Geschlossenstellung fixiert wird.
    • Stand der Technik
  • Schlösser, mit denen man den Türzustand, also "offen" oder "geschlossen", detektieren kann, sind bekannt, siehe z.B. die DE 202011108234 U . Dort ist in Absatz [0024] ein Taster beschrieben, der mit einem Magnethalter gekoppelt ist, wobei mittels Hallsensoren die Position des Magneten detektiert wird. Der Taster wird beim Schließen der Türe durch das Schließblech in das Innere des Schlosses gedrückt, wodurch sich auch der Magnet verschiebt, was mit Hilfe der Hallsensoren erkannt werden kann.
  • Ebenso sind Schlösser bekannt, mit denen man den Riegelzustand, also "abgesperrt" oder "aufgesperrt", detektieren kann, siehe z.B. die  DE 102009046060 A . Es wird dort in einem Riegel ein Magnet versenkt angeordnet, dessen Position wiederum durch magnetosensitive Sensoren detektiert wird.
  • Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass das Schloss mechanisch abgeändert werden muss, um die Detektion zu ermöglichen, im ersten Fall muss ein zusätzlicher Taster vorgesehen werden, im zweiten Fall muss im Riegel eine Bohrung (Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung) für den Magneten angebracht werden, was den Riegel schwächt. Außerdem ist jeweils Platz für die Sensoren notwendig, die an ganz bestimmten Positionen angebracht werden müssen.
  • Ein Schloss der eingangs genannten Art ist aus DE 19500054 C bekannt. Gemäß dieser Schrift ist die Spule hinter dem Schließblech angeordnet. Es ist offensichtlich, dass bei dieser Anordnung die Position der Tür (des Stulps) keinen merkbaren Einfluss auf die Spule haben kann. Gemäß dieser Schrift wird nur der Riegelzustand, also "abgesperrt" oder "aufgesperrt", detektiert.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schloss bzw. einen Fenster- oder Türbeschlag zu schaffen, bei dem sowohl der Zustand des Verriegelungselements als auch der Fenster- oder Türzustand detektiert werden kann, ohne dass größere mechanische Änderungen im Schloss bzw. im Fenster- oder Türbeschlag notwendig sind.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schloss bzw. einen Fenster- oder Türbeschlag der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum zusätzlichen Detektieren des Fenster- bzw. Türzustandes – wenn die Spule um die Öffnung des Schließblechs angeordnet ist – die Spule am Schließblech, auf dessen Außenseite, angeordnet ist; oder andernfalls die Spule am Stulp, auf dessen Außenseite und um dessen Öffnung, angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß ist also (abgesehen von der notwendigen Elektronik, deren Position beliebig gewählt werden kann, auch außerhalb des Schlosses) nur eine Spule am Stulp oder am Schließblech notwendig. Solche Spulen können auf einer Folie, einem vorzugsweise selbstklebenden Flexprint, aufgedruckt sein, sind also sehr dünn herstellbar, sodass sich die Außenabmessungen des Schlosses (Stulpdicke) bzw. die Dicke des Schließblechs kaum ändern. Die vorliegende Erfindung kann also auch bei bestehenden Schlössern bzw. Fenster- und Türbeschlägen nachgerüstet werden.
  • Es wurde festgestellt, dass sich elektrische Messwerte sowohl durch den Zustand des Verriegelungselements als auch in geringerem Ausmaß durch den Türzustand ändern. Allein durch elektrische Messungen kann somit auf den Zustand des Verriegelungselements und auch auf den Türzustand geschlossen werden, ohne dass zusätzliche Taster oder Veränderungen am Riegel notwendig wären.
