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Die
Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung mit einem Sperrriegel,
die elektrisch betätigbar
ist.
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Verriegelungseinrichtungen
werden zum Verriegeln von Türen
und Fenstern in Gebäuden,
für Tresore,
für Schubladen
an Möbeln
und ähnlichen Anwendungen
verwendet. Sie weisen in der Regel einen Sperrriegel auf, der mechanisch
oder über
einen Aktor elektrisch betätigt
werden kann.
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Aus
der Druckschrift
EP
0790373 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, bei
der ein Sperrriegel mit Hilfe eines Getriebes bewegt werden kann. Das
Getriebe ist mit einem Elektromotor gekoppelt. Der Sperrriegel weist
eine Zahnstange auf, in die ein Ritzel des Getriebes eingreift,
so dass bei einem Aktivieren des Elektromotors der Sperrriegel bewegt wird.
Das Getriebe und der Elektromotor sind im Wesentlichen senkrecht
zur Bewegungsachse des Sperrriegels angeordnet, so dass die Verriegelungseinheit
viel Platz benötigt.
Bei der Montage der Verriegelungseinrichtung werden umfangreiche
Stemm-, Fräs-
und Bohrarbeiten benötigt,
z.B. in der Tür
bzw. in dem Türrahmen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verriegelungseinrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die Platz sparend aufgebaut ist und einfach montiert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1
sowie durch das Verriegelungssystem nach Anspruch 7 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verriegelungseinrichtung
mit einem Sperrriegel vorgesehen, der ein Innengewinde aufweist.
Ferner weist die Verriegelungseinrichtung einen Stellmotor und eine
Gewindespindel auf, die mit dem Stellmotor gekoppelt ist und die
in das Innengewinde in dem Sperrriegel eingreift, so dass sich bei einem
Rotieren des Stellmotors die Gewin despindel dreht und der Sperrriegel
in Richtung der Längsachse
der Gewindespindel zum Verriegeln bzw. Entriegeln bewegbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung
hat den Vorteil, das die Gewindespindel sich in dem Innengewinde
des Sperrriegels bewegt, und so die Drehung des Stellmotors in eine
translatorische Stellbewegung des Sperrriegels umgesetzt wird, wobei
der dafür
benötigte
Bauraum weitestgehend minimiert ist.
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Es
ist zweckmäßig, dass
der Stellmotor mit der Gewindespindel über ein Getriebe gekoppelt
ist, um das nötige
Drehmoment zum Verstellen des Sperrriegels zu bewirken.
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Vorzugsweise
sind der Stellmotor, das Getriebe, die Gewindespindel und der Sperrriegel
im Wesentlichen in einer Reihe angeordnet. Auf diese Weise lässt sich
die Verriegelungseinrichtung Platz sparend aufbauen und kann vor
allem einfach montiert werden. Insbesondere bei einem runden Querschnitt
der Verriegelungseinrichtung lässt
sich für
die Montage der Verriegelungseinrichtungseinrichtung ein entsprechendes
Loch z.B. durch Bohren herstellen, in das die Verriegelungseinrichtung
in einfacher Weise eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, ist das Getriebe und/oder die Steigung der Windungen
der Gewindespindel so dimensioniert, um eine Selbsthemmung des Sperrriegels
zu erreichen. Auf diese Weise kann der Sperrriegel bei Einwirken
einer Kraft nicht entriegelt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind das Getriebe, der Stellmotor und die Gewindespindel
in einem Gehäuse
aufgenommen, wobei der Sperrriegel in einem entriegelten Zustand zumindest
teilweise in das Gehäuse
und in einem verriegelten Zustand zumindest teilweise aus dem Gehäuse verfahrbar
ist. Zur einfacheren Montage ist das Gehäuse mit einem Flansch versehen,
mit dem die Verriegelungseinrichtung z.B. in einer Tür oder in einem
Türrahmen
montierbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verriegelungssystem
mit einer Steuereinrichtung vorgesehen, die den Stellmotor der Verriegelungseinrichtung
so ansteuert, dass sich der Stellmotor zum Verriegeln in eine erste
Drehrichtung und zum Entriegeln in eine zweite Drehrichtung dreht.
