DE102012216816B3

DE102012216816B3 - Energiesparende Schaltung zur bidirektionalen Kommunikation innerhalb eines Schließzylinders

Info

Publication number: DE102012216816B3
Application number: DE201210216816
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-09-20

Abstract

Ein Schließzylinder für ein Schloss umfasst mindestens ein Gehäuse mit einer relativ zum Gehäuse drehbaren Welle zur Betätigung einer Schließnocke sowie einem ersten Knauf mit einer Elektronikbaugruppe an einem ersten Ende der Welle und einem zweiten Knauf mit einer zweiten Elektronikbaugruppe an dem zweiten Ende der Welle. Eine Signaldurchführung ist zur elektrischen Verbindung der ersten und zweiten Elektronikbaugruppe vorgesehen. Zur Kommunikation weisen die Elektronikbaugruppen jeweils eine Kommunikationsbaugruppe mit einer frequenzselektiven Weiche, einem Sender zum Aussenden von Datensignalen, einem Empfänger zum Empfangen von Datensignalen auf, wobei der Empfänger selbst durch ein Datensignal aktiviert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schließzylinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Schließzylinder hat zumindest ein Gehäuse, wenigstens einen relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse drehbaren Zylinderkern mit wenigstens einem Schließnocken, der bevorzugt drehfest mit dem Zylinderkern verbunden ist. Weiterhin hat der Schließzylinder an jeder Seite einen Knauf, welcher wenigstens eine elektronische Komponente enthält, wobei zwischen den Knäufen ein Leiter zur elektrischen Verbindung der elektronischen Komponenten angeordnet ist.
Stand der Technik
Zum Schließen von Türen werden u. a. sogenannte Kastenschlösser verwendet, die im Fachjargon auch nur kurz als Schlösser bezeichnet werden. Kastenschlösser werden meist von der der Zarge zugewandten Längsseite in ein Türblatt eingeschoben und mit diesem verschraubt. Das Kastenschloss hat in der Regel eine Falle und einen Sperrriegel, die jeweils in komplementäre Ausnehmungen einer Türzarge eingreifen können. Die Falle kann durch einen Drücker die sogenannte Türklinke betätigt werden. Der Sperrriegel wird durch ein separates Bauteil, nämlich einen sogenannten Schließzylinder in die entsprechende Ausnehmung ausgefahren oder in das Kastenschloss eingezogen. Der Schließzylinder hat üblicherweise eine orthogonal zum Türblatt angeordnete Welle mit einem Vorsprung, der auch als Schließbart bezeichnet wird. Wird die Welle gedreht, z. B. durch einen mit der Welle drehfest verbundenen Schlüssel oder einen Schließknauf, dann greift der Vorsprung in eine Ausnehmung eines des Sperrriegels oder einer damit verbundenen Mechanik ein und je nach Drehrichtung der Welle zieht der Schließbart den Riegel zurück oder schiebt ihn vor.
In der DE 10 2005 040 161 wird ein Schließzylinder mit einem Innenknauf und einem Außenknauf beschrieben. Innen- und Außenknauf sind über eine Hohlwelle drehfest miteinander verbunden. Im Außenknauf und im Innenknauf sind jeweils Elektronikbaugruppen angeordnet, die über ein Kabel, welches durch einen Kabelschlitz der Hohlwelle geführt ist, miteinander verbunden sind.
In der DE 197 38 938 A1 ist ein Kastenschloss mit einem elektrisch betätigbaren Riegel beschrieben. Solche Schlösser werden auch als Motorschlösser bezeichnet. Der den Riegel antreibende Motor wird von einer Steuereinheit angesteuert. Sobald sich eine Person mit einem Transponder der Tür nähert, kommuniziert die Steuereinheit mit dem entsprechenden Transponder und überprüft dessen Schließberechtigung. Liegt eine Schließberechtigung vor, steuert sie den Motor an, um den Riegel zurückzuziehen. Das Motorschloss hat einen Akkumulator, der über einen Übertragungstransformator vom allgemeinen Stromversorgungsnetz aufgeladen wird. Die Primärseite des Transformators ist in der Türzarge angeordnet und die Sekundärseite im Schloss. Zudem kann dem Schloss eine Relaisstation 21 zugeordnet sein, die über die schon beschriebene Funkdatenstrecke mit der Steuereinheit kommuniziert.