  • Wenn man eine möglichst geringe Bauhöhe durch die Spule(n) erreichen will ist es zweckmäßig, wenn eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der Impedanz der Spule, während diese mit einem Wechselspannungssignal oder einem Wechselstromsignal beaufschlagt ist. Damit wird der Stulp oder das Schließblech nur um die Dicke einer Spule verdickt. Es wurde nämlich gefunden, dass sich die Impedanz der Spule verändert, wenn der Riegel ein- bzw. ausgefahren wird und in geringerem Ausmaß, wenn das Schließblech (durch Schließen der Türe) in den Bereich der Spule kommt.
  • Das Verfahren zum Bestimmen des Zustandes des Verriegelungselements und des Fenster- oder Türzustandes mit solch einem Schloss oder Fenster- oder Türbeschlag wird durchgeführt, indem man an die Spule ein Wechselspannungs- bzw. Wechselstromsignal anlegt, die Impedanz der Spule bestimmt und mit vorgegebenen Werten vergleicht.
  • Die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Zustandes des Verriegelungselements und des Fenster- oder Türzustandes kann deutlich erhöht werden, indem man an die Spule nacheinander Signale unterschiedlicher Frequenz anlegt, die Impedanz bei diesen unterschiedlichen Frequenzen bestimmt und diese mit vorgegebenen Werten vergleicht. Wenn man z.B. bei drei Frequenzen misst und von jeder Messung auf den Riegelzustand und gegebenenfalls auf den Türzustand schließt, kann man bei unterschiedlichen Ergebnissen eine Mehrheitsentscheidung treffen. Andererseits ist es auch oft so, dass zwei Zustände bei einer bestimmten Frequenz sehr ähnliche Messwerte liefern und somit kaum unterschieden werden können, sodass allein aus diesem Grund eine Messung bei verschiedenen Frequenzen angezeigt ist.
  • Wenn bei mehreren Frequenzen gemessen wird, erhöht sich natürlich der Stromverbrauch verglichen mit einer einzigen Messung, was insbesondere bei Batteriebetrieb ungünstig ist. Wenn die Bauhöhe nicht wesentlich ist (z.B. wenn man am Stulp bzw. am Schließblech eine entsprechende Vertiefung vorsieht), ist es zweckmäßig, um die Öffnung des Stulps oder des Schließblechs zwei Spulen anzuordnen, nämlich eine Sendespule und eine Empfangsspule, und eine Messvorrichtung vorzusehen zur Messung der in der Empfangsspule induzierten Spannung, während die Sendespule mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist. Die induzierte Spannung ändert sich nämlich deutlicher als die Impedanz, insbesondere bei Änderung des Türzustandes. Auf diese Weise können Messungen bei verschiedenen Frequenzen vermieden werden, wodurch der Stromverbrauch minimiert werden kann.
  • Die Zuverlässigkeit kann noch weiter gesteigert werden, wenn eine weitere Empfangsspule vorgesehen ist, sodass an beiden Seiten der Sendespule jeweils eine Empfangsspule angeordnet ist, und wenn eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der Differenz der in den beiden Empfangsspulen induzierten Spannungen, während die Sendespule mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist.
  • Man bringt also am Stulp drei Spulen (die jeweils auf eine Folie gedruckt sind) übereinander an, sodass sich eine Art Transformator ergibt. Die Sendespule befindet sich dabei symmetrisch zwischen den beiden Empfangsspulen. Wenn sich nun ein Eisenkern (oder ein anderes Metall) genau symmetrisch in dieser Anordnung befindet, dann wird in den beiden Empfangsspulen genau die gleiche Spannung induziert, die Differenzspannung zwischen den beiden Empfangsspulen ist daher Null. Wenn man aber den Eisenkern in die eine oder andere Richtung verschiebt, wird die Anordnung asymmetrisch und man misst ein Signal, das umso größer ist, je stärker außermittig der Eisenkern ist.