Dazu generiert die Steuereinrichtung vorzugsweise eine Spannung,
um den Stellmotor der Verriegelungseinrichtung zu betreiben. Über die
Polarität
der Spannung kann die erste oder die zweite Drehrichtung vorgegeben
werden.
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Vorzugsweise
weist die Steuereinrichtung einen Stromsensor auf, um beim Verriegeln
oder beim Entriegeln den Wert des Stromes durch den Stellmotor zu
messen und abhängig
von dem Wert des Stromes die Spannung auszuschalten, um den Stellmotor
stromlos zu schalten. Auf diese Weise kann eine Schwergängigkeit
oder ein Blockieren des Sperrriegels bzw. das Erreichen einer Endstellung
erkannt werden und der Stellmotor entsprechend abgeschaltet werden,
um ein Zerstören
des Stellmotors zu vermeiden, den Stromverbrauch zu reduzieren oder
unerwünschte
Geräuschbelästigung
zu verhindern.
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Vorzugsweise
weist die Steuereinrichtung eine Ausgabeeinheit auf, um eine Störung auszugeben,
wenn der Strom durch den Stellmotor auf eine Schwergängigkeit
des Stellmotors oder ein unvollständiges Entriegeln bzw. Verriegeln
oder eine sonstige Störung
hinweist. Eine weitere Ausgabeeinheit ist in der Lage, das Erreichen
der Endstellung beim Ver- bzw. Entriegeln auszugeben.
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Die
Schwergängigkeit
kann erkannt werden, wenn der Betrag des Stromes durch den Stellmotor größer ist
als bei einem ungestörten
Verriegeln oder Entriegeln und kleiner ist als bei einem vollständigen Blockieren
des Stellmotors.
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Die
Steuereinrichtung kann eine Zeitmesseinheit aufweisen, um eine Entriegelungszeitdauer bzw.
Verriegelungszeitdauer zu messen. Das unvollständige Entriegeln bzw. Verriegeln
kann erkannt werden, wenn der Betrag des Stromes vor Ablauf der Entriegelungszeitdauer
bzw. Verriegelungszeitdauer auf einen Wert ansteigt, der bei einem
vollständigen Blockieren
des Stellmotors erreicht wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung
im entriegelten Zustand;
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2 eine
erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung
im verriegelten Zustand;
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3 einen
Querschnitt durch die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung;
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4 eine
Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung;
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5 ein
Verriegelungssystem mit einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung
und einer Steuereinrichtung;
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6 Signalverläufe für eine Spannung
und Strom durch den Stellmotor der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung
bei einem ungestörten Stellverlauf;
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7 die
Signalverläufe
für Spannung
und Strom durch den Stellmotor bei einer Blockierung des Stellmotors;
und
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8 Signalverläufe für Spannung
und Strom durch den Stellmotor bei einer Schwergängigkeit des Sperrriegels.
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In 1 ist
eine Verriegelungseinrichtung in einem entriegelten Zustand dargestellt.
Die Verriegelungseinrichtung weist einen Sperrriegel 1 auf,
der durch einen Stellmotor 3 bewegt werden kann. Der Stellmotor 3 ist
mit einem Getriebe, das sich in dem Gehäuse 5 befindet, gekoppelt,
so dass eine Drehbewegung des Stellmotors 3 in eine translatorische Stellbewegung
des Sperrriegels 1 umgesetzt wird. Der Sperrriegel 3 ist
in dem entriegelten Zustand nahezu vollständig in das Gehäuse 5 verfahren.
Das Gehäuse 5 ist
an einem Ende, an dem der Sperrriegel 3 angeordnet ist
mit einem Flansch 10 versehen, um die Verriegelungseinrichtung
z.B. ein einem Türrahmen,
einem Fensterrahmen, in einem Rahmen für einen Tresor oder ähnlichem
zu befestigen.