In der DE 103 41 199 A1 wird eine Vorrichtung zum Empfangen von Signalen zur Steuerung von Funktionen eines Fahrzeugs, konkret zur Betätigung einer Zentralverriegelung, beschrieben. Die Vorrichtung hat eine Antenne, die Signale empfängt, welche von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit verarbeitet werden. Zwischen Antenne und der Auswerteeinheit ist eine Schaltung zur Anpassung der Ist-Impedanz der Antenne an die Eingangs-Impedanz der Auswerteeinheit vorgesehen.
In der EP 1 953 314 A1 ist ein Schließzylinder mit einer zweigeteilten Welle offenbart, bei dem auf jeder Seite der Welle ein Knauf angeordnet ist. Zur Betätigung ist eine elektromechanische Kupplung vorgesehen, die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen der Welle erstellen kann. Diese elektromechanische Kupplung wird durch eine Steuerschaltung betätigt, welche in einem Knauf angeordnet ist. Bevorzugt ist dieser Knauf auf der Innenseite einer Türe angeordnet. Um nun an dem anderen Knauf, welcher bevorzugt an der Außenseite der Türe angeordnet ist, ein Freigabe- bzw. Authentifizierungssignal an diese Steuerelektronik zu übermitteln, ist eine Kommunikationsverbindung zwischen dem äußeren Knauf und dem inneren Knauf notwendig. Da moderne Authentifizierungssysteme, welche beispielsweise einen Schlüsselaustausch verwenden, eine bidirektionale Kommunikation benötigen, müssen auch Informationen in beiden Richtungen übertragen werden. Bei einer solchen Verbindung besteht das Problem, dass jeder Knauf mit einem Teil der Welle gegenüber dem anderen Knauf und gegenüber dem Gehäuse des Schließzylinders drehbar ist. Es kann also kein mehradriges Kabel zwischen den beiden Knäufen verlegt werden. Vielmehr muss ein Drehübertrager, beispielsweise als Schleifkontaktanordnung eingesetzt werden. Hierbei bietet es sich an, das Gehäuse des Schließzylinders als Bezugsleiter und einen zentrisch in der Welle angeordneten Leiter als Signalleiter zu verwenden. Ein solcher zentrisch angeordneter Leiter kann auf einfache Weise, bevorzugt mittels eines Steckerstifts und einer hierzu passenden Kupplung drehbar ausgeführt werden. Somit stehen ein Signalleiter und eine Referenzleitung (Masse) zur Verfügung. Für weitere Leiter wäre ein relativ komplexes, teures und wartungsanfälliges Schleifkontaktsystem notwendig. Daher muss zur Kommunikation ein bidirektionales Kommunikationsprotokoll verwendet werden, mit dem über einen Signalleiter Daten und bevorzugt auch elektrische Energie in entgegengesetzten Richtungen übertragen werden können.
Zur bidirektionalen Kommunikation mit nur zwei Leitern sind verschiedene Bussysteme bekannt. Ein solches Bussystem (CAN-Bus) ist beispielsweise offenbart in der DE 39 01 589 A1 . Nachteilig an einem solchen Bussystem ist der relativ hohe Stromverbrauch in einer Größenordnung von mehreren Milliampere. So sollen Schließzylinder bevorzugt mit Batterien betrieben werden, sodass eine aufwendige Installation von Stromzuführungsleitungen entfällt. Damit funktioniert ein batteriebetriebenes Schloss auch bei Stromausfall. Derartige batteriebetriebene Schlösser sollen ohne Batteriewechsel über mehrere Jahre einsatzfähig bleiben. Daher sollte die Ruhestromaufnahme des Schließzylinders in der Größenordnung der Selbstentladung der Batterie liegen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation zwischen zwei Knäufen eines Schließzylinders derart auszugestalten, dass eine bidirektionale Kommunikation in einem Zweileitersystem ermöglicht wird, wobei die Stromaufnahme der Kommunikationseinrichtung minimiert wird, um eine möglichst lange Batterie-Lebensdauer zu erreichen. Weiterhin soll durch die Kommunikationsverbindung eine Stromversorgung von einer in einem ersten Knauf angeordneten Batterie in einen zweiten Knauf erfolgen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einschaltzeiten der internen Kommunikationseinrichtung innerhalb eines Schließzylinders relativ kurz im Vergleich zu den Ruhezeiten sind. So muss in der Regel nur zur Authentifizierung vor dem Betätigen eines Schlosses eine Kommunikation erfolgen. Möglicherweise erfolgt eine weitere Kommunikation nach Abschluss des Betätigungsvorgangs. In den Zeiten zwischen diesen Betätigungen ist in der Regel keine Kommunikation notwendig. Gleichzeitig wird aber eine minimale Ruhestromversorgung der elektronischen Baugruppe in dem zweiten Knauf benötigt. Daher befasst sich ein Aspekt der Erfindung insbesondere mit der Reduzierung der Ruhestromaufnahme.
