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Title:
METHOD AND ASSEMBLY FOR OPERATING AN ELECTRONICALLY CONTROLLED LOCK OR LOCK CYLINDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/021844
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method and assembly for operating an electronically controlled lock/lock cylinder. The invention does this by virtue of the fact that the lock cylinder (1) contains a microprocessor (16) which, in a preferred embodiment, receives its programme commands via optronic couplers and passes the commands on to a micromotor (12) which is connected to a cam (13) in such a way that it releases the locking pin (3) or locks it in place with virtually no friction so that the actual lock bolt (2), and hence the lock, is or will be opened/closed. In addition, the cam bearing (47) makes so little force necessary that it is possible to power the motor by means of a battery (18) and/or by an accumulator (65) charged using solar cells (66) or inductive currents. With heavy bolt mechanisms, the lock and its associated electromagnets would, of course, be powered by mains current.

Inventors:
SCHREIBER HANS (DE)
Application Number:
PCT/DE1991/000910
Publication Date:
December 10, 1992
Filing Date:
November 19, 1991
Export Citation:
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Assignee:
SCHREIBER HANS (DE)
International Classes:
E05B47/06; G07C9/00; (IPC1-7): E05B47/06; E05B49/00
Domestic Patent References:
WO1985001980A11985-05-09
WO1986004379A11986-07-31
Foreign References:
FR2610033A11988-07-29
US4901545A1990-02-20
EP0196989A11986-10-08
Attorney, Agent or Firm:
Ratzel, Gerhard (Mannheim 1, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Betätigung eines elektronisch gesteuerter Schlosses bzw. Schi ießzyi mαers, dadurch gekennzeichnet. aaß ein bevorzugt zeitlich legitimierter unc programmierte* Schüssel seinen öffnungs oder Sc iießccαe auf cen crcgrammier ten Mikroprozessor mit Speicnereinneuten eines Devorzugter Schlosses und/oder Schließzylinders überscieit, daß cer Schlüssel nach Legitimationsprüfung durch den Mikroprozessor des Schlosses und/oder Schi ießzyi inαers die Bewegung ces/cer Schioßbolzen/s steuert. woDei der Soerrooizen eines oevcrz g genormten Schi ießzyi mαers oevorzugt über einen mit minimaler eiDung gelagerten drenoaren Exzenter " seiner verιr5nrc5 < ιt gesperrt oder freigegeben wird, wozu bevorzugt ein vom Sem1 ie߬ zyimderMikroprozesscr angesteuerter Mikromotor Verwendung finαet, der bevorzugt wie bei quarzgesteuerten ArmDanαuhrεn im Vor und Rücklauf von je 180° arbeitet und seine Energie oevor¬ zugt mindestens einer Batterie oder dergleichen entnimmt und/oder daß als Energiequelle z.B. ein Akkumulator Verwendung iπcet, der über mindestens eine Solarzelle uno/oder über die Inαuκt vιtät mindestens einer Spule mit bewegtem Permanentmagneten. Siccen usw. qeladen wird. Verfahren nach AnsDrucn 1. daduren gekennzeichnet, daß αer vom Schlüssel