WO1993018257A1 - Energieversorgungseinrichtung - Google Patents

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WO1993018257A1
WO1993018257A1 PCT/AT1993/000034 AT9300034W WO9318257A1 WO 1993018257 A1 WO1993018257 A1 WO 1993018257A1 AT 9300034 W AT9300034 W AT 9300034W WO 9318257 A1 WO9318257 A1 WO 9318257A1
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WO
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key
generator
cylinder
lock
yoke
Prior art date
Application number
PCT/AT1993/000034
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland GRÖSSINGER
Christian Schotzko
Roland Krewenka
Original Assignee
EVVA-WERK SPEZIALERZEUGUNG VON ZYLINDER- UND SICHERHEITSSCHLÖSSERN GESELLSCHAFT m.b.H. & Co. KOMMANDITGESELLSCHAFT
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Publication date
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Priority to AT93903712T priority patent/ATE181130T1/de
Priority to DK93903712T priority patent/DK0583444T3/da
Priority to DE59309637T priority patent/DE59309637D1/de
Publication of WO1993018257A1 publication Critical patent/WO1993018257A1/de

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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00658—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by passive electrical keys
    • G07C9/00722—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by passive electrical keys with magnetic components, e.g. magnets, magnetic strips, metallic inserts
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device Energy factoriesseinrich for an electrical or electronic lock, in particular special cylinder lock, in the lock a generator for the generation of electrical energy or a mechanical actuator for such a generator is arranged.
  • An energy supply by means of batteries or accumulators requires correspondingly large batteries with high capacity and corresponding maintenance, since the self-discharge of such batteries or accumulators limits life expectancy and thus operational reliability over long periods of time.
  • the invention is now aimed at providing an energy supply device for electronic locks, which also enables long-term safe operation that is independent of external supply, in particular when such a lock is actuated, which in any case inserts a key includes, no additional considerations have to be made as to how the required energy is to be made available in the cheapest way. It is thus to be ensured that additional movements and operating steps, such as, for example, one or more partial turning of a key, are required for the function and operational reliability.
  • the energy supply device should be able to dispense with external energy sources or external energy stores without the user noticing this in particular in order to be able to implement an exclusively electronically coded lock, in particular a cylinder lock, which relies on the system weakening mechanical emergency locks and external energy sources can do without.
  • the inventive energy Giemakerss adopted essentially in that we at least a generator or the mechanical actuation when inserting the key in the axial direction of the lock with the key in a mechanical and / or electromagnetic table operative connection can be brought.
  • the required electrical energy can be generated or made available by inserting or inserting a key in the axial direction of the lock, which subsequently for the function of the electronic or electronically coded lock and the opening mechanism is essential. Dabe is carried out according to the invention a merely trans latory movement of the key in the lock in electrical energy, so that no additional handling steps are neces sary and the direct insertion movement of the key is used. In particular, such a device can ensure the required minimum energy at the time at which it is actually required.
  • the electrical energy only after the full permanent insertion of the key into the lock benötig is, it is • in case of a directly inte in the lock grated electric generator usually erforderlic an electrical intermediate storage of energy make
  • a mechanical actuator Anstell a Generator is provided inside the lock, this actuator can be mechanically designed so that e actuates the generator after the key has been fully inserted and provides the required electrical energy.
  • the education is taken so that the generator is designed as a linear generator which interacts with the magnetic or soft magnetic areas of the key during the insertion movement of the same.
  • the generator is designed as a linear generator which interacts with the magnetic or soft magnetic areas of the key during the insertion movement of the same.
  • Such a training has above all the advantage when using generators that the voltage is independent of the speed of inserting the key and this, even if, as a further preferred embodiment of the invention, the training is such that the generator is designed as a flywheel generator which can be coupled mechanically or magnetically to the key.
  • a structurally particularly simple type of electromagnetic active connection between the key and the generator can in principle be used both with the use of soft-magnetic and permanent-magnetic partial areas on the key as well as correspondingly corresponding permanent magnetic or soft-magnetic partial areas of a • stator comparable component can be realized with a coil in the housing.
  • a particularly simple construction can be achieved in that the design is such that at least one coil is arranged in the cylinder and that the key has soft-magnetic or permanent-magnetic partial areas which, when axially displaced in the lock, have at least one gap of at least one coil load-bearing yokes happen.
  • a structurally particularly simple design provides that the coil (s) are arranged near or in the longitudinal center plane above and / or below the cylinder, the yoke advantageously being of an arcuate part made of soft iron, optionally with part, in such a design is made of permanent magnetic material and carries at least one coil and the yoke has radial ends with respect to the cylinder, which extend up to close to the key in the inserted position.
  • the radially projecting ends of such a yoke de define the gap, which is penetrated by the key during its displacement in the axial direction of the cylinder in a manner that results in the desired change in the magnetic properties in the gap.
  • the design is advantageously made such that the radial ends of the yoke are transverse to the longitudinal center plane of the housing and close to the longitudinal center plane in the cylinder extend, when a longitudinal edge of the key for the change in the magnetic properties of the column is to take effect, the formation is advantageously made such that the yoke is arranged in the longitudinal center plane of the housing and offset in the axial direction of the housing or de cylinder has arranged free ends.
  • the technically ver usable energy that can be generated by such a generator depends to a large extent on the number of turns and at the same time a sufficiently large wire thickness de turns, which can still be accommodated for spatial reasons.
  • a decrease in Wire thickness allows a larger number of turns and thus the achievement of higher voltages, but at the same time leads to lower currents.
  • the design can advantageously be made in such a way that the yoke is designed as a semicircular arc, at the ends of which parallel regions, each carrying at least one coil, are connected to the axis of the arc and the cylinder, and that the radially inward-facing regions
  • the ends of the yoke lie in a plane which is different from the plane of the arc and is penetrated by the axis of the cylinder, as a result of which sufficient space is created to accommodate coils which are correspondingly longer and correspondingly larger in number of turns.
  • the training can be made such that coils running on the semicircular arc in the U direction of the same are wound.
  • the design can advantageously be such that the mechanical actuating member is formed by a spring which can be relaxed when the key is inserted while the generator is actuated. In such a configuration, either a spring can be pretensioned by inserting the key, which then converts the stored mechanical energy into corresponding electrical energy by actuating a generator with a defined spring force.
  • a further embodiment can consist in that a spring which has already been mechanically preloaded is unlocked by inserting a key, as a result of which the mechanically stored energy can be converted into electrical energy.
  • a spring which has already been mechanically preloaded is unlocked by inserting a key, as a result of which the mechanically stored energy can be converted into electrical energy.
  • the training is advantageously taken so that the generator is arranged in the cylinder.
  • FIG.l show a side view of a first embodiment of a key for use in a power supply device according to the invention for an electrical or electronic lock
  • 2 shows a section through an electrical or electronic lock with an energy supply device according to the invention having an al linear generator and a generator with the key inserted corresponding to the configuration according to FIG. 3 i a representation similar to that of FIG. 1, a modified form of a key
  • 4 in a representation similar to FIG. 2, likewise a section through a lock mi of an energy supply device according to the invention with a generator designed as a linear generator
  • 6 and 6 show two different embodiments of cylinder-symmetrical permanent magnets for use in a rotating generator of an energy supply device according to the invention
  • 7 is an exploded view in side view of a key and the essential components of a rotating generator of an energy supply device according to the invention
  • 8 shows a section according to de Line VI I-VIII of Figure 7
  • 9 shows, in a representation similar to FIG.
  • FIG. 7 an exploded view of a modified embodiment of a rotating generator of an energy supply device according to the invention
  • 10 shows a section along the line XX of Figure 9
  • 11 shows a diagram of the induction voltage generated in a rotating generator
  • 12 shows a circuit diagram of an inductive memory combined with a generator of an energy supply device according to the invention
  • 13 shows the discharge curve for a memory according to the arrangement according to FIG.
  • FIG. 12 shows a discharge curve for a capacitive memory
  • 15 shows a block diagram of a control circuit for voltage conversion for a capacitor memory
  • 16 shows a partial side view of a key and of a mechanical actuating element of a generator of an energy supply device according to the invention which interacts with the key
  • 17 shows a section along the line XVII-XVII of FIG. 16, the essential components of the linear generator used being additionally shown
  • 19 shows a section along the line XIX-XIX of FIG. 18, the essential components of the rotating generator being shown again analogously to the illustration according to FIG. 17
  • 20 shows a plan view in the direction of arrow XX of FIG.