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Der
Stellmotor 3, das Getriebe und der Sperrriegel 1 sind
in der dargestellten Ausführungsform
in einer Reihe angeordnet, so dass bei der Montage lediglich eine
entsprechende Bohrung z.B. in dem Türrahmen notwendig ist, um die
Verriegelungseinrichtung einzusetzen. Dazu ist es insbesondere vorteilhaft,
wenn das Gehäuse 5 und
der Stellmotor 3 einen runden Querschnitt aufweisen und
die Bohrung im Wesentlichen dem Durchmesser des runden Querschnitts
entspricht, so dass die Verriegelungseinrichtung in die Bohrung
eingesetzt werden kann.
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In 2 ist
die Verriegelungseinrichtung im verriegelten Zustand dargestellt.
Man erkennt, dass der Sperrriegel 1 beim Verriegeln aus
dem Gehäuse 5 herausbewegt
wird und vorzugsweise durch Eingriff in eine entsprechende Ausnehmung
in der zu verriegelnden Tür
oder Ähnlichem
eingreift und dieses somit verschlossen hält.
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In 3 ist
eine Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung
gezeigt. Man erkennt, dass sich in dem Gehäuse 5 ein Getriebe 13 befindet,
mit dem die Drehbewegung des Stellmotors 3 in eine Drehbewegung
einer Gewindespindel 9 umgesetzt wird. Die Gewindespindel 9 greift
in ein entsprechendes Innengewinde 20 des Sperrriegels 1 ein,
so dass der Sperrriegel 3 bei einer Drehbewegung der Gewindespindel 9 translatorisch, d.h.
in Richtung der Längsachse
des Innengewindes 20 bewegt wird. Das Getriebe 13 und
die Steigung der Windungen der Gewindespindel 9 sind so
gewählt,
dass eine Selbsthemmung des Sperrriegels 1 erreicht wird,
d.h. dass sich bei Druck oder Zug auf den Sperrriegel 1 die
Gewindespindel 9 nicht dreht.
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Das
Getriebe 13 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt, so
dass eine Rotorachse des Stellmotors 3 im Wesentlichen
fluchtend mit der Drehachse der Gewindespindel 9 angeordnet
werden kann. Das Getriebe 13 ist mit dem Gehäuse 5 fest
verbunden und die Gewindespindel 9 in dem Getriebe 13 gelagert,
so dass die Drehachse der Gewindespindel 9 im Wesentlichen
parallel zur Achse des zylinderförmigen
Gehäuses 5 verläuft.
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In 4 ist
die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung
in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Man erkennt, dass das Gehäuse 5 mit
dem Stellmotor 3 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 8 verbunden
wird, so dass der Stellmotor 3 und das Gehäuse 5 einen
im Wesentlichen zylinderförmigen Körper bilden.
Das Getriebe 13 ist in dem Gehäuse 5 aufgenommen,
wobei ein Ritzel 12, das mit der Rotorachse des Stellmotors 3 verbunden
ist, in das in das Gehäuse 5 eingesetzte
Getriebe 13 koppelnd eingreift.
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In
das Gehäuse 5 wird
ein Führungselement 2 eingesetzt,
das zur Führung
des Sperrriegels 1 in Längsrichtung
dient. Das Führungselement 2 weist ein
Anschlagselement 11 auf, der als Anschlag für die entriegelnde
Stellung des Sperrriegels 1 dient. Um in dem Führungselement 2 gehalten
zu werden, weist der Sperrriegel 1 einen Führungsabschnitt 22 auf,
der dem Innenquerschnitt des Führungselements 2 entspricht,
so dass eine Führung
des Sperrriegels 1 durch das Führungselement 2 ermöglicht wird.
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Eine
Anschlagscheibe 4 dient als weiteren Anschlag für den Sperrriegel 1 in
der verriegelnden Stellung. Die Anschlagscheibe 4 blockiert
dabei den Sperrriegel 1, in dem der Führungsabschnitt 22 an der
Anschlagscheibe 4 anliegt.
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Es
ist ein Flansch 10 vorgesehen, der über Schrauben 6 mit
der Anschlagscheibe 4 und dem Gehäuse 5 verbunden werden
kann, so dass die Verriegelungseinrichtung zusammengehalten wird.
