EP3936689A1 - Mechatronisches schloss-schlüssel-system - Google Patents

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EP3936689A1
EP3936689A1 EP21184159.8A EP21184159A EP3936689A1 EP 3936689 A1 EP3936689 A1 EP 3936689A1 EP 21184159 A EP21184159 A EP 21184159A EP 3936689 A1 EP3936689 A1 EP 3936689A1
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EP
European Patent Office
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key
lock
toothed rack
spring
mechatronic
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EP21184159.8A
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EP3936689C0 (de
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Matthias DAUBITZ
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Assa Abloy Sicherheitstechnik GmbH
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Assa Abloy Sicherheitstechnik GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B49/00—Electric permutation locks; Circuits therefor ; Mechanical aspects of electronic locks; Mechanical keys therefor
    • E05B49/002—Keys with mechanical characteristics, e.g. notches, perforations, opaque marks
    • E05B49/004—Keys with mechanical characteristics, e.g. notches, perforations, opaque marks actuating mechanical switches
    • 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
    • E05B47/06—Controlling mechanically-operated bolts by electro-magnetically-operated detents
    • E05B47/0611—Cylinder locks with electromagnetic control
    • 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
    • E05B2047/0057—Feeding
    • E05B2047/0062—Feeding by generator
    • 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
    • E05B2047/0065—Saving energy
    • 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
    • E05B2047/0094—Mechanical aspects of remotely controlled locks