  • 21 shows a section through a modified embodiment of an energy supply device according to the invention with a generator designed as a linear generator
  • 22 shows a section along the line XXII-XXII of FIG. 21, FIG. 21 representing a section along the line XXI-XXI of FIG. 22
  • 23 shows, in a representation analogous to FIG. 21, a modified embodiment of a device according to the invention, the linear generator being arranged below the key in the lock axis
  • 24 shows a section along the line XXIV-XXIV of FIG. 23, FIG. 23 representing a section along the line XXIII-XXII of FIG.
  • FIG. 24; 25 shows a section through a further modified embodiment of an energy supply device according to the invention, soft iron parts of the Generator are arranged in an arc in the housing;
  • Figure 26 is a section along the line XXVI-XXVI of Figure 25
  • Figure 25 shows a section along the line XXV-XXV of Figure 26
  • 27 shows, in a representation similar to FIG. 25, a further modified embodiment of an energy supply device according to the invention;
  • 28 shows a section along line XXVIII-XXVIII of FIG. 27, FIG. 27 showing a section along line XXVII-XXVII of FIG. 28
  • FIG. 29 is a partial perspective view in an enlarged Dar position of the generator components of a further, modified embodiment.
  • an arithmetic logic unit is generally connected to both a communication unit and a memory as well as an unlocking circuit.
  • a corresponding power supply must be provided for the entire circuit, which, as described below using the different exemplary embodiments, is made possible by converting mechanical kinetic energy into electrical energy by arranging a generator system in the area of the lock.
  • a key 1 has magnetized, permanently magnetic areas 2.
  • Magnetic pills 2 with a diameter of 5 mm, consisting of high quality rare earth anisotropic, sintered permanent magnets.
  • the energy can:
  • FIGS. 3 and 4 show an embodiment modified to form FIGS. 1 and 4, soft magnetic regions 8 being provided on the key.
  • At least one permanent magnet 9 is provided in the cylinder 3, and again when the key with the soft magnetic areas 8 is inserted, the magnetic circuit indicated by the field lines 6 is closed and a flux change i is generated in the windings of the coil 7.
  • the embodiment is very small realisable and can therefore be adapted to any lock and in particular any cylinder or key shape. Furthermore,
  • rotating generators In addition to using a linear generator to convert mechanical kinetic energy into electrical energy, so-called rotating generators are also known. In this case, one or more cylindrical symmetrical permanent magnets with the lowest possible friction are set into a rotational movement when the key is inserted. Such permanent magnets are shown in FIGS. 5 and 6 and denoted by 10.
  • FIG. 7 a key 1 with permanent magnets 1 is again formed, the magnetization of which is indicated in FIG. 7.
  • these permanent magnets 1 act as "friction wheels" for the rotatably mounted cylinder-symmetrical permanent magnet (s) 10 in the yoke 12 of the generator be guided past, a coil being indicated by 13.
  • the magnets 10 thus rotate in the soft magnetic yoke 12 and generate an induction voltage in the coil 13.
  • the energy that can be generated in this way can be estimated as follows:
  • a "magnetic friction wheel” is used, the mass of a flywheel 14, as shown in FIG. 8, being carried along via a magnetic coupling, which must be magnetized accordingly.
  • the magnetic coupling is formed by an interaction of the permanent magnets 10 and 11.
  • the flywheel 14 should have a correspondingly larger mass so that it maintains its speed for some time.
  • the embodiment shown in FIGS. 7 and 8 thus works according to the principle of a flywheel generator, wherein energy stored in a flywheel mass is used according to the principle of conservation of angular momentum.
  • FIGS. 9 and 10 show an embodiment modified from the design according to FIGS. 7 and 8, again a corresponding permanent magnet 15 being provided on the key 1, which, when inserted in the direction of arrow 16, cooperates with the rotating permanent magnet 10 formed magnetic clutch sets the flywheel or the flywheel 14 in motion.
  • the permanent magnet 10 is in turn mounted in the yoke 12, to which a coil 13 is also assigned.
  • FIG. 11 shows schematically the induction voltage that can be generated in a rotating generator as a function of the time.
  • the energy required for the operation of an electrical or electronic lock is only required when the key is in the transmitting position, i.e. 'when it is fully inserted into the castle.
  • the energy is generated both in the linear generator and in the rotating generator when the key is inserted, the voltage generated in the linear generator in particular being highly dependent on the speed when the key is inserted.
  • the energy which is generated first and which is only required subsequently must be temporarily stored, losses being avoided as far as possible.
  • the available voltage can easily vary by an order of magnitude. Such fluctuations in the parameters of the power supply of an electronic circuit are not permitted.
  • Either an inductive system is suitable as the memory, as shown in FIGS. 12 and 13, or it can also be use a system with a capacitor, as shown in Figs. 14 and 15.
  • the discharge curve As shown in Fig. 13, is almost linear.
  • a corresponding circuit is shown in FIG. 12, a generator being generally designated 17 and the inductive memory being designated 18.
  • the load is designated 19 and three switches 20, 21 and 22 are also shown.
  • FIG. 15 denotes a generator, to which a rectifier 24 connects, which in turn is connected to the capacitor store 25.
  • a largely constant voltage is delivered to a consumer 27 via a voltage regulator 26.
  • a mechanical system is also conceivable, which is preloaded accordingly in order to achieve a constant flow change at the right time, ie after the key has been inserted in a generator too . produce.
  • a lossy control system could be spared, as is shown, for example, in FIGS. 12 and 15. It should thus an actuator of a generator is biased either by inserting the key and triggering after reaching an end position of the key.
  • mechanical means could be used to preload a corresponding mechanical memory, for example in the form of a spring, which is triggered when the key's transmitting position is reached becomes. Embodiments of this type are shown in FIGS. 16 and 17 and FIGS. 18 to 20.
  • the key 1 when inserted in the direction of the arrow 28, interacts with a driver 29 of an actuating element 30, on which permanent magnets are located in accordance with the indicated polarity.
  • the actuator 30 is moved against the force of a spring 31, with 32 a trigger or stop is indicated. In the fully inserted position
  • a similar mechanical storage can also be used in a system with a rotating generator, as shown in FIGS. 18 to 20.
  • the key 1 again takes an actuator 30 with permanent magnets when inserted in the direction of arrow 28 via a driver 29 with, the actuator 30 being movable against a spring 31.
  • a trigger 32 is again provided at the end of the insertion movement.
  • a rotating permanent magnet 37 is carried along via the mechanical coupling with the permanent magnets on the actuating member 30 Rende permanent magnet 37 is in turn coupled to a flywheel or a flywheel mass 38 and there is again a field change in a yoke 39 by the rotating permanent magnet 37, which in turn generates an induction voltage in a coil 40.
  • electrical energy is made available to a sufficient extent and with the desired parameters by a suitable choice of the permanent magnets and the force of the spring at the right time, ie immediately after the key has been fully inserted.
  • a key again designated 1
  • the housing being designated 4 again as in previous embodiments.
  • a plurality of units each forming a generator are arranged one behind the other, the individual coils each with
  • the coils 41 are designated.
  • the coils 41 are around soft magnetic areas
  • soft magnetic areas 43 are also provided in the core 3 to the soft magnetic areas 42, to which permanent magnetic areas 44 connect.
  • soft magnetic areas 45 are provided on the key, which are only indicated schematically in FIG. 21. The direction of displacement of the key is denoted by 46 in FIG.
  • component 42 referred to as a yoke
  • component 42 is formed by soft-magnetic U-shaped components, which are accommodated in lock housing 4.
  • the Soft magnetic material should have as high a saturation induction as possible, for which purpose Fe-Si sheets can be used, which can also be used in connection with transformers.
  • the induction coils 41 are also arranged in the lock housing 4 above the key.
  • the magnetic flux in the rotatable core 3 of the lock which consists for example of non-magnetic material such as brass, nickel silver or the like, is again transmitted through the soft magnetic areas 43 and the permanent magnets 44.
  • the permanent magnets 44 are made of the highest quality material, and the highest possible induction at the operating point is required for the application.
  • a permanent magnet either in the area of the yoke or on the key, so that the areas 45 on the key can also be designed as permanent magnetic areas.