  • Das Verfahren zum Bestimmen des Zustandes des Verriegelungselements und des Fenster- oder Türzustandes mit solch einem Schloss oder Fenster- oder Türbeschlag wird durchgeführt, indem man an die Sendespule ein Wechselspannungs- bzw. Wechselstromsignal anlegt, die Spannung in der Empfangsspule bzw. die Differenzspannung der beiden Empfangsspulen misst und diese mit vorgegebenen Werten vergleicht.
  • Um Langzeitdriften auszugleichen ist es zweckmäßig, wenn man die jeweils gemessenen Werte abspeichert und die vorgegebenen Werte entsprechend dem Durchschnitt der zuletzt gemessenen Werte nachführt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einsteckschlosses im Bereich des Riegels; Fig. 2 den Stulp dieses Einsteckschlosses im Bereich des Riegels in Draufsicht; Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Bestimmung der Impedanz; Fig. 4 zwei Signale V1 und V2 aus der Schaltung gemäß Fig. 3; Fig. 5 die gemessene Induktivität (frequenzabhängig) bei ferromagnetischem Riegel und ferromagnetischem Schließblech; Fig. 6 den gemessenen Wiederstand (frequenzabhängig) bei ferromagnetischem Riegel und ferromagnetischem Schließblech; Fig. 7 die gemessene Induktivität (frequenzabhängig) bei nicht ferromagnetischem Riegel und nicht ferromagnetischem Schließblech; Fig. 8 den gemessenen Widerstand (frequenzabhängig) bei nicht ferromagnetischem Riegel und nicht ferromagnetischem Schließblech; Fig. 9 zeigt symbolisch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Sende- und zwei Empfangsspulen; Fig. 10 zeigt grafisch die gemessene Spannung in Abhängigkeit der Position des Eisenkerns bei der zweiten Ausführungsform; und Fig. 11 zeigt einen Prinzipschaltplan zur Messung dieser Spannung.
    • Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
  • Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist bei einem Schloss 11 mit Verriegelungselement 12 am Stulp 14 eine Spule 13 aufgebracht, deren Windungen um das Verriegelungslement 12 herum angeordnet sind. Die Windungen befinden sich auf einem Flexprint, der zusammen mit einer darunter liegenden Ferritfolie (Würth-Elektronik, Teilenummer 354006) aufgeklebt ist.
  • Das Verriegelungselement 12 ist hier der Sperrriegel, es kann die vorliegende Erfindung aber auch mit dem Fallenriegel realisiert werden. Der Begriff "Verriegelungselement" soll somit sowohl den Fallenriegel als auch den Sperrriegel umfassen.
  • Über Anschlüsse 15 wird die Spule 13 zur Messung der Impedanz mit einem Signal angespeist, eine dazu geeignete Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Demgemäß wird die Spule 13 über einen Vorwiderstand 16, im Beispiel ist RV = 100 k, von einem Sinusgenerator 17 mit einer Sinusspannung angesteuert. Als Sinusgerator ist der IC AD9838 von Analog Devices geeignet. Dieser kann eine über Register einstellbare Frequenz von bis zu 8 MHz liefern. Außerdem kann er in einen Ruhezustand versetzt werden, wo er kaum Energie verbraucht, was bei einem Betrieb mit Batterien von Vorteil ist.
  • Um die Impedanz zu messen, ist ein Mikroprozessor 18 mit einem Analog-Digital-Wandler 19 vorgesehen. Dieser Analog-Digital-Wandler 19 misst abwechselnd die Spannungen V1 und V2. V1 ist die Spannung, die der Sinusgenerator 17 liefert, und V2 ist die Spannung, die direkt an der Spule 13 abfällt, also die zwischen Vorwiderstand 16 und Spule 13 geteilte Spannung.