übertragene Schloßcode mittels Opto¬ koppler und seriell dem Sc loß/Scnl ießzyl inderMikroDrozessor zur Legitimationsprüfung überspielt wird, der letztlich cεi genormten Schließzylindern über den Mikromotor und den Exzenter zum Öffnen und/oder Schließen des Schlosses dient, woDei zzr Schlüssel nur in einer definierten Position in den Schlie.": zylιnder/bolzen einführbar und abziehbar ist, die garantiert, daß der Sperrbolzen in der Schloßboizenfalle ruht. «'erfahren nach mindestens einem αer Ansor cr.e oαer _;. dadurch geκεnnzeιcnnet, daß der Schlüssel aiohanumeπscn zeitlich legitimiert (PINNummer,Timer) wird und daß aus dem Sceicheπnnait seines Mikronrczessors der jeweils aktuelle Scniüssel coαe aufgerufen unα dessen Freigaoe curzr, Tas endr ck oαer analoge Maßnahmen ausgelöst Λi c. wocei cie aufgenommene legitime Information ("öffnen'1, "cf^en". "scr.ließer" zeitlich definiert, realisiert wirc. Bausacz zur Durchführung des «eranrens πacn miπcesters einem αεr Ansorüche 1 3. dadurch geKennzeicnnet, daß der Schlüssel (27) einen auch mitteis gesonderter Prcgrammiervorrichtung (37) programmierbaren Mikroorozessor (28) mit Speic ereinheit/en unc Timer (1C) unα zur In formationsüDertragung im Sinne eines öotcKODDiers mindestens eine .eucntdicde (31), zur Infcrmationsaufnanme (*rcgrammierung; eine hotooiode (32), ein DatenBUSSystem 9; und eine Stromversorgung (17) aufweist, caß er mindestens eine ΞrneDung vorspran > (35) besitz", der'd e mit er.tsorecr.enden Aassoarungen (6,7.3) oes Schiießzylinαers ' P.C seines Schlcßbαizens (2) korrespondiert, daß der Scjl. eßzyiinαer ;1) in seinen Abmessungen genormt ist. daß seine prcgrammieroare Elektronik (16) (Mikroorozessor und Soeicnereinheit/en J bevorzugt üDer mindestens einen zum Beispiel mit Panzergias (5) gesicherten Lichtleiter (4) (Ootokoooleπ bevorzugt Dinar seriell über Fotodioden (15,15') ansteueroar ist, einen Timer und eine separate Stromversorgung 818) besitzt, .vooei cer Mikroprozessor (16) zum Ansteuern eines Mikromotors ( 12; z.3. über Leistungsverstärker (27) dient, der zum Beispiel ιτ 180° Vor und Rücklauf bevorzugt mit einem Exzenter (13, korrespondiert, der letztlich zur FreigaDe. Offenhalten unα Sperren des erfahrensweges des Soerrocizens (3! αeeicπet ist, cer bei abgezogenem Schlüssel durch Federeiement (21) immer auf der Gegenseite des Exzenters > 13) in einer entsprechend geformten Schloßbolzenfalle (Konuεfräsung o. dgl . ) (23) ruht und daß bei schweren Riegelmechanismen die Schlüssel¬ legitimation und der Programmbefehl die Riege iverfahrung bevorzugt über Elektromagnete realisierbar macht, wobei als Stromversorgung Netzstrom und bevorzugt bei Schließzylinder (1) Batteriestrom (18) oder Strom aus einem Akkumulator (65) Verwendung findet, der bevorzugt über mindestens eine Solarzelle (66) und/oder über die Induktivität einer Spule (50) mit integriertem und bewegtem Permanentmagneten (51) aufladbar ist.
Description:
ϊcnlcsses zw. Schließzvlinαers.