Der Flansch weist weitere Schraubenöffnungen 23 auf, um
mit weiteren Schrauben 7 bei der Montage der Verriegelungseinrichtung
in einer entsprechenden Ausnehmung in einem Türrahmen oder Ähnlichem montiert
zu werden.
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Die
in der Explosionsdarstellung dargestellten Einzelteile können teilweise
gemeinsam ausgeführt
werden. So kann z.B. der Flansch 10, die Anschlagscheibe 4,
das Führungselement 2 und
das Gehäuse 5 als
ein einzelnes Bauteil ausgebildet sein, was aus Fertigungsgründen vorteilhaft
wäre.
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In 5 ist
eine typische Montageanordnung für
ein Verriegelungssystem gemäß einer
weiteren Ausführungsform
dargestellt. Das Verriegelungssystem weist eine Verriegelungseinrichtung 14 der
oben beschriebenen Art auf. Die Verriegelungseinrichtung 14 ist
durch einen Türrahmen 17 in
einer Wand befestigt und über
Verbindungsleitungen 16 mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden.
Die in 5 gezeigte Verriegelungseinrichtung 14 dient zum
Verriegeln einer Tür 18,
die eine Verriegelungsausnehmung 19 aufweist, um im verriegelten
Zustand den Sperrriegel 1 aufzunehmen.
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Die
Steuereinrichtung 15 ist von der Verriegelungseinrichtung
getrennt ausgeführt
und lediglich über
die Verbindungsleitungen 16 mit dieser verbunden. Die Steuereinrichtung 15 kann
neben der Tür 18 oder
davon entfernt angeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann Einrichtungen
zur Zugangskontrolle, die aus dem Stand der Technik bekannt sind,
aufweisen, um nur bestimmten Benutzern Zugang zu gewähren. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
dass die Steuereinrichtung 15 eine Zeitschließeinrichtung oder ähnliches
aufweist, um den Zugang nur zu bestimmten Zeiten zu gewähren. Wesentlich
ist, dass die Steuereinrichtung das Verriegeln und Entriegeln der
Verriegelungseinrichtung 14 kontrolliert. Die Steuereinrichtung 15 weist
weiterhin zur Detektion des Stromflusses durch den Stellmotor 3 einen Stromsensor 24 auf.
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In
der dargestellten Ausführungsform
steuert die Steuerungseinrichtung 15 den Stellmotor 3 der Verriegelungseinrichtung 14 über Anlegen
einer Spannung an. Die Polarität
der angelegten Spannung bestimmt die Drehrichtung des Stellmotors
und somit, ob der Sperrriegel 1 in die verriegelnde Stellung
oder in die entriegelnde Stellung gefahren wird. Selbstverständlich kann
der Stellmotor 3 auch als Schrittmotor oder ähnliches
ausgebildet sein.
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Die
Steuereinrichtung 15 überwacht
weiterhin durch eine Auswertung von Strom- und Spannungsverläufen, ob
die gewünschte
Endposition des Sperrriegels 1 erreicht wird, oder ob eine
Störung, z.B.
durch die Blockierung des Riegels während des Verstellens bzw.
eine Schwergängigkeit
des Sperrriegels 1 vorliegt. Durch die elektrischen und
mechanischen Eigenschaften der Verriegelungseinrichtung 14 ergeben
sich charakteristische Signalverläufe, die bei entsprechender
Interpretation durch die Steuereinrichtung 15 Rückschlüsse auf
den Betriebszustand ermöglichen.
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In 6 sind
die Signalverläufe
für die
Spannung und den Strom beim Ansteuern des Stellmotors 3 dargestellt. 6 zeigt
das Ansteuern des Stellmotors 3 mit einer konstanten Spannung über eine
bestimmte Zeit. Der dazu gehörige
Stromverlauf ist darunter dargestellt. Der Stromverlauf lässt sich
in drei Phasen, eine Anfangsphase A, eine Mittelphase B und eine
Endphase C, unterteilen. In einer Anfangsphase A benötigt der
Stellmotor 3 einen Anlaufstrom, der gegenüber dem
normalen Laufstrom des Stellmotors 3 erhöht ist.