Ein Schließzylinder in einem Gehäuse umfasst eine bevorzugt zweigeteilte Welle zur Betätigung eine Schließnocke (auch Schließbart genannt) sowie einen ersten Knauf an einem ersten Ende der Welle und einen zweiten Knauf an einem zweiten Ende der Welle. Der erste Knauf weist eine erste Elektronikbaugruppe auf. Der zweite Knauf weist eine zweite Elektronikbaugruppe auf. Bevorzugt ist der erste Knauf zur Anordnung an der Außenseite einer Türe vorgesehen und weist daher in der Elektronikbaugruppe bevorzugt eine Leseeinheit auf, welche beispielsweise zur Kommunikation mit einem elektronischen Schlüssel wie beispielsweise einem Transponder oder einem RFID-System geeignet ist. Diese Leseeinheit kann insbesondere mit einem solchen Transponder oder RFID-System Schlüssel und/oder andere Authentifizierungsinformationen austauschen. Der zweite Knauf ist bevorzugt zur Anordnung an der Innenseite einer Türe vorgesehen und weist daher bevorzugt diejenigen Komponenten auf, die vor einem äußeren Zugriff geschützt sein sollten bzw. müssen, und welche nicht zwingend zur Kommunikation mit dem elektronischen Schlüssel an der Außenseite einer Türe angeordnet sein müssen. Solche Komponenten sind beispielsweise eine Auswerteeinheit, eine Steuereinheit zur Steuerung eines elektromechanischen Aktuators zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens einem der Knäufe und der Schließnocke, oder auch eine Stromversorgung, wie beispielsweise eine Batterie. Grundsätzlich können auch noch weitere Bedien- und Anzeigeelemente, wie Schalter, Kontakte, Displays oder LEDs wahlweise an dem ersten Knauf und/oder dem zweiten Knauf vorgesehen sein. Zur Kommunikation, insbesondere zur Authentifizierung ist eine Signaldurchführung zur elektrischen Verbindung der ersten Elektronikbaugruppe mit der zweiten Elektronikbaugruppe bevorzugt innerhalb der Welle vorgesehen. Es handelt sich hierbei bevorzugt um eine einpolige drehbare Verbindung, welche die Drehbewegung der Knäufe gegeneinander sowie gegenüber dem Gehäuse des Schließzylinders zulässt. Weiterhin können Elektronikbaugruppen über die Welle und/oder das Gehäuse miteinander verbunden sein. Üblicherweise wird die Welle mit dem Gehäuse aufgrund ihrer Lagerung in elektrischem Kontakt stehen.