Das Sicherheitsbewußtsein unserer Gesellschaft gewinnt einen zunehmenden Stellengrad. Aus diesem Grunde sind eine Vielzahl verschiedener Schließvorrichtungen in Gebrauch, die es gestatten, mechanisch oder mechanisch- e1ektrisch-eiektronisch den Riegelmechanismus einer Schließvorrichtung :u betätigen.

Dabei ist es insbesonαere bei Türen immer noch üblich, einen Schlüssel zu benutzen, der in einen Schi ießzyi inder eingeführt, bevorzugt federge1agerτe Stifte in eine Position bringt, die es erlaubt, das Schloß zu öffnen. Selbstverständlich besteht dabei die Möglichkeit, auch mit einem Schlüssel mehrere Schlösser zu betätigen, was allerdings mit der Gefahr verbunden ist, daß unlegitimierte Benutzer Zugang in unbefugte Bereiche bekommen. Im normalen Sprachgebrauch wird hierbei von einem Generalschlüssel gesprochen.

Für den Hochsicherheitsbereich werden meist Chipkarten benutzt oder es besteht die Möglichkeit, über eine Tastatur einen Code einzulesen, der die Legitimation bestätigt und zum öffnen der Tür führt. Exotische Varianten wie z. B. die Legitimation über einen Fingerabdruck oder über die Augeniris sollen hier nur am Rande erwähnt werden.

Bei Tresoren wiederum ist es immer noch üblich, Zahlenkombinationen über ein entsprechendes Zahlenschloß einzugeben und in Kombination mit einem

konventionellen Schloß, d.h. mit Schlüssel, den ;resor zu öffnen.

Im häuslichen, aber auch im Firmenbereich, ist mit all den vorgetragenen Vorrichtungen der N ' acnteil verbunden, daß der Schlüssel kopiert werden kann, daß er verlustig geht, daß ein Generalschlüssel : . ' nbefugten Zugang :: nicht zulässige Hereiche gestattet uπα daa I etztenάi ich -ine Anhäufung von Schlüssein die Folge ist, iie jeweils ein gewisses Schloß ansprechen oder für eine Schloßkombination geeignet sind.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß mit Ausnahme des Zahlenschlosses und anderer Schloßvariaπten für den Schlüssel eine Einführöffnung .or anαen ist. die wiederum zum Beispiel bei Autos im Winterbetrieb vereisen kann oder die bei boshafter Manipulation oft zum Auswechseln des Schi ießzyi inαers führen muß.

Darüberhinaus spielt speziell im Hochsicherheitsbereich die menschliche Komponente eine große Rolle, insbesondere, wenn unkontrolliert Schlüsselkopien gefertigt werden können.

Mittlerweile hat die Elektronik auch vor Schließanlagen keinen Halt gemacht, so daß wir im Angebot elektronische Schließanlagen finden, die in der Kombination Schlüssel-Schloß den Aufbau von Hierarchien

in Sicherheitsbereichen erlauben und die es ermöglichen, bei Verlust irgendeines Schlüsseis durch den simplen Aufwand des Umprogrammierens den Austausch von Schließzylindern usw. zu umgehen.

Nachteilig bei all diesen elektronischen Vorrichtungen ist jedocn, daß die Tür und damit das Schloß oder cer Schließzylinder mit Strom beaufschlagt werden muß, um die erforderlichen Kräfte für die Riegelmechanismen durch bevorzugt Elektromagnete zu ermöglichen. Auch die Übertragung von zum Beispiel frequenz- oder amplitudenmodulierten Signalen zur Legitimation ist mit einem hohen Stromverbrauch verbunden, der den Gebrauch von zum Beispiel herkömmlichen Batterien nicht sinnvoll erscheinen läßt.

Selbstverständlich ist eine Netzstromzufuhr bei großen Schließanlagen, wie zum Beispiel Banktresoren, erforderlich. Im häuslichen Bereich jedoch stellt sich die Aufgabe, insbesondere im Hinblick auf die genormten Schließzylinder, einen solchen mit elektronischer "Intelligenz" zu versehen und dabei dennoch den Stromverbrauch soweit zu minimieren, daß eine langfristige Benutzung des Schlosses unter Batteriegebrauch ermöglicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher im wesentlichen darin, den bestehenden Normzylinder in seiner Anwendung beim Verriegeln von Türen in seinen Abmessungen zu

belassen, ihn mit elektronischen Bauelementen und Speichereinheiten zu versehen, so daß zum Beispiel für den Firmenbereich Hierarchiestrukturen programmierbar sind und daß letztendlich die Manipulierbarkeit des Ξchl ießzylinders dahingehend minimiert wird, daß auf ---ine Ξinführöf nung für einen Schlüssei verzichtet ••ir .

Dabei dient der verwendete Schlüssel einerseits zur Informationsübertragung und zur Übertragung von Drehmomenten beim Öffnen und Schließen herkömmlicher Ξchließzylinder, andererseits bei schweren Schi ießaniagen lediglich zur Informationsübertragung, wobei der Riegelmechanismus bevorzugt durch Elektromagnete unter Nutzung von Netzstrom erfolgt und daß der Schlüssel letztlich als Medium dient, gespeicherte Informationen ganz oder partiell bevorzugt tiit gesonderter Legitimation zu löschen oder auf andere Datenträger (Schlüssel, Programmiervorrichtungen} zu übertragen.