Definitions

  • the invention relates to a mechatronic lock/key system, comprising a lock cylinder and a cylinder core which is rotatably mounted in the lock cylinder housing and has a key channel for inserting a key and with a device for generating electrical energy in the lock cylinder by means of a movement of the key in the key channel in Rotation converting generator drive.
  • Such a generator drive is from DE3208818 known, in which case a toothed rack meshing with the generator pinion is provided, which is displaced against a compression spring when the key is inserted. When the key is pulled out, the spring pushes the toothed rod back again.
  • the disadvantage here is that the rotation of the generator drive is only influenced by the movement speed that the user exerts on the toothed rack, i.e. when inserting the key against the pressure of the spring and when removing it by the pressure of the spring.
  • a mechatronic locking cylinder contains electronics that query the locking authorization of the user. This query can be carried out in addition to mechanical scanning or serve as the sole security feature. Authentication can take place using RFID2, inductive coupling or separate electronic contacts.
  • Locking systems of all sizes are suitable as areas of application.
  • Most locking systems have two significant weaknesses: on the one hand, the constant change in dynamic companies and organizations, on the other hand, the frequent loss of keys, which causes a lot of work and considerable costs as well as a high loss of security.
  • a lock cylinder with electronic authentication that does not require an external voltage source or primary cell is known.
  • the cylinder contains a gear train and an electric motor that operates both as a generator and as a motor. Insertion of the key pivots a lever inside the cylinder, which moves a segment gear of the gearbox against a torsion spring. As the key is continuously inserted, the lever slides over the segment gear and the energy stored in the torsion spring drives the motor pinion via the gear.
  • the resulting voltage is temporarily stored by the circuit board in a capacitor and used directly for communication.
  • torsion spring to ensure the minimum energy often leads to breaks in contact, since the user instinctively tries to overcome the increased insertion resistance by applying greater force. If the threshold value is then exceeded, the user no longer feels any counterforce and the key is pushed in very quickly to the end position.
  • the object of the invention is to create a mechatronic lock/key system that does not require battery operation because the necessary energy is generated from the movement of the key, with the aim of avoiding the above disadvantages.
  • a mechatronic lock/key system comprising a lock cylinder and a cylinder core which is rotatably mounted in the lock cylinder housing and has a key channel for inserting a key and with a device for generating electrical energy in the lock cylinder by means of a movement of the key in the key channel in rotation converting generator drive, where the generator drive can be rotated by the linear movement of a displaceable toothed rack, which is axially spring-loaded and which tensions the axially arranged compression spring when the key is pulled out of the keyway, taking the toothed rack with it, while the compression spring is relieved when the key is inserted into the keyway and at the same time linearly displaces the toothed rack, causing the generator drive to rotate.
  • a mechanical intermediate store (spring) is used according to the invention.
  • the spring is tensioned by removing the key and locked in its tensioned position. If a key is now inserted into the lock cylinder, the lock is released and the energy stored in the spring drives a generator whose energy is stored in a capacitor for further use by the electronics will.
  • the system of spring 6 and toothed rack 4 is held in the tensioned state by a lock.
  • the engagement hook 3 follows the housing contour due to its shape.
  • the release of the coupling between the engagement hook and the key is done by submerging the engagement hook. As soon as the rack 4 is no longer coupled to the engagement hook 3, it is pressed against the lock by the compression spring. The spring is now in the state where triggering can occur.
  • FIG. 3 An embodiment of the locking mechanism is in figure 3 shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder (1) mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs (5), wobeider Generatorantrieb (5) von der Linearbewegung einer verschiebbaren Zahnstange (4) in Rotation versetzbar ist, die axial federbelastet ist und die beim Ausziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselkanal unter Mitnahme der Zahnstange (4) die axial angeordnete Druckfeder (6) spannt, während beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal die Druckfeder(6) entspannt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mechatronisches Schloss - Schlüssel - System, umfassend einen Schließzylinder sowie einen drehbar im Schließzylindergehäuse gelagerten Zylinderkern, der einen Schlüsselkanal zum Einführen eines Schlüssels aufweist und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs.
  • Einderartiger Generatorantrieb ist aus der DE3208818 bekannt, wobei hier eine mit dem generatorritzel kämmende Zahnstange vorgesehen ist, die beim Einführen des Schlüssels gegen ein Druckfederverschoben wird. Beim Herausziehen des Schlüssels drückt die Feder die Zahnstnage wieder zurück.
  • Nachteilig hierbei ist, dass die Drehung des Generatorantriebs allein durch die Bewegungsgeschwindigkeit, die der Nutzer auf die Zahnstange ausübt, beeinflusst wird, d.h. beim Einführen des Schlüssels gegen den Druck der Feder und beim Abziehen durch den Druck der Feder.
  • Eine Konstanz und gleichmäßige Energieerzeugung ist damit nicht gewährleistet.
  • Ein mechatronischer Schließzylinder beinhaltet eine Elektronik, die die Schließberechtigung des Nutzers abfragt. Diese Abfrage kann zusätzlich zu einer mechanischen Abtastung erfolgen oder als alleiniges Sicherheitsmerkmal dienen. Die Authentifikation kann mittels RFID2, induktiver Kopplung oder über separate elektronische Kontakte erfolgen.
  • Als Einsatzgebiet bieten sich Schließanlagen jeder Größenordnung an. Die meisten Schließanlagen haben zwei erhebliche Schwachstellen: zum einen den steten Wandel in dynamischen Unternehmen und Organisationen, zum anderen die häufigen Verluste von Schlüsseln, welche jede Menge Arbeit und beträchtliche Kosten sowie einen hohen Sicherheitsverlust verursachen.
  • Neben der reinen Zutrittsorganisation bietet eine mechatronische Schließanlage noch folgende Vorteile:
    • leichtes Sperren verlorener Schlüssel
    • leichtes Ändern von Zutrittsberechtigungen
    • Zentral- oder Fernüberwachung
    • zeitliche Eingrenzung von Zutrittsberechtigungen
    • Protokollierung von Schließvorgängen
    • Koppelung der Schließvorgänge an bestehender Gebäudetechnik
  • Heutzutage setzen sich batteriebetriebene Systeme durch, die ohne Einschränkungen - wie z. B. das Verlegen von Kabeln - in bestehende Schließanlagen einbezogen werden können. Die Batterie wird in diesen Systemen entweder innerhalb des Schließzylinders oder in der Schlüsselreide eingebaut. Eine typische Nutzungsdauer einer Batterie liegt bei etwa 50.000 Schließvorgängen.
  • Bekannt ist ein Schließzylinder mit elektronischer Authentifizierung, der ohne eine externe Spannungsquelle oder Primärzelle auskommt. Der Zylinder enthält ein Zahnradgetriebe und einen Elektromotor, der sowohl als Generator als auch als Motor betrieben wird. Das Einführen des Schlüssels schwenkt einen Hebel im Inneren des Zylinders, der ein Segmentzahnrad des Getriebes gegen eine Drehfeder bewegt. Mit fortlaufendem Einführen des Schlüssels rutscht der Hebel über das Segmentzahnrad und die in der Drehfeder gespeicherte Energie treibt über das Getriebe das Motorritzel an.
  • Die entstehende Spannung wird durch die Platine sowohl in einem Kondensator zwischengespeichert als auch direkt für die Kommunikation verwendet.
  • Durch den Einsatz der Drehfeder zur Gewährleistung der Mindestenergie kommt es häufig zu Kontaktabrissen, da der Nutzer instinktiv den erhöhten Einführwiderstand durch Aufbringen größerer Kraft zu überwinden versucht. Wird dann der Schwellwert überschritten, so ist für den Nutzer keine Gegenkraft mehr spürbar und der Schlüssel wird sehr schnell bis in die Endlage eingeschoben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein mechatronisches Schloss - Schlüssel - System zu schaffen, das ohne einen Batteriebetrieb auskommt, weil die notwendige Energie aus der Bewegung des Schlüssels erzeugt wird, wobei die vorstehenden Nachteile vermieden werden sollen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem mechatronisches Schloss - Schlüssel - System, umfassend einen Schließzylinder sowie einen drehbar im Schließzylindergehäuse gelagerten Zylinderkern, der einen Schlüsselkanal zum Einführen eines Schlüssels aufweist und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs , wobei
    der Generatorantrieb von der Linearbewegung einer verschiebbaren Zahnstange in Rotation versetzbar ist, die axial federbelastet ist und die beim Ausziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselkanal unter Mitnahme der Zahnstange die axial angeordnete Druckfeder spannt, während beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal die Druckfeder entspannt wird und dabei die Zahnstange linear verschiebt, wobei der Generatorantrieb in Rotation versetzt wird.
  • Um eine von der Benutzung unabhängige, aber konstante Energiemenge zu erzeugen, wird erfindungsgemäß ein mechanischer Zwischenspeicher (Feder) eingesetzt. Die Feder wird durch das Herausziehen des Schlüssels gespannt und in ihrer gespannten Lage arretiert. Wird nun ein Schlüssel in den Schließzylinder eingeführt, so wird die Arretierung aufgehoben und die in der Feder gespeicherte Energie treibt einen Generator an, dessen Energie in einem Kondensator zur weiteren Verwendung seitens der Elektronik gespeichert
    wird.
  • Da die Entspannung der Feder beim Abziehen des Schlüssels immer gleich ist, wird - unabhängig vom Nutzer - immer die gleiche Energiemenge erzeugt, gespeichert und beim Einführen des Schlüssels zur Verfügung gestellt.
  • Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen erläutert werden.
  • Dargestellt ist in der Figur 1 der Zustand nach dem Herausziehen des Schlüssels, wobei dabei die Zahnstange 4 gegen den Druck der Feder 6 - nach links - mitgenommen worden ist, so dass sich die Feder 6 spannte.
  • Das System aus Feder 6 und Zahnstange 4 wird über eine Verriegelung im gespannten Zustand gehalten.
  • Wird der Schlüssel 2 in den Schließkanal des Schließzylinders 1 eingeführt, so folgt der Eingriffshaken 3 aufgrund seiner Formgebung der Gehäusekontur.
  • Der Bewegungsablauf ist aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, wobei diese das Abtauchen des Eingriffshakens 3 durch den Kontakt mit dem Mitnehmer 7 erreicht.. Der Eingriffshaken wird durch eine Schenkelfeder immer in die Ausgangslage zurückgestellt.
  • Mit weiterem Einführen des Schlüssels 2 wird die Verriegelung ausgelöst. Dabei drückt eine Kante des Schlüssels auf eine unter einem Winkel stehende Fläche der Verriegelung 8.
  • Die Verriegelung 8 wird dadurch zurück gedrückt. Der tribologische Kontakt der Verriegelung mit dem Mitnehmer 7 der Zahnstange 4 wird aufgehoben, und die Feder
    entspannt sich (Figur 2)..
  • Wird der Schlüssel abgezogen, so zieht der Nutzer durch den Kontakt zwischen den beiden genannten Teilen die Zahnstange 4 mit und spannt dadurch die Feder 6. Die Verriegelung sichert diese Position.
  • Das Lösen der Kopplung zwischen Eingriffshaken und Schlüssel geschieht über das Abtauchen des Eingriffshakens. Sobald die Zahnstange 4 nicht mehr mit dem Eingriffshaken 3 gekoppelt ist, wird sie durch die Druckfeder gegen die Verriegelung gepreßt. Die Feder befindet sich jetzt in dem Zustand, an dem ein Auslösen erfolgen kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel für den Verriegelungsmechanismus ist in der Figur 3 dargestellt.