Zwischen den Elektronikbaugruppen werden elektrische Energie zur Stromversorgung bzw. Energieversorgung und digitale Signale übertragen. Bevorzugt wird die Stromversorgung bzw. Batterie der zweiten Elektronikbaugruppe die erste Elektronikbaugruppe speisen. Ebenso wäre eine Speisung in umgekehrter Richtung, beispielsweise als externe Notstromversorgung möglich. Es muss hier also ein kontinuierlicher, aber geringer Gleichstrom von der zweiten Elektronikbaugruppe zur ersten Elektronikbaugruppe übertragen werden. Weiterhin müssen über die Signaldurchführung bzw. die Welle und/oder das Gehäuse elektrische Signale bzw. Daten in beiden Richtungen übertragen werden. Hierzu weist wenigstens eine der beiden Elektronikbaugruppen wenigstens eine Kommunikationsbaugruppe mit den zur Kommunikation notwendigen Komponenten auf. Bevorzugt sind identische oder ähnlich aufgebaute Kommunikationsbaugruppen auf jeder Elektronikbaugruppe vorhanden. Zunächst ist eine frequenzselektive Weiche erforderlich, welche eine Trennung des zur Energieversorgung bzw. -speisung der Elektronikbaugruppen verwendeten Gleichstroms von den Signalen bzw. Daten, die höhere Frequenzanteile aufweisen, vornimmt. Grundsätzlich kann zur Speisung anstelle eines Gleichstroms ein niederfrequenter Wechselstrom verwendet werden. Wesentlich ist ein signifikanter Unterschied in den Frequenzbereichen zwischen der Energieversorgung und den Daten, um eine einfache Trennung zu ermöglichen. Weiterhin weist die wenigstens eine Elektronikbaugruppe einen Sender zur Aussendung von Datensignalen und/oder Empfänger von Datensignalen auf. Um die gesamte Stromaufnahme der Anordnung zu reduzieren, wird der Empfänger erst durch Datensignale an seinem Eingang aktiviert und kann dann mit dem Empfang und der Auswertung der Datensignale beginnen.
Besonders bevorzugt erfolgt die Aktivierung wenigstens eines Empfängers durch Verschiebung eines Arbeitspunkts des Empfängers. So haben Untersuchungen gezeigt, dass gerade Netzwerke, wie Spannungsteiler, die zur Festlegung eines Arbeitspunktes verwendet werden, einen hohen Anteil an der gesamten Stromaufnahme der Empfängerschaltung haben. Damit die Stromaufnahme der Empfängerschaltung in einer Größenordnung der Selbstentladung einer Batterie liegt, muss diese in der Größenordnung von Mikroampere bzw. Nanoampere liegen. Ein typisches Spannungsteilernetzwerk zur Verschiebung bzw. Einstellung des Arbeitspunktes einer Eingangsstufe benötigt einen deutlich höheren Strom. Daher wird zur Aktivierung des Empfängers ein solches Netzwerk aktiviert und im Ruhezustand des Empfängers deaktiviert.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn wenigstens ein Empfänger sich nach Empfang von Datensignalen selbst deaktiviert. Somit geht der Empfänger automatisch wieder in einen energiesparenden deaktivierten Zustand über. Besonders günstig ist, wenn sich ein Empfänger selbst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit und/oder nach Ablauf einer zufälligen Zeit deaktiviert. Alternativ und/oder zusätzlich kann ein Empfänger auch durch ein Steuersignal von einer der Elektronikbaugruppen deaktiviert werden. Selbstverständlich kann ein Empfänger auch durch eine externe Schaltung, wie beispielsweise einen Mikrocontroller deaktiviert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein Empfänger eine steuerbare Ruhestromschaltung auf, welche zur Aktivierung des Empfängers einen vorgegebenen Ruhestrom in einem der Empfänger einstellt. Hierdurch kann beispielsweise zur Aktivierung des Empfängers ein höherer Ruhestrom einer Eingangsstufe oder einer Schaltstufe eines Empfängers eingestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein Empfänger eine steuerbare Vorspannungsquelle auf, die zur Aktivierung des Empfängers einen Teil des Empfängers mit einer vorgegebenen Vorspannung versorgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Empfänger durch einen elektronischen Schalter, insbesondere durch einen FET und besonders bevorzugt durch einen MOSFET aktiviert wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der elektronische Schalter durch ein Zeitglied gesteuert wird. Besonders günstig ist es, wenn das Zeitglied durch einen Ausgang eines Empfängers gesteuert wird.
Die Erfindung wurde hier am Beispiel einer bidirektionalen Kommunikationseinrichtung beschrieben. Selbstverständlich kann für den Fall, dass nur eine bidirektionale Kommunikation d. h. eine Kommunikation in eine Richtung benötigt wird, eine erste Kommunikationsbaugruppe mit einem Sendeteil und eine zweite Kommunikationsbaugruppe mit einem Empfangsteil verwendet werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht eines Schließzylinders 10, dargestellt im Schnitt.