  • Typische Signalformen sind in Fig. 4 dargestellt. Um ein Sinussignal zu detektieren, sind vier Messpunkte notwendig: zu einem ersten Zeitpunkt t1, nach 1/4 Periode (Zeitpunkt t2), nach 1/2 Periode (Zeitpunkt t3) und nach einer 3/4 Periode (Zeitpunkt t4). Da ein Sinussignal periodisch ist, liefern weitere Messpunkte nach jeweils einer Viertel Periode theoretisch dieselben Ergebnisse; praktisch kann man dies zur Mittelung (und damit zur Erhöhung der Messgenauigkeit) ausnützen. Die Tatsache, dass die Signale periodisch sind, kann weiters dazu ausgenützt werden, mit einem einzigen Analog-Digital-Konverter auszukommen, wie man aus Fig. 4 ersieht: Man misst abwechselnd vier Werte im Abstand von jeweils einer Viertel Periode von V1 (Zeitpunkte t1 bis t4) und danach vier Werte im Abstand von jeweils einer Viertel Periode von V2 (Zeitpunkte t5 bis t8). Gegebenenfalls wiederholt man dies mehrmals, wenn man die Genauigkeit steigern möchte.
  • Eine (beliebig phasenverschobene) Sinusschwingung der Frequenz f, wie V1 oder V2, kann man wie folgt darstellen (ω=2πf):
  • V1 = α1·sin(ωt) + β1·cos(ωt)
    V2 = α2·sin(ωt) + β2·cos(ωt)
  • Die Koeffizienten lassen sich aus den Messwerten wie folgt ermitteln:
  • α1 = (V1(t2) - V1(t4))/2
    β1 = (V1(t1) - V1(t3))/2
    α2 = (V2(t6) – V2(t8))/2
    β2 = (V2(t5) – V2(t7))/2
  • Dies ist unmittelbar einleuchtend, weil zu t2 und t4 (also nach 1/4 und nach einer 3/4 Periode) der Kosinus 0 ist und somit Maximum und Minimum des Sinus-Anteils gemessen werden, und zu t1 und t3 (also zu Beginn der Periode und nach 1/2 Periode) der Sinus 0 ist, also Maximum und Minimum des Kosinus-Anteils gemessen werden.
  • Damit der Analog-Digital-Konverter genau nach jeweils einer Viertel Periode misst, wird er mit der vierfachen Messfrequenz fs = 4·fmess getriggert.
  • Der Strom I durch die Spule 13 ist proportional zur Spannung am Vorwiderstand 16, also proportional zu V1-V2. Die Spannung U an der Spule 13 ist V2.
  • Wir haben also:
  • I = [(α1-α2)·sin(ωt) + (β1-β2)·cos(ωt)]/RV;
    bzw. (mit α=(α1-α2)/RV und β=(β1-β2)/RV)
    I = α·sin(ωt) + β·cos(ωt); und
    U = α2·sin(ωt) + β2·cos(ωt)
  • Die Koeffizienten α, β, α2 und β2 lassen sich wie oben ausgeführt leicht aus den Messwerten errechnen.
  • Die Impedanz einer Spule kann man als Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes R und einer (idealen) Induktivität L ansetzen; also
    U = R·I + L
  • Einsetzen liefert:
  • α2·sin(ωt) + β2·cos(ωt) = R·[α·sin(ωt) + β·cos(ωt)] +
    + Lω[α·cos(ωt) - β·sin(ωt)]
  • Zusammengefasst nach sin(ωt) und cos(ωt):
  • sin(ωt)·(α2-Rα+Lωβ) = cos(ωt)·(-β2+Rβ+Lωα)
  • Diese Gleichung kann für alle t nur erfüllt sein, wenn beide Seiten 0 sind, also ergeben sich zwei Gleichungen für R und L:
  • α2-Rα+Lωβ = 0
    -β2+Rβ+Lωα = 0
  • Oder:
  • Rα-Lωβ = α2
    Rβ+Lωα = β2
  • Daraus kann man leicht R und L errechnen:
  • R = (α·α2+β·β2)/(α2+β2)
    L = (α·β2-β·α2)/((α2+β2)·ω)
  • Man kann also aus den Messwerten nur mittels Grundrechnungsarten den Widerstand und die Induktivität, also die Impedanz der Spule errechnen. Man kann daher mit einem Mikroprozessor 18 geringer Leistung auskommen, was sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch im Hinblick auf den Stromverbrauch optimal ist.