  • permanent magnetic areas When permanent magnetic areas are arranged in the key, a total of four air gaps occur in each magnetic circuit, these air gaps being as small as possible to minimize the losses, and in particular should be less than 0.1 mm.
  • semicircular soft magnetic yoke elements 47 are arranged in the housing, around which the induction coils 48 are wound.
  • the arcuate regions 47 are followed by radial regions 49, which normally extend to the cylinder axis 58 and are also made of soft magnetic material, with the magnetic circuit being closed by permanent magnets 50 arranged in the key 1 in this embodiment.
  • Permanent magnets 50 can also be arranged in the area of the radial elements of the yoke that close the magnetic circuit, as indicated by 51.
  • FIGS. 21 to 24 show an axial, multi-pole, symmetrically constructed generator which is similar to the designs according to FIGS. 21 to 24.
  • the induction coils 41 again run in the axial direction of the lock and in this embodiment there are yoke elements extending in the radial direction on both sides of the key 1 to be inserted, with areas 45 in the key when inserting the key in the direction of the arrow 46 again the magnetic circuit is closed.
  • the areas 45 of the key can in turn consist of permanent magnetic material.
  • permanent magnetic areas 44 in the area of the core 3 of the lock are again indicated schematically.
  • FIG. 29 A development of the embodiment according to FIGS. 25 and 26 is shown in FIG.
  • a semi-circular arc 52 is again provided as a yoke, at the ends of which parallel regions 53 adjoin the axis of the arc 52, each of which is surrounded by a coil 54.
  • the radially inward-facing ends 55 of the yoke extend together with the corresponding regions 56 in the core in a plane different from the plane of the arch 52.
  • a key to be inserted has either permanent-magnetic or soft-magnetic partial areas 57, as is schematically indicated in FIG. 29.
  • Sufficient space for the induction coil 54 is made available by the soft-magnetic legs 53 standing normally on the sheet 52 in order to be able to optimally convert the magnetic energy into electrical energy.
  • the induction coils By arranging the induction coils in the longitudinal axis of the cylinder, an optimal use of the space available in a cylinder for accommodating a generator is achieved.
  • soft magnetic regions can in turn be provided, as in the previous embodiments in FIGS Be rich 56 in the core permanent magnetic areas should be provided.
  • the advantage of this embodiment is a simple structure with a large coil space and a single-pole arrangement, which means that a small space is required in the ker. Furthermore, several voltage pulses in succession are also possible with this embodiment.
  • an energy supply that can be used generally for electronic locks can thus be created, which in the long term ensures safe and energy-self-sufficient operation, i.e. without the aid of an external power supply by means of a connection to a mains connection or a battery or an accumulator. It is therefore possible to implement a lock that is only electronically coded without providing additional mechanical emergency locks.
  • the proposed energy supply device using a linear generator or a rotating generator can be easily accommodated in locks of any type and also in cylinder locks of any type.
  • E easily manages to generate the minimum energy of 200 mW required for the operation and release of the lock.
  • the mechanical kinetic energy generated during the locking process is sufficient to supply the entire system with electrical energy, this being independent the speed of the locking or closing movement is possible.

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Abstract

Bei einer Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisches oder elektronisches Schloß (4), insbesondere Zylinderschloß, ist im Schloß (3, 4) ein Generator (5, 7) für die Erzeugung elektrischer Energie oder ein mechanisches Betätigungsglied für einen derartigen Generator angeordnet, welcher(s) mit dem Schlüssel (1) beim Einschieben desselben in Achsrichtung des Schlosses in eine mechanische und/oder elektromagnetische Wirkverbindung bringbar ist. Dadurch wird es möglich, für elektronische Schlösser langfristig einen sicheren und von Fremdversorgung autonomen Betrieb zu ermöglichen, wodurch in weiterer Folge ein ausschließlich elektronisch kodiertes Schloß realisierbar ist.

Description

Enerσieversorσunσseinrichtunσ
Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinrich tung für ein elektrisches oder elektronisches Schloß, insbe sondere Zylinderschloß, wobei im Schloß ein Generator für di Erzeugung elektrischer Energie oder ein mechanisches Be tätigungsglied für einen derartigen Generator angeordnet ist.
Bisher bekannte elektronische Zylinderschloßsysteme erforder für -ihre Energieversorgung entweder einen Netzanschluß ode eine Stützbatterie. Der Einbau derartiger elektronische Zylinder, wie sie beispielsweise in der DE-Al 38 06 469 ode der DE-Al 37 07 284 beschrieben wurden, erfordert daher zu sätzliche elektrische Installationen, um die Energieversorgun sicherzustellen. Neben dem mit derartigen zusätzlichen In stallationen verbundenen höheren Aufwand und den höhere Kosten erhöht sich jedoch auch die Unsicherheit eines der artigen, von außen mit Energie versorgten Schlosses, da be Ausfallen der Stromquelle in der Regel nur mehr auf ein echa nisches Notschließsystem zurückgegriffen werden kann.
Eine Energieversorgung mittels Batterien oder Akkumulatore erfordert entsprechend große Batterien mit hoher Kapazität un entsprechender Wartung, da die Selbstentladung derartige Batterien oder Akkumulatoren die Lebenserwartung und damit di Betriebssicherheit über lange Zeiträume hinweg begrenzt.
Aus der EP-Al-462 316 ist bereits ein Schließzylinder mi einer elektrischen Verriegelungseinrichtung bekanntgeworden, welcher als Doppelschließzylinder ausgebildet war und an eine Seite einen Drehknauf trägt. Bei diesem bekannten Doppel schließzylinder wurde durch Verdrehen des Drehknaufes elektri sche Energie erzeugt, so daß bei diesem bekannten Schließ zylinder auf eine zusätzliche Stromquelle verzichtet werde konnte. Die zur Entriegelung eines elektromagnetisch betätig baren Sperrstiftes erforderliche Energie wurde durch ein- ode mehrmaliges Drehen des Drehknaufes und damit verbunden di Betätigung eines Generators erzeugt, wobei alternativ vorge¬ schlagen wurde, den Sperrstift in einer Weise anzuordnen, daß ein vorbestimmter Drehweg des Schlüssels ohne Blockade durch den elektromagnetisch betätigbaren Sperrstift möglich ist und somit dieser Teilweg der Drehbewegung eines Schlüssels gleich¬ falls zur Energieerzeugung herangezogen werden kann. Immer dann, wenn die elektrische Energie durch eine teilweise Ver¬ drehung des Schlüssels im Schloß erzeugt werden sollte, bestand aber die Gefahr, daß der Schlüssel bei heftiger Dreh- bewegung mit dem elektromagnetisch entriegelbaren Sperrstift kollidiert, welcher ja erst nach vorbestimmem Drehweg ein Weiterdrehen des Schlüssels verhindern soll. Derartige schlag¬ artige Scherbeanspruchungen des elektromagnetisch betätigbaren Sperrstiftes haben aber nun einen deutlichen Einfluß auf die FunktionsSicherheit und Lebenserwartung des Sperrstiftes sowie des Schlüssels.