2 zeigt das Schaltbild einer Kommunikationsbaugruppe.
3 zeigt das Blockschaltbild einer Kommunikationsbaugruppe.
4 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannung am Empfängereingang in zwei Diagrammen.
5 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannung am Empfängereingang mit geänderter Zeitskalierung.
In 1 ist eine Seitenansicht eines Schließzylinders 10 im Schnitt dargestellt. Im Gehäuse 18 ist eine Welle 12 gelagert. Diese Welle kann einteilig oder auch mehrteilig sein. Besonders bevorzugt ist sie mehrteilig, wobei die verschiedenen Teile durch eine elektromechanische Kupplung miteinander kraftschlüssig verbunden werden können. Diese Kupplung ist hier nicht dargestellt. Zur Betätigung eines Schlosses ist eine Schließnocke (Schließbart) 19 mit der Welle 12 oder einem Teil dieser Welle verbunden. An einem ersten Ende Welle 12 ist ein erster Knauf 11 angeordnet. Dieser Knauf ist bevorzugt an einer Außenseite einer Türe angeordnet und ermöglicht bei geschlossener Kupplung durch Drehung eine Betätigung des Schließzylinders und somit ein Öffnen eines Schlosses. Im Inneren des ersten Knaufs ist eine erste Elektronikbaugruppe 15 angeordnet, welche bevorzugt eine Leseeinheit zur Kommunikation mit einem elektronischen Schlüssel, z. B. einen Transponder oder RFID-Chip aufweist. An dem anderen Ende der Welle 12 ist ein zweiter Knauf 13 angeordnet, der sich bevorzugt auf der Innenseite einer Türe oder eines Schlosses befindet. Innerhalb dieses zweiten Knaufs ist eine zweite Elektronikbaugruppe 16 angeordnet, welche bevorzugt diejenigen elektronischen Komponenten aufweist, die in einem geschützten Bereich anzuordnen sind, beispielsweise eine Steuereinheit und/oder eine Stromversorgung, beispielsweise eine Batterie. Alternativ können die geschützt anzuordnenden Elektronikkomponenten auch in einem anderen Teil des Schließzylinders oder außerhalb der Schließzylinder angebracht werden. Zur elektrischen Verbindung der ersten Elektronikbaugruppe mit der zweiten Elektronikbaugruppe ist eine Signaldurchführung vorgesehen, welche besonders bevorzugt drehbar ist und eine Drehbewegung des ersten Knaufs gegenüber dem zweiten Knauf sowie gegenüber dem Gehäuse ermöglicht.
Die 2 zeigt das Schaltbild einer Kommunikationsbaugruppe. Bevorzugt ist eine solche Kommunikationsbaugruppe Bestandteil der ersten Elektronikbaugruppe und/oder der zweiten Elektronikbaugruppe. Besonders bevorzugt weisen die erste Elektronikbaugruppe und die zweite Elektronikbaugruppe identische Kommunikationsbaugruppen auf. Die Kommunikationsbaugruppen sind mittels der Signaldurchführung 17 über ihren Anschlusspunkt (Sig) 106 miteinander verbunden. An diesem Punkt wird über eine Koppelinduktivität 110, ein Gleichstrom bzw. ein niederfrequentes Signal aus der Stromversorgung (V_CC) 101 eingekoppelt. Dies kann beispielsweise eine Batteriespannung sein. Die Signale vom Sender bzw. zum Empfänger werden über eine für hochfrequente Signale durchlässige Koppelkapazität 111 an den Anschlusspunkt (Sig) 106 angekoppelt. Hierbei werden die Sendesignale durch einen Sender 120 erzeugt. Dieser erhält die zu sendenden Signale über den Eingang (Tx) 