  • Der Mikroprozessor 18, der auch einen Taktgenerator 20 für den Sinusgenerator 17 aufweist, führt die entsprechende Auswertung mit einem Programm 21 durch.
  • Typische Werte für ein Schloss mit ferromagnetischem Riegel und ferromagnetischem Schließblech sind in den Fig. 5 (Induktivität) und 6 (Widerstand) dargestellt, und zwar wurde jeweils mit ausgeschobenem Riegel (durchgezogene Linien) und zurückgezogenem Riegel (strichlierte Linien) ohne Schließblech (x), mit Schließblech in 5 mm Abstand ("5 mm") und mit Schließblech in 3 mm Abstand ("3 mm") gemessen. Die Frequenz wurde zwischen 1 kHz und 1 MHz variiert. Man sieht, dass die Induktivität durch Ausfahren des Riegels stark ansteigt, wobei der Effekt bei 1 kHz am deutlichsten ist. Aber auch das Schließblech übt einen noch deutlich erkennbaren Effekt aus, wobei man bedenken muss, dass zwischen "3 mm" und "5 mm" nicht unterschieden werden muss, denn beides bedeutet, dass die Türe geschlossen ist. Bei diesem Schloss kann man also mit einer einzigen Messung bei 1 kHz sowohl "aufgesperrt/abgesperrt" als auch "offen/geschlossen" detektieren. Der Einfluss des Schließblechs ist bei der verwendeten Anordnung gering, er wäre größer (und der Einfluss des Riegels geringer), wenn die Spule nicht so knapp um den Riegel herum angeordnet wäre.
  • Bei dieser Anordnung ist auch die Berechnung des Widerstandes entbehrlich, wie man aus Fig. 6 erkennt, denn hier verlaufen die Messkurven sehr knapp nebeneinander, die Kurven für "offen/abgesperrt", "offen/aufgesperrt" und "5 mm/abgesperrt" fallen überhaupt zusammen. Man könnte allenfalls bei zurückgezogenem Riegel die Messwerte bei 1 MHz als zusätzliches Kriterium heranziehen, ob die Türe offen oder geschlossen ist.
  • Typische Werte für ein Schloss mit nicht ferromagnetischem Riegel und nicht ferromagnetischem Schließblech sind in den Fig. 7 (Induktivität) und 8 (Widerstand) dargestellt, und zwar wurde wiederum jeweils mit ausgeschobenem Riegel (durchgezogene Linien) und zurückgezogenem Riegel (strichlierte Linien) ohne Schließblech (x), mit Schließblech in 5 mm Abstand ("5 mm") und mit Schließblech in 3 mm Abstand ("3 mm") gemessen. Die Frequenz wurde zwischen 1 kHz und 1 MHz variiert.
  • Man erkennt, dass hier die Unterscheidung der verschiedenen Zustände wesentlich schwieriger ist. Es bietet sich an, die Messwerte des Widerstands bei 1 kHz heranzuziehen, um zu detektieren, ob die Türe offen (Messwert unter 5 Ω) oder geschlossen (Messwert über 5 Ω) ist. Ob der Riegel ausgefahren ist oder nicht kann man aus der bei ca. 5 kHz gemessenen Induktivität erschließen, wo die Messwerte (fast) unabhängig vom Türzustand sind und bei ausgefahrenem Riegel deutlich unter 9 µH und bei zurückgezogenem Riegel knapp über 9 µH liegen.
  • Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Sendespule 13a zwischen zwei Empfangsspulen 13b und 13c angeordnet ist. Die Sendespule 13a wird mit einem Signal von 1,5 MHz aus einem Sinusgenerator 17 angespeist. Da bei dieser Ausführungsform mit einer einzigen Frequenz das Auslangen gefunden werden kann, kann der Sinusgenerator 17 durch einen Rechteckgenerator mit einem anschließenden Bandpassfilter gebildet werden. Zu beiden Seiten der Sendespule 13a befinden sich die beiden Empfangsspulen 13b und 13c. Weiters ist ein metallischer Körper 12a dargestellt, der einen Riegel symbolisieren soll. Solange der Körper 12a genau symmetrisch liegt, ist die Anordnung insgesamt symmetrisch, sodass die von einem Wechselspannungs-Voltmeter 22 gemessene Differenzspannung Null sein muss.
  • Verschiebt man den Körper 12a um einen Betrag x, so ergibt sich jedoch eine messbare Differenzspannung, die umso größer wird, je größer x ist (siehe Fig. 10).
  • Eine konkrete Schaltung ist in Fig. 11 angedeutet. Es ist ein Mikroprozessor 31 vorgesehen, der an einem Pin GPIO (=general purpose I/O, Allzweckeingabe-/-ausgabe-Kontaktstift) eine Rechteckspannung liefert. Diese Rechteckspannung wird in einem Bandpassfilter 32 zu einer Sinusspannung gefiltert und an die Sendespule 13a angelegt. Die beiden Empfangsspulen 13b, 13c (die tatsächlich wie in Fig. 9 gezeigt zu beiden Seiten der Sendespule 13a angeordnet sind) sind so geschaltet, dass deren Differenzspannung abgegriffen und einem weiteren Bandpassfilter 33 zugeführt wird. Dieses Bandpassfilter 33 dient zum Ausfiltern von Störsignalen. Nach dem Bandpassfilter 33 wird das Signal in einem Messgleichrichter 34 gleichgerichtet und verstärkt und einem ADC-Eingang (ADC=analog digital converter, Analog-Digital-Wandler) des Mikroprozessors 31 zugeführt.
  • Obwohl man mit einer Sendespule 13a auskommt, kann man auch zwei Sendespulen 13a', 13a'' vorsehen, die parallel oder ‑ wie in Fig. 11 gezeigt ‑ in Serie geschaltet sind. Dies ist dann zweckmäßig, wenn man aus technischen Gründen leichter vier Lagen symmetrisch herstellen kann als drei Lagen.
  • Mit solch einer Anordnung wurden mit Spulen, die am Stulp angebracht waren, folgende Spannungen gemessen (die Einheit ist willkürlich gewählt):
  • Tabelle 1
    Geschlossen und versperrt Offen und versperrt Geschlossen und aufgesperrt Offen und aufgesperrt
    Ferromagne-
    tischer Bolzen    		 3791 3882 3966 4004
    Nicht ferromagne-
    tischer Bolzen    		 3573 3712 3739 3845
  • Man sieht, dass man alle Zustände deutlich voneinander unterscheiden kann, sowohl bei ferromagnetischem als auch bei nicht ferromagnetischem Bolzen.
  • Wenn die Spulen am Stulp angebracht sind, befindet sich immer mehr Metall innerhalb des Schlosses als außerhalb, es wird daher das stärkste Signal gemessen, wenn die Tür offen und aufgesperrt ist, und das schwächste Signal, wenn die Tür geschlossen ist und das Schloss versperrt (der Riegel ausgeschoben) ist.
  • Wenn hingegen die Spulen am Schließblech angebracht sind, dann befindet sich bei offener Tür mehr Material auf der Innenseite als auf der Außenseite, bei geschlossener Tür ist es aber umgekehrt. Dadurch ändert sich die Phasenverschiebung zwischen empfangenem Signal und eingespeistem Signal. In diesem Fall kann es daher sinnvoll sein, auch die Phasenverschiebung zu bestimmen.