Die Erfindung zielt-nun darauf ab, eine Energieversorgungs¬ einrichtung für elektronische Schlösser bereitzustellen, die auch langfristig einen sicheren und von Fremdversorgung auto¬ nomen Betrieb ermöglicht, wobei insbesondere bei der Betä¬ tigung eines derartigen Schlosses, welches in jedem Fall das Einschieben eines Schlüssels umfaßt, keine zusätzlichen Über¬ legungen angestellt werden müssen, in welcher Weise nun die geforderte Energie am günstigsten zur Verfügung gestellt wer¬ den soll. Es soll somit sichergestellt werden, daß nicht zu¬ sätzliche Bewegungen und Bedienungsschritte, wie beispiels¬ weise ein ein- oder mehrmaliges teilweises Verdrehen eines Schlüssels, für die Funktion und Betriebssicherheit erforder- lieh sind. In jedem Fall soll die erfindungsgemäße Energie¬ versorgungseinrichtung somit, ohne daß dies der Benutzer besonders bemerkt, auf externe Energiequellen oder externe Energiespeicher verzichten können, um ein ausschließlich elek¬ tronisch kodiertes Schloß, insbesondere Zylinderschloß, reali- sieren zu können, welches auf das System schwächende mecha¬ nische Notsperren und externe Energiequellen verzichten kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ener- gieversorgungseinrichtung im wesentlichen darin, daß we nigstens ein Generator oder das mechanische Betätigungsglie beim Einschieben des Schlüssels in Achsrichtung des Schlosse mit dem Schlüssel in eine mechanische und/oder elektromagne tische Wirkverbindung bringbar ist. Dadurch, daß im Schloß ei oder mehrere hintereinandergeschaltete Generatoren oder ei Betätigungsglied für derartige Generatoren für die Erzeugun elektrischer Energie angeordnet ist, kann durch Einschiebe bzw. Einstecken eines Schlüssels in Achsrichtung des Schlosse unmittelbar die erforderliche elektrische Energie erzeugt bzw bereitgestellt werden, welche in der Folge für die Funktio des elektronischen bzw. elektronisch kodierten Schlosses sowi den Öffnungsmechanismus von wesentlicher Bedeutung ist. Dabe erfolgt erfindungsgemäß eine Umsetzung einer lediglich trans latorischen Bewegung des Schlüssels im Schloß in elektrisch Energie, so daß keine zusätzlichen Handhabungsschritte erfor derlich sind und die unmittelbare Einführbewegung de Schlüssels ausgenützt wird. Insbesondere kann eine derartig Einrichtung die erforderliche Mindestenergie zu dem- Zeitpunk sicherstellen, zu welchem sie tatsächlich benötigt wird. Wen beispielsweise die elektrische Energie erst nach dem voll ständigen Einschieben des Schlüssels in das Schloß benötig wird, ist es • im Falle eines unmittelbar in das Schloß inte grierten elektrischen Generators in der Regel erforderlic eine elektrische Zwischenspeicherung der Energie vorzunehmen Wenn umgekehrt ein mechanisches Betätigungsglied anstell eines Generators im Inneren des Schlosses vorgesehen ist, kan dieses Betätigungsglied mechanisch so ausgebildet sein, daß e nach dem vollständigen Einschieben des Schlüssels den Genera tor betätigt und die erforderliche elektrische Energie bereit stellt.
Im einzelnen und in besonders vorteilhafter Weise ist die Aus bildung hiebei so getroffen, daß der Generator als Linear generator ausgebildet ist, welcher mit magnetischen bzw weichmagnetischen Bereichen des Schlüssels bei der Einschiebe bewegung desselben zusammenwirkt. Bei einer derartigen Ver wendung eines Lineargenerators wird es in der Regel erfor¬ derlich sein, eine Speicherung der elektrischen Energie vor¬ zunehmen, um diese Energie zum benötigten Zeitpunkt mit exakt definierten Parametern, wie beispielsweise konstanter Spannung oder konstanter Stromstärke zur Verfügung zu stellen, wofür mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß mit dem oder den Generator(en) ein Energiespeicher verbunden ist, wobei der elektrische Abgriff über einen Spannungsregler mit der Ent¬ riegelungseinrichtung und/oder der Schlüssel-Erkennungslogik verbunden ist. Eine derartige Ausbildung hat vor allen Dingen bei Verwendung von Generatoren den Vorteil, daß die Spannung unabhängig von der Geschwindigkeit des Einsteckens des Schlüssels wird und dies auch dann, wenn, wie es einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung entspricht, die Ausbildung so getroffen ist, daß der Generator als Schwung¬ radgenerator ausgebildet ist, welcher mechanisch oder magne¬ tisch mit dem Schlüssel kuppelbar ist.
Eine konstruktiv besonders einfache Art der elektromagne- tischen Wirkverbindung zwischen Schlüssel und Generator kann prinzipiell sowohl unter Verwendung von weichmagnetischen als auch von permanent-magnetischen Teilbereichen am Schlüssel so¬ wie jeweils entsprechend korrespondierenden permanen -magne¬ tischen oder weichmagnetischen Teilbereichen eines•einem Sta- tor vergleichbaren Bauteiles mit einer Spule im Gehäuse ver¬ wirklicht werden. Eine besonders einfache Konstruktion kann hiebei dadurch erzielt werden, daß die Ausbildung so getroffen ist, daß im Zylinder wenigstens eine Spule angeordnet ist und daß der Schlüssel weichmagnetische oder permanent-magnetische Teilbereiche aufweist, welche bei axialer Verschiebung im Schloß wenigstens einen Spalt eines wenigstens eine Spule tragenden Joches passieren. Bei einer derartigen Ausbildung führt eine Veränderung des magnetischen Flusses zu ent¬ sprechenden, an der Spule abnehmbaren elektrischen Signalen, wobei es für die Veränderung der magnetischen Eigenschaften genügt, den Schlüssel in axialer Richtung des Zylinders zu verschieben. Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung sieht vor, da die Spule(n) nahe der oder in der Längsmittelebene ober und/oder unterhalb des Zylinders angeordnet sind, wobei be einer derartigen Ausbildung mit Vorteil das Joch von eine bogenförmigen Teil aus Weicheisen, gegebenenfalls mit Teilbe reichen aus permanent-magnetischem Material, gebildet ist un wenigstens eine Spule trägt und das Joch bezüglich de Zylinders radiale Enden aufweist, welche sich bis nahe an de Schlüssel in eingeschobener Lage erstrecken. Die bezüglich de Zylinders radial abstehenden Enden eines derartigen Joches de finieren den Spalt, welcher vom Schlüssel bei seiner Ver schiebung in axialer Richtung des Zylinders in einer Weis durchsetzt wird, daß es zu der gewünschten Veränderung de magnetischen Eigenschaften im Spalt kommt. Wenn die weich magnetischen bzw. permanent-magnetischen Teilbereiche de Schlüssels in Seitenflanken bzw. -flächen des Schlüssels ange ordnet sind, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, da sich die radialen Enden des Joches quer zur Längsmitteleben des Gehäuses bis nahe zur Längsmittelebene im Zylinde erstrecken, wobei dann, wenn eine Längskante des Schlüssel für die Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Spalte wirksam werden soll, die Ausbildung mit Vorteil so getroffe ist, daß das Joch in der Längsmittelebene des Gehäuse angeordnet ist und in Achsrichtung des Gehäuses bzw. de Zylinders versetzt angeordnete freie Enden aufweist.
In allen Fällen ist es in einfacher Weise möglich, ein Mehrzahl von elektrischen Generatoren mechanisch hintereinan der und elektrisch parallel zueinander zu schalten, um di entsprechende Energie zu generieren.
Die von einem derartigen Generator erzeugbare technisch ver wertbare Energie ist in hohem Maße von der Anzahl vo Windungen bei gleichzeitig hinreichend großer Drahtstärke de Windungen abhängig, welche aus räumlichen Gründen jeweil gerade noch untergebracht werden können. Eine Verringerung de Drahtstärke erlaubt eine größere Anzahl von Windungen und damit die Erzielung höherer Spannungen, führt aber gleich¬ zeitig zu geringeren Strömen. Um möglichst hohe Energie zu gewinnen, kann mit Vorteil die Ausbildung so getroffen werden, daß das Joch als halbkreisförmiger Bogen ausgebildet ist, an dessen Enden zur Achse des Bogens und des Zylinders parallele, jeweils wenigstens eine Spule tragende Bereiche anschließen und daß die radial einwärts gerichteten Enden des Joches in einer von der Ebene des Bogens verschiedenen, von der Achse des Zylinders durchsetzten Ebene liegen, wodurch hinreichend Platz geschaffen wird, auch entsprechend längere und entsprechend größere Windungszahl aufweisende Spulen unterzubringen. Alternativ kann die Ausbildung so getroffen werden, daß am halbkreisförmigen Bogen in U fangsrichtung desselben verlaufende Spulen gewickelt sind.