103, beispielsweise von einem Mikrocontroller. Die Freigabe des Senders erfolgt über einen Freigabeeingang (En) 104. So kann der Sender zur Energieeinsparung in den Zeiten, in denen kein Signal gesendet, das heißt in denen beispielsweise ein Signal empfangen oder auch kein Signal gesendet wird, abgeschaltet werden. Parallel mit dem Senderausgang ist der Empfängereingang verbunden. Der Empfänger weist einen Empfangsschaltkreis 130 auf, welcher beispielsweise ein Komparator und/oder Verstärker sein kann. Zur Einstellung eines günstigen Arbeitspunktes ist ein Vorspannungsnetzwerk vorgesehen. Dieses besteht aus einem ersten Widerstand 134 sowie einem zweiten Widerstand 136. Während der erste Widerstand 134 permanent mit der Vorspannung (V_B) 102 verbunden ist, wird der zweite Widerstand 136 nach Bedarf zur Aktivierung des Empfängers mit Masse 107 verbunden durch den MOSFET 135. Die Vorspannung (V_B) ist bevorzugt eine geregelte Spannung, welche niedriger als die Versorgungsspannung (V_CC) ist. Sie kann auch die Betriebsspannung des Empfängers und/oder Senders sein. Der MOSFET wird durch einen Ausgang der Empfängerschaltung, hier entsprechend dem Empfängerausgang in Verbindung mit dem Verzögerungsnetzwerk 131, 132, 133 gesteuert. Dadurch, dass im Ruhezustand der Empfängereingang durch den Widerstand 134 auf einen hohen Signalpegel (High-Pegel) gezogen wird, ist auch das Ausgangssignal des Empfängerschaltkreises 130 auch auf einem hohen Pegel, sodass die Diode 131 sperrt. Folglich wird auch das Gate des MOSFET 135 (hier ein P-Kanal MOSFET) über den Widerstand 132 auf einen hohen Signalpegel gezogen, sodass dieser sperrt und somit die Verbindung über den Widerstand 136 trennt. Dies resultiert hier in einem stabilen Ausgangszustand, bei dem der Empfänger einen logischen High-Pegel abgibt. Wird nun das erste Signal über die Koppelkapazität 111 empfangen, so wird mit der ersten negativen Flanke der Empfängerschaltkreis 130 ein niedriges Ausgangssignal (Log-Pegel) erzeugen, wodurch über die Diode 131 der Kondensator 133 entladen wird. Somit liegt eine relativ niedrige Spannung (ca. 0,5 Volt) am Gate des MOSFET 135 an, wodurch dieser durchschaltet und den Eingang des Empfängers über den Widerstand 136 mit Masse verbindet. Durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 134 und 136 ergibt sich nun ein neuer Arbeitspunkt des Empfängers, welcher solange aufrechterhalten bleibt, bis keine weiteren Eingangssignale empfangen werden. Bleiben die Eingangssignale aus, so kann der Kondensator 133 nicht regelmäßig über die Diode 131 entladen werden. Folglich lädt sich der Kondensator 133 über den Widerstand 132 allmählich wieder auf und erzeugt eine höhere Gate-Spannung für den MOSFET 135, sodass dieser sperrt. Dadurch wird der Empfänger wieder durch den Widerstand 134 auf einen hohen Signalpegel gezogen und nimmt einen stabilen Zustand mit einem High-Signal am Ausgang ein. Dadurch ist der Empfänger deaktiviert. Durch die im Ruhezustand höhere Eingangsspannung des Empfängers ergibt sich auch eine hohe Störfestigkeit des Empfängers. Somit kann dieser nicht versehentlich durch Rauschen oder Störungen aktiviert werden.