Claims (4)

  1. Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System, umfassend einen Schließzylinder sowie einen drehbar im Schließzylindergehäuse gelagerten Zylinderkern, der einen Schlüsselkanal zum Einführen eines Schlüssels (2) aufweist und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie im Schließzylinder (1) mittels eines die Bewegung des Schlüssels im Schlüsselkanal in Rotation umsetzenden Generatorantriebs (5),
    wobei
    der Generatorantrieb (5) von der Linearbewegung einer verschiebbaren Zahnstange (4) in Rotation versetzbar ist, die axial federbelastet ist und die beim Ausziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselkanal unter Mitnahme der Zahnstange (4) die axial angeordnete Druckfeder (6) spannt, während beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal die Druckfeder(6) entspannt wird und dabei die Zahnstange (4) linear verschiebt, wobei der Generatorantrieb (5) in Rotation versetzt wird.
  2. Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Schlüssel ein in Eingriff mit einem an der Zahnstange (4) angeordneten starren Mitnehmer (7) bringbarer schwenkbarer Mitnehmer als Eingriffshaken (3) vorgesehen ist.
  3. Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine von einer Steuerkante am Schlüssel betätigbare Verriegelung vorgesehen ist, die die Bewegung der Zahnstange (4) freigibt.
  4. Mechatronisches Schloss - Schlüssel - System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die gespannte Druckfeder arretiert wird und die Arretierung beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselkanal aufgehoben wird.
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