Neben dieser rein elektrischen Lösung, bei der die vom Ge¬ nerator erzeugte elektrische Energie einem Speicher zugeführt wird und geregelt zum geforderten Zeitpunkt zur Verfügung ge- stellt wird, besteht die Möglichkeit, daß ein mechanischer Speicher die Bereitstellung der gewünschten Energie zu einem vorbestimmten Zeitpunkt mit hinreichend exakt definierten Pa¬ rametern, wie beispielsweise Spannung und/oder Stromstärke sicherstellt. Zu diesem Zweck kann mit Vorteil die Ausbildung so getroffen sein, daß das mechanische Betätigungsglied von einer Feder gebildet ist, welche beim Einstecken des Schlüssels unter Betätigung des Generators entspannbar ist. Bei einer derartigen Ausbildung kann durch das Einschieben des Schlüssels entweder eine Feder vorgespannt werden, welche in der Folge mit definierter Federkraft die gespeicherte mecha¬ nische Energie durch Betätigung eines Generators in ent¬ sprechende elektrische Energie umwandelt. Eine weitere Aus¬ bildung kann darin bestehen, daß eine zuvor bereits mechanisch vorgespannte Feder durch das Einstecken eines Schlüssels ent- riegelt wird, wodurch die mechanisch gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Bei einer derar¬ tigen Ausbildung muß allerdings dafür Sorge getragen werden, daß vor einem neuerlichen Einstecken des Schlüssels der Kraft speicher in seine Speicherposition gebracht wird. Bei Verwen dung eines derartigen mechanischen Betätigungsgliedes weis dieses die magnetischen bzw. weichmagnetischen Bereiche auf welche bei Entriegelung desselben zum gewünschten Zeitpunk wiederum in einem Lineargenerator oder einem Schwungradgenera tor die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie er möglichen.
um eine möglichst autonome und gegen konventionelle Einrich tungen tauschbare, elektronisch kodierbare Schloßeinheit, ins besondere ein elektronisch kodierbares Zylinderschloß, be reitstellen zu können, ist mit Vorteil die Ausbildung so ge troffen, daß der Generator im Zylinder angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnun schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert. In dieser zeigen Fig.l eine Seitenansicht einer erste Ausführungsform eines Schlüssels zur Verwendung in einer er findungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung für ein elektri sches oder elektronisches Schloß; Fig.2 einen Schnitt durc ein elektrisches oder elektronisches Schloß mit einer erfin dungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung mit einem al Lineargenerator ausgebildeten Generator bei eingeführte Schlüssel entsprechend der Ausbildung gemäß Fig.l; Fig.3 i einer zu Fig.l analogen Darstellung eine abgewandelte Aus führungsform eines Schlüssels; Fig.4 in einer zu Fig.2 ana logen Darstellung ebenfalls einen Schnitt durch ein Schloß mi einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung mi einem als Lineargenerator ausgebildeten Generator; die Fig. und 6 zwei unterschiedliche Ausführungsformen von zylinder symmetrischen Permanentmagneten zum Einsatz in einem rotie renden Generator einer erfindungsgemäßen Energieversorgungs einrichtung; die Fig.7 in einer Explosionsdarstellung i Seitenansicht einen Schlüssel sowie die wesentlichen Bestand teile eines rotierenden Generators einer erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung; Fig.8 einen Schnitt nach de Linie VI I-VIII der Fig.7; Fig.9 in einer zu Fig.7 ähnlichen Darstellung eine Explosionsansicht einer abgewandelten Aus¬ führungsform eines rotierenden Generators einer erfindungsge¬ mäßen Energieversorgungseinrichtung; Fig.10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig.9; Fig.11 ein Diagramm der in einem rotierenden Generator erzeugten Induktionsspannung; Fig.12 ein Schaltbild eines mit einem Generator einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung kombinierten induktiven Speichers; Fig.13 die Entladekurve für einen Speicher gemäß der Anordnung gemäß Fig.12; Fig.14 eine Entladekurve für einen kapazitiven Speicher; Fig.15 ein Blockschaltbild einer Re¬ gelschaltung zur Spannungsumformung für einen Kondensator¬ speicher; Fig.16 eine teilweise Seitenansicht eines Schlüssels und eines mit dem Schlüssel zusammenwirkenden mechanischen Be- tätigungsgliedes eines Generators einer erfindungsgemäßen - Energieversorgungseinrichtung; Fig.17 einen Schnitt nach der Linie XVII-XVII der Fig.16, wobei zusätzlich die wesentlichen Bestandteile des verwendeten Lineargenerators dargestellt sind; Fig.18 in einer zu Fig.16 analogen Darstellung eine Aus- bildung mit einem rotierenden Generator; Fig.19 einen Schnitt nach der Linie XIX-XIX der Fig.18, wobei wiederum analog zur Darstellung gemäß Fig.17 die wesentlichen Bestandteile des rotierenden Generators dargestellt sind; Fig.20 eine Drauf¬ sicht in Richtung des Pfeiles XX der Fig.18; Fig.21 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer erfin¬ dungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung mit einem als Li¬ neargenerator ausgebildeten Generator; Fig.22 einen Schnitt nach der Linie XXII-XXII der Fig.21, wobei Fig.21 einen Schnitt nach der Linie XXI-XXI der Fig.22 darstellt; Fig.23 in einer zu Fig.21 analogen Darstellung eine abgewandelte Aus¬ führungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei der Lineargenerator unterhalb des Schlüssels in der Schloßachse angeordnet ist; Fig.24 einen Schnitt nach der Linie XXIV-XXIV der Fig.23, wobei Fig.23 einen Schnitt nach der Linie XXIII-XXII der Fig.24 darstellt; Fig.25 einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsge¬ mäßen Energieversorgungseinrichtung, wobei Weicheisenteile des Generators bogenförmig im Gehäuse angeordnet sind; Fig.26 einen Schnitt nach der Linie XXVI-XXVI der Fig.25, wobe Fig.25 einen Schnitt nach der Linie XXV-XXV der Fig.26 dar stellt; Fig.27 in einer zu Fig.25 ähnlichen Darstellung ein weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung; Fig.28 einen Schnitt nach de Linie XXVIII-XXVIII der Fig.27, wobei Fig.27 einen Schnit nach der Linie XXVII-XXVII der Fig.28 darstellt; und Fig.29 eine teilweise perspektivische Ansicht in vergrößerter Dar Stellung der Generatorbestandteile einer weiteren, abgewandel ten Ausführungsform.
Bei einem elektronischen Schloß ist allgemein eine arithme tische Logikeinheit sowohl mit einer Kommunikationseinheit al auch mit einem Speicher sowie einem Entriegelungsschaltkrei verbunden. Für den gesamten Kreis muß eine entsprechend Stromversorgung vorgesehen sein, welche, wie nachfolgend a Hand der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele beschrieben, durch eine Umsetzung von mechanischer Bewegungsenergie i elektrische Energie durch Anordnung eines Generatorsystem i Bereich des Schlosses ermöglicht wird. Bei der Ausbildun • gemäß den Fig.l und 2 weist ein Schlüssel 1 aufmagnetisierte, permanentmagnetische Bereiche 2 auf.
Bei Einführen des Schlüssels 1 in einen Zylinder 3 eine Zylinderschlosses, dessen Gehäuse mit 4 bezeichnet ist, werde die Permanentmagnete 2 des Schlüssels 1 an im Zylinder 3 ange ordneten weichmagnetischen Jochen 5 vorbeigeführ . Dabei komm es zu einer Flußänderung im Gesamtsystem, dessen Feldlinie mit 6 angedeutet sind, wodurch eine Induktionsspannung in de Wicklungen der Spule 7 erzeugt wird. Es wird hiebei imme lediglich die Einführbewegung des Schlüssels in das Schloß zu Energieerzeugung herangezogen.
Für den in Fig.2 dargestellten Lineargenerator ergibt ein einfache Abschätzung der bei einem derartigen Vorgang prinzi piell erzeugbaren Energien: U = - d0/dt = - N.A. dB/dt φ . . .magnetischer Fluß; A. . .Fläche; B . . .magnetische Induktion; N . . . zahl der Windungen der Indukt ions spul e ; d0/dt Flußänderung
Typische, technisch realisierbare Werte sind:
Magnetpillen 2 mit einem Durchmesser von 5 mm, bestehend aus hochwertigem Seltenen-Erd-anisotropen , gesinterten Permanentmagneten.
A = 2.10_5m2; B = IT dB/dt = lOT/s , N = 10000
Daraus ergibt sich U - 2 V, wobei hier Streuflußverluste ver¬ nachlässigt wurden.
Die Energie kann gemäß der einfachen Formel:
E = L. i2/2 L = μo .μr.N2 -AFe/l
μr gescherte Permeabilität des Fe-Kernes,
AFΘ--- Fläche des Eisenkerns,
I Länge des Flußes im Fe-Kern,
abgeschätzt werden.