Durch den Einsatz dieser Schaltung ergibt sich eine wesentliche Reduzierung der Stromaufnahme zu den Zeiten, zu denen der Empfänger abgeschaltet ist. Bei abgeschaltetem Empfänger fließt kein Ruhestrom durch die Schaltung, da der FET 135 sich ein einem gesperrten Zustand befindet. Erst im aktivierten Zustand kann ein Strom durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 134, 136 fließen. Diese Schaltung des Spannungsteilers erlaubt nun eine Dimensionierung des Spannungsteilers aus den Widerständen 134 und 136 mit zur Signalübertragung angepassten Werten. Insbesondere kann die Zeitkonstante aus der Kapazität 111 und dem Spannungsteiler optimiert werden. So kann sich beim Einschalten des MOSFET 135 nicht sofort der durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 134 und 136 vorgegebene Spannungswert einstellen. Es muss hier noch die Koppelkapazität 111 entsprechend umgeladen werden. Somit ergibt sich eine Zeitkonstante τ = C 111 × (R 134 || R 136), also dem Produkt aus der Kapazität 111 und dem Wert der Parallelschaltung der Widerstände 134 und 136. Um diese Zeitkonstante nicht zu groß werden zu lassen, müssen die Widerstände 134 und 136 klein dimensioniert werden, was wieder im Widerspruch zur Dimensionierung im Sinne einer niedrigen Stromaufnahme steht. Durch den geschalteten Spannungsteiler ist nun erstmalig eine solche Optimierung möglich, da die Betriebszeiten, das heißt die Zeiten, in denen eine Datenübertragung erfolgt, im Vergleich zu den Ruhezeiten relativ gering sind, und so eine relativ hohe Stromaufnahme zu Zeiten der Datenübertragung vernachlässigbar ist. Eine zu hohe Zeitkonstante würde in diesem Schaltungsteil zu einem zu langen Einschwingvorgang führen, sodass dadurch eine Vielzahl von Bits verloren gehen würde, was zu Übertragungsfehlern führen könnte, bzw. in einer durch eine extreme Verlängerung der Kommunikationszeit deutlich vergrößerten Stromaufnahme resultieren würde.
In 3 ist das Blockschaltbild einer Kommunikationsbaugruppe dargestellt. Eine frequenzselektive Weiche 140 koppelt frequenzselektiv den Signaleingang 106 mit dem Anschluss der Spannungsversorgung 101 sowie mit dem Sender 141 bzw. dem Empfänger 142. Der Empfänger 142 ist mit einer gesteuerten Vorspannungsschaltung (Bias-Schaltung) 143 verbunden, welche eine Vorspannung aus einer Spannung VB am Anschluss Vorspannung 102 mit Bezug auf Masse 107 erzeugt. Diese Schaltung wird durch das Ausgangssignal vom Ausgang 105 des Empfängers gesteuert. Alternativ kann diese Schaltung auch von einer Steuereinheit, wie beispielsweise einem Mikrocontroller gesteuert werden. Diese Vorspannungsschaltung kann eine zusätzliche Schaltung zum Empfänger, oder aber auch Bestandteil des Empfängers selbst sein.
4 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannung am Empfängereingang. Im oberen Diagramm ist die mittlere Gleichspannung am Eingang des Empfängers ohne Berücksichtigung der Schwankungen durch ein Datensignal am Empfängereingang 108 dargestellt. Im unteren Diagramm ist zeitlich korreliert das Ausgangssignal des Empfängers am Empfängerausgang 105 dargestellt. Für die Spannung am Empfängereingang 108 sind beispielhaft die Spannungswerte in Volt angegeben, während am Ausgang die logischen Signalpegel 0 (logisch Low) bzw. 1 (logisch High) angegeben sind. Die zeitliche Skalierung kann je nach Zeitkonstanten bzw. Datenraten variieren. Sie wird typischerweise jedoch im Millisekundenbereich oder Sekundenbereich liegen. Für die Spannung am Empfängereingang sind noch drei Spannungswerte eingetragen. Dies ist die untere Empfängerschaltschwelle V_TL sowie die obere Empfängerschaltschwelle V_TH und die Vorspannung VB.
Der Empfänger ist bevorzugt ein Komparator mit einer Hysterese, welche eine untere Schaltschwelle V_TL und eine obere Schaltschwelle V_TH aufweist. Sobald das Eingangssignal unter die untere Schaltschwelle V_TL sinkt, wird dieser bevorzugt einen Low-Pegel abgeben, und wenn das Eingangssignal über die Schaltschwelle V_TH steigt, wird dieser einen High-Pegel abgeben. Diese Hysterese dient zur Erhöhung der Störfestigkeit und zur Rauschunterdrückung. Selbstverständlich kann auch hier eine Schaltung ohne Hysterese eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, eine Anordnung derart auszugestalten, dass im Ruhezustand eine Eingangsspannung unter der unteren Schaltschwelle des Komparators am Empfänger anliegt und dieser beispielsweise ein Low-Signal erzeugt. Es wären hier entsprechend nur die Polaritäten der Diode sowie des MOSFET zu ändern. Weitere Ausführungsformen schließen beispielsweise auch einen invertierenden Verstärker bzw. Komparator 130 ein. Es müssten hier lediglich auch die Polaritäten der Schaltung entsprechend angepasst werden.