  • Wie aus Fig. 4 hervorgeht, nimmt der Einfluss des Ferromagnetismus mit zunehmender Frequenz stark ab, ab ca. 100 kHz ist er kaum noch vorhanden. Deshalb wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine hohe Frequenz von 1,5 MHz gewählt.

Claims (10)

  1. Schloss (11), insbesondere Einsteckschloss, oder Fenster- oder Türbeschlag mit einem Stulp (14), einem Schließblech, einem Verriegelungselement (12), das durch eine Öffnung des Stulps (14) in eine Öffnung des Schließblechs ausfahrbar ist, sowie mit einer Vorrichtung zum Detektieren des Zustandes des Verriegelungselements, wobei um die Öffnung des Schließblechs zumindest eine Spule (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum zusätzlichen Detektieren des Fenster- bzw. Türzustandes die Spule (13) am Schließblech, auf dessen Außenseite, angeordnet ist.
  2. Schloss (11), insbesondere Einsteckschloss, oder Fenster- oder Türbeschlag mit einem Stulp (14), einem Schließblech, einem Verriegelungselement (12), das durch eine Öffnung des Stulps (14) in eine Öffnung des Schließblechs ausfahrbar ist, sowie mit einer Vorrichtung zum Detektieren des Zustandes des Verriegelungselements mittels einer Spule, dadurch gekennzeichnet, dass zum zusätzlichen Detektieren des Fenster- bzw. Türzustandes die Spule am Stulp, auf dessen Außenseite und um dessen Öffnung, angeordnet ist.
  3. Schloss (11) oder Fenster- oder Türbeschlag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (13) auf einem Flexprint, vorzugsweise einem selbstklebenden Flexprint, angebracht ist.
  4. Schloss (11) oder Fenster- oder Türbeschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der Impedanz der Spule (13), während diese mit einem Wechselspannungssignal oder einem Wechselstromsignal beaufschlagt ist.
  5. Schloss oder Fenster- oder Türbeschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass um die Öffnung des Stulps (14) oder des Schließblechs zwei Spulen angeordnet sind, nämlich eine Sendespule (13a) und eine Empfangsspule (13b), und dass eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der in der Empfangsspule (13b) induzierten Spannung, während die Sendespule (13a) mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist.
  6. Schloss oder Fenster- oder Türbeschlag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Empfangsspule (13c) vorgesehen ist, sodass an beiden Seiten der Sendespule (13a) jeweils eine Empfangsspule (13b, 13c) angeordnet ist und dass eine Messvorrichtung vorgesehen ist zur Messung der Differenz der in den beiden Empfangsspulen (13b, 13c) induzierten Spannungen, während die Sendespule (13a) mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist.
  7. Verfahren zum Bestimmen des Zustandes des Verriegelungselements (12) und des Fenster- oder Türzustandes mit einem Schloss (11) oder einem Fenster- oder Türbeschlag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man an die Spule (13) ein Wechselspannungs- bzw. Wechselstromsignal anlegt, die Impedanz der Spule (13) bestimmt und mit vorgegebenen Werten vergleicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man an die Spule (13) nacheinander Signale unterschiedlicher Frequenz anlegt, dass man die Impedanz bei diesen unterschiedlichen Frequenzen bestimmt und dass man diese mit vorgegebenen Werten vergleicht.
  9. Verfahren zum Bestimmen des Zustandes des Verriegelungselements und des Fenster- oder Türzustandes mit einem Schloss oder einem Fenster- oder Türbeschlag nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man an die Sendespule (13a) ein Wechselspannungs- bzw. Wechselstromsignal anlegt, die Spannung in der Empfangsspule (13b) bzw. die Differenzspannung der beiden Empfangsspulen (13b, 13c) misst und diese mit vorgegebenen Werten vergleicht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die jeweils gemessenen Werte abspeichert und die vorgegebenen Werte entsprechend dem Durchschnitt der zuletzt gemessenen Werte nachführt.
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