Für typische Werte (μr = 10; AFe = 2.10-5m2; N = 10000; I = 5.10~2m) ergibt sich für L = 0,5 H. Nimmt man nun kurz¬ zeitig einen Stromfluß von 50 mA an, ergibt sich E ~ 1 mWs. Die tatsächlich verfügbare Leistung hängt wesentlich von der Zeitdauer des energieerzeugenden Vorganges ab.
Es sind beispielsweise bei der Ausbildung gemäß Fig.l vier derartige Magnete 2 am Schlüssel untergebracht, wodurch sich die Energie noch um einen Faktor vier erhöhen läßt. Somit ergibt sich selbst bei einem Wirkungsgrad von nur 50 % der Anordnung eine noch ausreichende Energieversorgung. In den Fig.3 und 4 ist eine zur Ausbildung der Fig.l und abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei am Schlüssel weichmagnetische Bereiche 8 vorgesehen sind. Dementsprechen
5 ist im Zylinder 3 wenigstens ein Permanentmagnet 9 vorgesehen wobei wiederum beim Einführen des Schlüssels mit den weich magnetischen Bereichen 8 der durch die Feldlinien 6 ange deutete Magnetkreis geschlossen wird und eine Flußänderung i den Wicklungen der Spule 7 erzeugt wird.
10.
Die Vorteile der in den Fig.l bis 4 und Fig.21 bis 2 dargestellten Ausführungsformen unter Verwendung eines Linear generators in einer Energieversorgungseinrichtung in eine elektrischen bzw. elektronischen Schloß liegen vor alle
15 darin, daß außer dem Schlüssel keine mechanisch bewegten Teil vorzusehen sind, wodurch sich ein hohes Maß an Zuverlässigkei ergibt. Weiters ist die Ausführungsform sehr klein reali sierbar und kann somit jeder Schloß- und insbesondere jede Zylinder- bzw. Schlüsselform angepaßt werden. Weiters ergib
20 sich auf Grund der Tatsache, daß außer dem Schlüssel kein mechanisch bewegten Teile vorgesehen sind, eine insgesamt seh robuste Ausführungsform.
Neben der Verwendung eines Lineargeneratorε zur Umsetzung vo 5 mechanischer Bewegungsenergie in elektrische Energie sin weiters sogenannte rotierende Generatoren bekannt. in diese Fall werden ein oder mehrere möglichst reibungsarm gelagerte zylindersymmetrische Permanentmagnete bei Einführen de Schlüssels in eine Rotationsbewegung versetzt. Derartige Per 0 manentmagnete sind dabei in den Fig.5 und 6 dargestellt un mit 10 bezeichnet.
In Fig.7 ist wiederum ein Schlüssel 1 mit Permanentmagneten 1 ausgebildet, deren Magnetisierung in Fig.7 angedeutet ist wobei bei Einführen des Schlüssels diese Permanentmagnete 1 als "Reibräder" für den (die) rotierbar gelagerten zylinder symmetrischen Permanentmagnet(e) 10 im Joch 12 des Generator vorbeigeführt werden, wobei eine Spule mit 13 angedeutet ist. Die Magnete 10 rotieren somit in dem weichmagnetischen Joch 12 und erzeugen eine Induktionsspannung in der Spule 13.
Die so erzeugbare Energie kann folgendermaßen abgeschätzt werden:
Die Amplitude der Induktionsspannung ist: ind = ω.A.B.N.
Mit realistischen Werten von ω = 2πl00; A = 2.10~5m2; B = IT; N = 200 ergibt sich für Uin = 2V. Dies bedeutet, daß ähnliche Energiewerte wie mit dem Lineargenerator gemäß der Ausbildung der Fig.l bis 4 erreichbar sind. Auch hier können bei ent¬ sprechend kleinen Generatoren mehrere Systeme im nicht näher dargestellten Zylinder untergebracht werden.
Bei der Ausbildung gemäß den Fig.7 und 8 findet dabei ein "magnetisches Reibrad" Verwendung, wobei die Masse eines Schwungrades 14, wie es in Fig.8 dargestellt ist, über eine magnetische Kupplung mitgenommen wird, welche entsprechend magnetisiert sein muß. Die magnetische Kupplung wird dabei von einem Zusammenwirken der Permanentmagnete 10 und 11 gebildet.
Das Schwungrad 14 sollte dabei eine entsprechend größere Masse aufweisen, damit es seine Drehzahl einige Zeit beibehält. Es funktioniert somit die in den Fig.7 und 8 dargestellte Aus¬ führungsform nach dem Prinzip eines Schwungradgenerators, wo¬ bei eine in einer Schwungmasse gespeicherte Energie nach dem Grundsatz der Drehimpulserhaltung Verwendung findet.
In den Fig.9 und 10 ist eine zu der Ausbildung gemäß den Fig.7 und 8 abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei wiederum am Schlüssel 1 ein entsprechender Permanentmagnet 15 vorge¬ sehen ist, welcher beim Einschieben in Richtung des Pfeiles 16 über die im Zusammenwirken mit dem rotierenden Permanent- magnet 10 gebildete magnetische Kupplung das Schwungrad bzw. die Schwungmasse 14 in Bewegung versetzt. Der Permanentmagnet 10 ist wiederum im Joch 12 gelagert, welchem weiters ein Spule 13 zugeordnet ist.
In Fig.11 ist schematisch die in einem rotierenden Generato erzeugbare Induktionsspannung in Abhängigkeit von der Zei dargestellt.
Die Vorteile eines rotierenden Generators liegen im allge meinen in einem besseren Wirkungsgrad, wobei das Design eine derartigen Generators wohl bekannt ist. Weiters löst ein Konstruktion mit einem Schwungradgenerator, wie er in de Fig.7 bis 10 dargestellt ist, in einem gewissen Ausmaß auc das Problem der Energiespeicherung, auf welches nachfolgen noch eingegangen werden wird.
Wie am Beginn der Figurenbeschreibung kurz erläutert, wird di für den Betrieb eines elektrischen bzw. elektronische Schlosses erforderliche Energie erst benötigt, wenn de -Schlüssel in der Sendeposition ist, d.h. 'wenn er voll in da Schloß eingeführt ist. Bei den bisher dargestellten Aus führungsbeispielen wird die Energie sowohl beim Lineargenera tor als auch beim rotierenden Generator beim Einführen de Schlüssels erzeugt, wobei insbesondere beim Lineargenerato die erzeugte Spannung noch stark von der Geschwindigkeit bei Einführen des Schlüssels abhängig ist. Dies bedeutet, daß di zuerst erzeugte und erst in weiterer Folge benötigte Energi kurzzeitig zwischengespeichert werden muß, wobei Verluste hie bei möglichst zu vermeiden sind. Weiters ergibt sich auf Grun der Tatsache, daß die Höhe der Induktionsspannung und somi der erzeugten verwertbaren Energie von der Einführgeschwin digkeit des Schlüssels abhängt, daß die verfügbare Spannun ohne weiteres um eine Größenordnung variieren kann. Derartig Schwankungen der Parameter bei der Energieversorgung eine elektronischen Schaltung sind jedoch nicht zulässig.
Als Speicher ist entweder ein induktives System geeignet, wi dies in den Fig.12 und 13 dargestellt ist, oder es kann auc ein System mit einem Kondensator Verwendung finden, wie dies in den Fig.14 und 15 dargestellt ist.
Im Falle eines induktiven Speichers ist die Entladekurve, wie sie in Fig.13 dargestellt ist, fast linear. In Fig.12 ist eine entsprechende Schaltung dargestellt, wobei ein Generator allgemein mit 17 und der induktive Speicher mit 18 bezeichnet ist. Die Last ist mit 19 bezeichnet und es sind weiters drei Schalter 20, 21 und 22 dargestellt.
Bei Verwendung eines Kondensatorspeichers ist im Gegensatz zu einem induktiven System die Entladekurve exponentiell, wie dies in Fig.14 dargestellt ist. Für eine entsprechend sichere Funktion würde man jedoch eine konstante Leistung bzw. Spannung benötigen. Eine Langzeitspeicherung von Energie ist für einen Kondensatorspeicher gelöst, wobei dies jedoch nicht für einen induktiven miniaturisierten Schwungradspeicher auf Grund der Reibungsprobleme gilt. Man braucht daher eine elek¬ tronische Schaltung, die aus der exponentiellen Entladekurve gemäß Fig.14 eine konstante Spannung zwischen beispielsweise 2 und 5 V ergibt. Eine mögliche Ausführungsform einer derartigen Schaltung ist dabei in Fig.15 dargestellt, wobei der er¬ reichbare Wirkungsgrad jedoch nicht besser als 50 % sein wird. In Fig.15 ist mit 23 ein Generator bezeichnet, an welchen ein Gleichrichter 24 anschließt, welcher wiederum mit dem Konden¬ satorspeicher 25 verbunden ist. Über eine Spannungsregelung 26 erfolgt die Abgabe einer weitgehend konstanten Spannung an einen Verbraucher 27.