Nach der Anfangsphase A geht der Wert des Stroms auf einen mittleren
Wert zurück, wie
mit Bezug auf die Mittelphase B dargestellt wird. Erreicht der Sperrriegel
den Endanschlag, z.B. durch Anschlag des Führungsabschnittes 22 des
Sperrriegels 1 an der Anschlagscheibe 4, so wird
die Drehbewegung des Stellmotors blockiert und der Strom springt
auf einen sehr hohen Wert. Dies ist in der Endphase C des Stromverlaufs
dargestellt. Die Steuereinrichtung detektiert das schnelle Ansteigen
des Stroms und schaltet die Spannung an dem Stellmotor 3 ab,
um eine etwaige Zerstörung
zu vermeiden, die Energieaufnahme zu begrenzen, eine Geräuschentwicklung
des Stellmotors 3 zu vermeiden und dergleichen.
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Die
Steuereinrichtung 15 weist eine Zeitmesseinheit 26 auf,
die die Zeit, während
der der Sperrriegel 1 verstellt wird, misst. Wird eine
Blockierung des Sperrriegels 1 in einer Zeit erreicht,
die unterhalb einer zum Verriegeln bzw. Entriegeln benötigten Zeitdauer
liegt, so wird eine Störung
festgestellt. Eine solche Störung
kann beispielsweise in einer Ausgabeeinheit 27 der Steuereinrichtung 15 ausgegeben
werden oder alternativ über
eine (nicht gezeigte) Datenverbindung an ein Überwachungssystem kommuniziert
werden.
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In 7 sind
die Signalverläufe
für Spannung
und Strom durch den Stellmotor 3 bei einer Blockierung
des Sperrriegels 1 bzw. des Stellmotors 3 dargestellt.
Man erkennt, dass bei Anlegen der Spannung der Strom einen sehr
hohen Wert annimmt und kein Anlaufen des Stellmotors erfolgt, was
durch ein Abfallen des Stromwerts detektierbar wäre. In einer entsprechenden
Phase B erkennt die Steuerein richtung 15 die Blockierung
und schaltet nach einer vorgegebenen Zeitdauer, nach der sicher
erkannt werden konnte, dass der Stellmotor 3 nicht anläuft, die Spannung
ab. Eine Störung
wird z.B. an die Ausgabeeinrichtung 27 der Steuereinrichtung 15 gemeldet.
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In 8 sind
die Signalverläufe
für Spannung
und Strom durch den Stellmotor bei einer Schwergängigkeit des Stellmotors bzw.
des Sperrriegels dargestellt. Während
einer Phase A läuft
der Stellmotor an und nimmt einen anfänglich hohen Wert an, der nach
Ablauf der Anlaufphase A auf einen mittleren Wert abfällt. In
der Phase B erkennt man, dass im Stromverlauf Schwankungen auftreten, die
auf eine Schwergängigkeit
des Sperrriegels bzw. des Stellmotors 3 hinweisen. Solange
der Wert des Stroms jedoch nicht einen Maximalwert erreicht, kann
auf eine weitere Bewegung des Stellmotors 3 geschlossen
werden und die Spannung bleibt an den Stellmotor 3 angelegt.
Tritt dann, wie in Phase C dargestellt, eine Blockierung ein, nimmt
der Strom einen hohen Wert an. Da die Blockierung vor dem Ablauf
einer bestimmten für
das Entriegeln bzw. Verriegeln notwendigen Zeitdauer erkannt wird,
stellt die Steuereinrichtung 15 fest, dass die Endposition
des Sperrriegels 1 nicht vollständig erreicht worden ist. Die
Zeitdauer, die notwendig ist, um eine vollständige Entriegelung bzw. Verriegelung
des Sperrriegels zu erkennen, kann abhängig von dem Stromverlauf sein,
da bei einer Schwergängigkeit
der Verriegelungs- bzw. Entriegelungsvorgang unter Umständen langsamer
abläuft.
Die notwendige Zeitdauer kann beispielsweise abhängig von einem Integrieren
des Stromverlaufs ermittelt werden.