In bevorzugter Ausführungsform wird dabei die Informationsübertragung auf die entsprechenden Mikroprozessoren im Sinne eines Optokopplers durchgeführt, wobei der Schlüssel mindestens eine Leuchtdiode und das Schloß mindestens eine Fotodiode aufweist, der Schlüssel selbst wiederum bei externer Programmierung durch eine Zusatzvorrichtung mit einer Fotodiode ausgerüstet ist, die von einer Leuchtdiode dieser Zusatzeinrichtung angesprochen wird.

Alpha-nummerische Programmiertasten auf dem Schlüsse1griff sind bereits beschrieben und finden selbstverständlich auch bei einer möglichen Variante Anwendung.

Da speziell für den Anwendungsbereich als genormter Schi ießzyi inder ein Beaufschl gen der Tür oder des Schlosses/Schiießzylinders mit Strom verhindert werden soll , was eine enorme Kostenersparnis nach sich bringt, ist der Schließzylinder selbst mit einer eigenen Stromversorgung in Form von Batterien und/oder Akkumulatoren ausgerüstet, wobei mindestens eine Batterie in standby-Funktion zur Verfügung steht und bevorzugt durch den Mikroprozessor des Schi ießzyi inders aktiviert wird.

Bei dieser Auf abenstellung muß selbstverständlich gewährleistet sein, daß die genannte Batterie eine so lange Nutzungsdauer aufweist, daß es für den Benutzer sinnvoll erscheint, seinen normalen Schließzylinder durch eine elektronische Variante zu ersetzen bzw. daß diese in ihrer Preisgestalung möglicherweise sogar unter der der herkömmlichen Schließzylinder anzusiedeln ist. Optimiert wird der Schließzylinder darüberhinaus mit Verwendung elektrisch/elektronischer Bauelemente wie Solarzellen, Spulen mit bewegten Permanentmagneten durch ihre träge Masse, Kondensatoren, Dioden und Akkumulatoren, die eine Stromnutzung durch Photonen oder magnetische Induktivität ermöglichen.

- b -

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung findet sich in den ergänzenden Verfahrensansprüchen 2-3 and dem Bausatzanspruch •+.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Deichnungen beispielhaft näher erläutert.

Dabei -eigen

Figur 1 eine schematische Darstellung des genormten Schließzylinders,

Figur 1' eine schematische Darstellung eines modifizierten Lichtleiters,

Figur 2 eine Schnittzeichnung des

Schließzylinders im Bereich der Zugfeder,

Figur ? eine schematische Darstellung der

Kombination Schlüssel—Schlüssel- Progra miervorrichtung,

Figur --• eine Detailansicht des Sperrbolzen- Verriegelungsmechanismus ,

Figur r. eine Detailansicht der Verbindung

Exzenter-Mikro otor-Sperrbo1zen,

Figur 6 ein Schaltbild zur Stro (rück)gewinnung über einen Akkumulator.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des genormten Schließzylinders (1) mit seinem Montagegewinde (20) und Riegeielement (36). Der Schloßbolzen (2) mit integriertem Lichtleiter (4) , Panzerglas (5) und hier zwei Fotodioden (15, 15') ist durch Sperrbolzen (3) verriegelt, indem einerseits Federelement (21) Sperrbolzen (3) bevorzugt bündig in die z. B. Konusfräsung (23) von ≤chloßboizen (2 J einzieht, was durch Eingreifen der Federkrallen (22) in Umlauffräsung (11) von Sperrbolzen (3) erreicht wird.