Neben einem elektrischen bzw. elektronischen SpeicherSystem, wie es in den Fig.12 bis 15 schematisch angedeutet wurde, ist jedoch auch ein mechanisches System denkbar, welches ent¬ sprechend vorgespannt wird, um zum richtigen Zeitpunkt, d.h. nach dem Einführen des Schlüssels eine konstante Flußänderung in einem Generator zu .erzeugen. Auf diese Weise könnte man sich ein verlustreiches Regelsystem ersparen, wie dies bei¬ spielsweise in den Fig.12 und 15 dargestellt ist. Es soll somit ein Betätigungsglied eines Generators entweder durch da Einführen des Schlüssels vorgespannt werden und nach Erreiche einer Endposition des Schlüssels eine Auslösung erfolgen Alternativ könnte durch mechanische Mittel eine Vorspannun eines entsprechenden mechanischen Speichers beispielsweise i Form einer Feder erfolgen, welche bei Erreichen der Sendeposi tion des Schlüssels ausgelöst wird. Ausführungsbeispiele die ser Art sind in den Fig.16 und 17 bzw. den Fig.18 bis 20 dar gestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig.16 und 17 wirkt de Schlüssel 1 beim Einführen in Richtung des Pfeiles 28 mi einem Mitnehmer 29 eines Betätigungsgliedes 30 zusammen, au welchem sich Permanentmagnete entsprechend der angedeutete Polarität befinden. Das Betätigungsglied 30 wird gegen di Kraft einer Feder 31 bewegt, wobei mit 32 ein Auslöser bzw Anschlag angedeutet ist. In voll eingeschobener Position de
•
Schlüssels 1, d.h. bei Erreichen des Anschlages 32 durch de Mitnehmer 29, wird das Betätigungsglied 30 ausgeklinkt un entgegen der Einschubrichtung 28 des Schlüssels im Sinne de Pfeiles 33 bewegt. Die Permanentmagnete am Betätigungsglied 3 erzeugen eine Änderung der Feldlinien 34 im Joch 35, wodurc eine Induktionsspannung in der Spule 36 hervorgerufen wird Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Permanent magnete sowie entsprechende Wahl der Feder 31 erfolgt bei de Bewegung des Betätigungsgliedes 30 eine Erzeugung elektrische Energie im gewünschten Ausmaß und zum gewünschten Zeitpunkt so daß auf die in den vorangehenden Figuren dargestellte Regelungseinrichtungen verzichtet werden kann.
Neben der in den Fig.16 und 17 dargestellten Kombination eine Lineargenerators mit einem mechanischen Speicher kann ein ähnliche mechanische Speicherung auch bei einem System mi einem rotierenden Generator Verwendung finden, wie dies in de Fig.18 bis 20 dargestellt ist. Der Schlüssel 1 nimmt wiederu beim Einschieben in Richtung des Pfeiles 28 über eine Mitnehmer 29 ein Betätigungsglied 30 mit Permanentmagnete mit, wobei das Betätigungsglied 30 gegen eine Feder 31 beweg¬ bar ist. Am Ende der Einschubbewegung ist wiederum ein Aus¬ löser 32 vorgesehen. Bei Ausklinken des Betätigungsgliedes 30 und Bewegung entgegen der Einschubbewegung des Schlüssels erfolgt wie bei den rotierenden Generatoren gemäß den Aus¬ bildungen der Fig.7 bis 10 eine Mitnahme jeweils eines rotierenden Permanentmagneten 37 über die mechanische Kopplung mit den Permanentmagneten am Betätigungsglied 30. Der rotie¬ rende Permanentmagnet 37 ist wiederum mit einem Schwungrad bzw. einer Schwungmasse 38 gekoppelt und es erfolgt durch den rotierenden Permanentmagnet 37 wiederum eine Feldänderung in einem Joch 39, wodurch in einer Spule 40 wiederum eine Induktionsspannung erzeugt wird. Auch in diesem Fall wird durch geeignete Wahl der Permanentmagnete sowie der Kraft der Feder zum richtigen Zeitpunkt, d.h. unmittelbar nach vollstän¬ digem Einschieben des Schlüssels, elektrische Energie in aus¬ reichendem Maß und mit den gewünschten Parametern zur Verfü¬ gung gestellt.
In den Fig.21 und 22 ist ein wiederum mit 1 bezeichneter Schlüssel in dem Kern 3 des Schlosses aufnehmbar, wobei das Gehäuse wie bei vorangehenden Ausführungsformen wiederum mit 4 bezeichnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von jeweils einen Generator bildenden Einheiten hin- tereinander angeordnet, wobei die einzelnen Spulen jeweils mit
41 bezeichnet sind. Die Spulen 41 sind um Weichmagnetbereiche
42 angeordnet, wobei anschließend an die Weichmagnetbereiche 42 auch im Kern 3 Weichmagnetbereiche 43 vorgesehen sind, an welche permanen -magnetische Bereiche 44 anschließen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind am Schlüssel weichmagnetische Bereiche 45 vorgesehen, welche in Fig.21 lediglich schematisch angedeutet sind. Die Verschieberichtung des Schlüssels ist in Fig.21 mit 46 bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform ist der als Joch bezeichnete Bau¬ teil 42 von jeweils weichmagnetischen U-förmigen Komponenten gebildet, welche im Schloßgehäuse 4 untergebracht sind. Das weichmagnetische Material soll hiebei eine möglichst hohe Sättigungsinduktion haben, wofür beispielsweise Fe-Si-Bleche eingesetzt werden können, welche auch im Zusammenhang mit Transformatoren verwendbar sind. Im Schloßgehäuse 4 oberhal des Schlüssels werden auch die Induktionsspulen 41 angeordnet. Der magnetische Fluß wird im drehbaren Kern 3 des Schlosses, welcher beispielsweise aus unmagnetischem Material, wie Messing, Neusilber od.dgl., besteht, wieder durch die weich¬ magnetischen Bereiche 43 sowie die Permanent-Magnete 44 über- tragen. Die Permanent-Magnete 44 bestehen aus höchstwertige Material, wobei für die Anwendung eine möglichst hohe Induk¬ tion am Arbeitspunkt erforderlich ist. Es genügt die Anordnung eines Permanent-Magneten entweder im Bereich des Joches oder am Schlüssel, so daß die Bereiche 45 am Schlüssel auch als permanent-magnetische Bereiche ausgebildet sein können. Bei Anordnung von permanent-magnetischen Bereichen im Schlüssel treten in jedem Magnetkreis insgesamt vier Luftspalte auf, wo¬ bei für einen Minimierung der Verluste diese Luftspalte mög¬ lichst klein sein, und insbesondere unter 0,1 mm liegen sollten.
Bei der in den Fig.23 und 24 dargestellten abgewandelten Aus¬ führungsform sind für gleiche Bauteile die Bezugszeichen der vorangehenden Ausführungsform beibehalten worden. Die Aus- bildung gemäß den Fig.23 und 24 unterscheidet sich von der vorangehenden Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Ge¬ neratoren und die Spulen unterhalb des eingeführten Schlüssels im Gehäuse 4 angeordnet sind.
Bei der Ausbildung gemäß den Fig.25 und 26 sind im Gehäuse 4 halbkreisförmige weichmagnetische Jochelemente 47 angeordnet, um welche die Induktionsspulen 48 gewickelt sind. An die bogenförmigen Bereiche 47 schließen sich normal auf die Zylinderachse 58 erstreckende radiale Bereiche 49 ebenfalls aus weichmagnetischem Material an, wobei bei dieser Aus¬ führungsform der magnetische Kreis durch im Schlüssel 1 an¬ geordnete Permanent-Magnete 50 geschlossen wird. Alternati können auch im Bereich der den Magnetkreis schließenden ra¬ dialen Elemente des Joches Permanent-Magnete angeordnet sein, wie dies mit 51 angedeutet ist. Durch Anordnung einer Mehrzahl von Permanent-Magneten 50 hintereinander im Schlüssel werden wiederum in den Induktionsspulen 48 elektrische Spannungen er¬ zeugt. Insgesamt ergibt sich ein sehr geringer Platzbedarf im Zylinder und durch die radiale Anordnung eine geringere mecha¬ nische Belastung des Systems, wobei darüberhinaus mehrere Spannungspulse hintereinander möglich sind.