Gleichzeitig ist Mikromotor (12) über seine Motorwelle (14) mit einem exzentrisch angeordneten Bolzenelement (13) so verbunden, daß in der Position "geschlossen" dieses (13) Sperrbolzen (3) in seiner Verfahrbarkeit und damit die Entriegelung von Schloßbolzen (2) verhindert, wobei durch den entsprechend überspielten Öffnungsbefehl über Lichtleiter ( ) dieser derart zum öffnen des Schlosses führt, daß Exzenter '13) durch den entsprechenden Vor- oder Rücklauf von Mikromotor (12) umschwenkt, wobei Mikromotor (12) bevorzugt im Sinne von Armbanduhren-Mikromotoren im 180°-Vor- und Rücklauf mit Stromversorgung (18) arbeitet.

Sollte in der Position "geschlossen" versucht werden, gewaltsam das Schloß zu öffnen, müßte Sperrbolzen (3) den hochfesten Exzenterbolzen (13) zerdrücken, was ein aussichtsloses Unternehmen darstellt.

Wie dargelegt, wird mit Aufsetzen eines legitimierten Schlüssels Mikromotor (12) über Schließzylinder-

- o -

Mikroprozessor (16) aktiviert, der um 180° in die Position "geöffnet" oder "offen' umschlägt. Bevorzugterweise wird dieses Umschlagen zeitlich determiniert, ebenso wie die Position "geschlossen '' verzögert wird, so daß ohne Hektik der eingen liehe Schiießvorgang, d.h. das Drehen -von Schloßbolzen . 1 , iurchgeführt wird.

Es ist bei dieser Variante hervorzuheben, daß bei einer hochfesten und leichten Legierung, wie z.B. Titan, nur minimale Reibungskräfte durch Lagerung (47) zu überwinden sind, die in etwa in den Bereich eines Armbanduhren-Mikromotoren-Drehmomentes reichen. Damit ist gleichzeitig gewährleistet, daß bei denen doch gegenüber einer Armbanduhr geringen Taktzyklen die lange Lebensdauer einer Batterie * 13) erreicht wird, wobei bevorzugt mindestens eine Batterie standby- Funktion besitzt. Auf die Darstellung eines Akkumulatoren wurde hier verzichtet, siehe hierzu Figur 6.

Figur 1' zeigt eine besondere Variante von Lichtleiter *"4). der durch Winkel (24) keilförmig zumindest partiell getrennt und verspiegelt (25) ist., so daß von beiden Seiten, die binäre optische Information an eine •einzige Fotodiode (26) und damit an Schließzylinder- Mikroprozessor (16) weitergeleitet wird, der mit der ntsDrechenden Information Mikromotor (12) ansteuert.

_ Q _

In der Position "geschlossen" wird insbesondere in Abbildung 2 deutlich, daß der Verriegelungsbolzen (3) in seiner Bolzenfalle (23) durch Federelement (21) ruht, so daß ein ffnen des Schlosses durch Drehen von Schloßbolzen (2) wegen Exzenter (13) unmöglich ist.

Figur 3 zeigt eine Kombination von Schlüssel— Schlüsse 1-Programmiervorrichtun . Dabei ist Schlüsse: (27) in Schlüsselgriff (27') und Schlüsselbart (27' ' unterteilt. In der dargestellten Variante dient zur Informationsübertragung Leuchtdiode (31) von Schlüsselbart (27' ') zur Übertragung auf Fotodiode (15, 15') des Schließzylinders (1) und Fotodiode (33) der Schlüssel-Programmiervorrichtung (37), während die Informationsaufnahme des Schlüssels (27) über dessen Fotodiode (32) und die Leuchtdiode (34) der Programmiervorrichtung (37) ermöglicht ist. Der auslösende Befehl zur Informationsübertragung der programmierten (28) Information von Schlüssel (27) erfolgt im dargestellten Beispiel über Druckknopf (29). Wichtig ist bei Schlüssel (27) noch hervorzuheben, daß Vorsprung (35) so mit der Einfräsung (6) und der Umlauffräsung (7) des Schließzylinders (1) sowie der Aussparung (8) des Schloßbolzens (2) korrespondiert. daß dieser (27) auch bei mehreren Vorsprüngen (35) nur so dem Schließzylinder (1) adaptiert wird, daß eine definierte Neutralposition des Schloßbolzens (2) gewährleistet ist, die sichert, daß Sperrbolzen (3) immer in Neutralposition in Sperrbolzenf lle (23) bei abgezogenem Schlüssel ruht. Timer (10), Stomversorgung

(17) und Daten-BUS-System (19) bedürfe keiner weiteren Erläuterung.