In den Fig.27 und 28 ist ein axialer mehrpoliger symmetrisch aufgebauter Generator dargestellt, welcher den Ausbildungen gemäß den Fig.21 bis 24 ähnlich ist. Die Induktionsspulen 41 verlaufen wiederum in axialer Richtung des Schlosses und es sind bei dieser Ausführungsform in radialer Richtung zu beiden Seiten des einzuführenden Schlüssels 1 sich in radialer Rich¬ tung erstreckende Jochelemente vorgesehen, wobei durch Bereiche 45 im Schlüssel beim Einführen des Schlüssels im Sinne des Pfeiles 46 wiederum ein Schließen des magnetischen Kreises erfolgt. Die Bereiche 45 des Schlüssels können wie¬ derum aus permanent-magnetischem Material bestehen. Für den Fall, daß die Teilbereiche 45 des Schlüssel aus weichmagne¬ tischem Material bestehen, sind wiederum schematisch per¬ manent-magnetische Bereiche 44 im Bereich des Kernes 3 des Schlosses angedeutet.
In Fig.29 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß den Fig.25 und 26 dargestellt. Hiebei ist als Joch wiederum ein halbkreisförmiger Bogen 52 vorgesehen, an dessen Enden zur Achse des Bogens 52 parallele Bereiche 53 anschließen, welche jeweils von einer Spule 54 umgeben sind. Die radial einwärts- gerichteteii Enden 55 des Joches erstrecken sich hiebei mitsamt den entsprechenden Bereichen 56 im Kern in einer von der Ebene des Bogens 52 verschiedenen Ebene. Zum Schließen des magne- tischen Kreises weist ein einzuführender Schlüssel wiederum entweder permanent-magnetische oder weichmagnetische Teilbe¬ reiche 57 auf, wie dies schematisch in Fig.29 angedeutet ist. Durch die normal auf den Bogen 52 stehenden weichmagnetische Schenkel 53 wird ausreichender Raum für die Induktionsspule 54 zur Verfügung gestellt, um die magnetische Energie optima in elektrische Energie umsetzen zu können. Durch die Anordnun der Induktionsspulen in der Längsachse des Zylinders geling eine optimale Nutzung des in einem Zylinder zur Verfügun stehenden Raumes für die Unterbringung eines Generators Anstelle der permanen -magnetischen Bereiche 57 können i Schlüssel wiederum weichmagnetische Bereiche vorgesehen sein wobei wie in den vorangehenden Ausführungsformen in den Be reichen 56 im Kern permanent-magnetische Bereiche vorgesehe sein müßten. Als Vorteil ergibt sich bei dieser Ausführungs form ein einfacher Aufbau bei großem Spulenraum und ein einpolige Anordnung, wodurch ein geringer Platzbedarf im Ker erforderlich ist. Weiters sind auch bei dieser Ausführungsfor mehrere Spannungspulse hintereinander möglich.
Insgesamt läßt sich somit eine für elektronische Schlösse allgemein verwendbare Energieversorgung schaffen, welche lang fristig einen sicheren und energieautarken Betrieb, d.h. ohn Zuhilfenahme einer externen Energieversorgung mittels Anschlu an einen Netzanschluß oder eine Batterie bzw. einen Akkumula tor, ermöglicht. Es wird somit möglich, ein lediglich elektro nisch kodiertes Schloß zu realisieren, ohne zusätzliche mecha nische Notsperren vorzusehen.
Die vorgeschlagene Energieversorgungseinrichtung unter Ver wendung eines Lineargenerators oder eines rotierenden Genera tors läßt sich ohne weiteres in Schlössern beliebiger Art un auch in Zylinderschlössern jeglicher Bauart unterbringen. E gelingt mit einer derartigen Energieversorgungseinrichtun ohne weiteres, den für den Betrieb sowie die Freigabe de Schlosses erforderliche Mindestenergie von 200 mW auf jede Fall aufzubringen. Weiters reicht die beim Sperrvorgang er zeugte mechanische Bewegungsenergie aus, um das Gesamtsyste mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei dies unabhängi von der Geschwindigkeit der Sperr- bzw. Schließbewegung mög¬ lich ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisches ode 5 elektronisches Schloß (3,4), insbesondere Zylinderschloß, wo bei im Schloß (3,4) ein Generator für die Erzeugung elek trischer Energie oder ein mechanisches Betätigungsglie (30,31) für einen derartigen Generator angeordnet ist, dadurc gekennzeichnet, daß wenigstens ein Generator (5,7;12,13;35,36; 1039,40,41,42,43;47,48,49;52-56) oder das Betätigungsglied bei Einschieben des Schlüssels (1) in Achsrichtung des Schlosse mit dem Schlüssel (1) in eine mechanische und/oder elektro magnetische Wirkverbindung bringbar ist.
152. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da der Generator als Lineargenerator (5,7;35,36,-39,40,41,42,43; 47,48,49;52-56) ausgebildet ist, welcher mit magnetischen bzw. weichmagnetischen Bereichen des Schlüssels (1) bei der Ein schiebebewegung desselben zusammenwirkt.
20
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da der Generator als Schwungradgenerator (12,13) ausgebildet ist, welcher mechanisch oder magnetisch mit dem Schlüssel kuppelba ist.
25
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Generator ein Energiespeicher (25) ver bunden ist, wobei der elektrische Abgriff über eine Spannungsregler (26) mit der Entriegelungseinrichtung und/ode 0 der Schlüssel-Erkennungslogik verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc gekennzeichnet, daß das mechanische Betätigungsglied von eine Feder (31) gebildet ist, welche beim Einstecken des Schlüssel 5 (1) unter Betätigung des Generators entspannbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (5,7;12,13;35,36;39,40,41, 42,43; 7,48,49;52-56) vollständig im Zylinder angeordnet ist.
5 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder wenigstens eine Spule
(7,13,36,40,41,48,54) angeordnet ist und daß der Schlüssel (1) weichmagnetische oder permanent-magnetische Teilbereiche
(2,8,11,15,45,50,57) aufweist, welche bei axialer Verschiebung
10 im Schloß wenigstens einen Spalt eines wenigstens eine Spule tragenden Joches (5,12,35,39,42,43,44,49,52,53,55,56) passie¬ ren.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß 3_ die Spule(n) (7,13,36,40,41,48,54) nahe der oder in der Längs¬ mittelebene ober- und/oder unterhalb des Zylinders angeordnet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, 20 d ß das Joch von einem bogenförmigen Teil (47,52) aus Weich¬ eisen, gegebenenfalls mit Teilbereichen (51) aus permanent-
. magnetischem Material, gebildet ist und wenigstens eine Spule - (48,54) trägt und daß das Joch bezüglich des Zylinders radiale Enden (49,55) aufweist, welche sich bis nahe an den Schlüssel 25 (1) in eingeschobener Lage erstrecken.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radialen Enden (49,55) des Joches quer zur Längs¬ mittelebene des Gehäuses bis nahe zur Längsmittelebene im
-j« Zylinder erstrecken.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennnzeichnet, daß das Joch als halbkreisförmiger Bogen (52) ausgebildet ist, an dessen Enden zur Achse des Bogens (52) und des Zylinders parallele, jeweils wenigstens eine Spule (54) tragende Bereiche (53) anschließen und daß die radial einwärts gerichteten Enden (55,56) des Joches in einer von der Ebene des Bogens (52) verschiedenen, von der Achse des Zylinders durchsetzten Ebene liegen.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurc gekennzeichnet, daß am halbkreisförmigen Bogen (47) in Um- fangsrichtung desselben verlaufende Spulen (48) gewickelt sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurc gekennzeichnet, daß das Joch (42) in der Längsmittelebene des
Gehäuses angeordnet ist und in Achsrichtung des Gehäuses (4) bzw. des Zylinders versetzt angeordnete freie Enden (43,44) aufweist.
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