Die Schlüssel-Programmiervorrichtung (37) ist darüberhinaus neben dem Daten-BUS-System (43) mit einem Mikroprozessor (38), gegebenenfalls mit Rechenwerk '39*, mit Display <4G), mit Timer *-! . mi einem bevorzugt aipha-nu merischen Tastenfeld *-+2 und mit einer separaten Stromversorgung (44) ausgerüstet, iie -iuch als Solarzelle o. dgi . denkbar ist.

Figur zeigt eine Detailansicht des Sperrboizen- Verriegeiungsmechanismus. Dabei ist ersichtlich, daß durch Führung (9) und Führungselement (9'j Sperrbolzen (3) rotationsstabil gelagert und verfahrbar ist. In der Position 'geschlossen" ist Exzenter 13; so gelagert. daß der Sperrbolzenanschlag (46) bei einem Öffnungsversuch auf Exzenter '13) trifft und daß dieser iurch den gleichen Radius bündig an dessen Oberseite aufliegt und ihn partiell umschließt, daß Exzenter ' 1 aber auch an der Unterseite mit seiner Auflage (70) korrespondiert, so daß durch die Wahl gleicher Radien ein Zerdrücken des Exzenters (13) in der Ausführung als hochfeste Legierung nahezu ausgeschlossen ist. Daneben garaniert Freisparung (45) von Sperrbolzen (3) ein Umschlagen des Exzenters (13) in die Position "geöffnet" oder "offen". Gleichzeitig zeigt Figur •* * • mit Element (Welle) (14) die Verbindung zu Mikromotor (12).

Figur 5 zeigt eine Detai Iansicht der Verbindung Exzenter--Ükroπiotor-Sperrbo1 zen . Dabei ist Figur 5 eine 90°-Schnittzeichnung von Figur 4, wobei ersichtlich ist, daß der Mikromotor (12) über Antriebswelle (14 ' * mit dem Exzenterbolzen (13) verbunden ist. Zur Verminderung unnötiger Reibungskräfte ist in Figur - eine Möglichkeit dargestellt, daß der Exzenterooi zer. ,13) nehezu reibungsfrei rotiert. Dies wird dadurch erreicht, daß er an der, dem Mikromotor 12' abgewandten Seite eine Nade 11agerung (47) aufweist und motorseitig frei dreht. Bei Belastung im Zustand "geschlossen" wird der hier demonstrierte minimierte Zwischenraum zwischen Exzenterbolzen (13) und Exzenterbolzenauflage (70) durch Deformation der Nade 11agerung (47) und durch Motor-Puffer-Lagerung ■' 48} ausgegl chen.

Figur 5 zeigt ein Schaltbild zur Stromi rüc ) ewinnung über einen Akkumulator.

Dabei ist sowohl die Möglichkeit dargestellt, über Solarzelle (66) Photonen (67) einzufangen und in Akkumulator (65) deren Stromumwandlung zu speichern, als auch eine Variante, die derart gestaltet ist, daß ein bevorzugt Permanentmagnet (51) bevorzugt federgelagert (52) derart aufgehängt ist, daß er in Spule (50) bei Beschleunigung (+/-) durch seine träge Masse einen Strom induziert. Dieser wird über verschiedene Leitungssysteme in der dargestellten Variante zwei Kondensatoren (53, 60) zugespielt, wobei diese durch die Dioden (57. 58, 59. 61, 62, 63, 64)

angesteuert werden und letztendiicn über die Widerstände (55, Ξ6) ihre Energie an Akkumulator '65' weiterleiten, der letztendlich In optimierter Ausführung zur batterielosen Steuerung des Mikromotors 12) geeignet Ist.