Im Ruhezustand 200 hat die Empfängereingangsspannung einen relativ hohen Wert über der oberen Schaltschwelle V_TH, bevorzugt nahe der Spannung V_B. Mit Beginn der Kommunikation wird der Schalter bzw. MOSFET 135 aktiviert und schaltet den Spannungsteiler aus den Widerständen 134 und 136 so, dass die mittlere Empfängereingangsspannung auf einen Wert 202, welcher bevorzugt zwischen den beiden Schaltschwellen des Empfängers V_TH und V_TL liegt. Es können hier Daten übertragen werden. Das Zeitintervall, in dem dieser Wert 202 anliegt, könnte beispielsweise im Bereich von 1 ms bis 1 Sekunde liegen. Nach Abschluss der Kommunikation wird der MOSFET 135 abgeschaltet und die Empfängereingangsspannung wird im Bereich 203 im Verlauf einer e-Funktion sich wieder der Spannung VB annähern.
In der 5 ist ein Zeitdiagramm der Spannung mit Signalen am Empfängereingang dargestellt. Auch hier sind in den Zeitdiagrammen entsprechend der vorhergehenden Figur die Spannung am Komparatoreingang sowie am Komparatorausgang/Empfängereingang sowie am Empfängerausgang dargestellt. Anstelle der zuvor dargestellten mittleren Eingangsspannung bzw. der Vorspannungswerte sind hier nun die vollständigen Eingangsspannungen mit Signalen dargestellt. Um die Signalverläufe besser zeigen zu können, ist wurde hier eine Dehnung der Zeitskalierung, beispielsweise im Mikrosekundenbereich vorgenommen. Im Ruhezustand ist die Empfängereingangsspannung 220 ähnlich wie in der vorhergehenden Figur im Ruhezustand 200 auf einem hohen Signalpegel. Das korrespondierende Ausgangssignal ist logisch high 230. Beim Empfang der ersten negativen Signalflanke 221 wird nach dem Unterschreiten der unteren Schaltschwelle V_TL die Ausgangsspannung auf einen Low-Pegel 233 geschaltet. Hierbei wird gleichzeitig der MOSFET und damit die Spannungsteilerschaltung aus den Spannungsteilerwiderständen 134 und 135 aktiviert, was zu einer weiteren Absenkung der Empfängereingangsspannung im Bereich 222 bis zur niedrigen Empfängereingangsspannung 223 führt. Das Eingangssignal bleibt nun während des Zeitintervalls der Spannung 223 unterhalb der negativen Schaltschwelle. Sobald nun eine positive Signalflanke 224 den Eingang erreicht, wird die Eingangsspannung wieder ansteigen. Nach dem Sie die positive Schaltschwelle V_TH überschritten hat, wird der Empfänger ein logisches high als Ausgangssignal 235 abgeben. Nach der hohen Empfänger Eingangsspannung 225 folgen weitere negative Flanken 226 mit einer niedrigen Empfänger Eingangsspannung 227, einer weiteren positiven Signalflanke 228 und einer hohen Empfänger Eingangsspannung 229. Die daraus resultierenden Ausgangssignale sind die Signale 235, 237 und 239, welche zeitlich hiermit korrelieren.
Bezugszeichenliste

10: Schließzylinder
11: erster Knauf
12: Welle
13: zweiter Knauf
15: erste Elektronikbaugruppe
16: zweite Elektronikbaugruppe
17: Signaldurchführung
18: Gehäuse
19: Schließnocke
101: Anschluss Spannungsversorgung
102: Anschluss Vorspannung
103: Anschluss Sendesignal
104: Anschluss Senderfreigabe
105: Anschluss Empfängerausgang
106: Anschlusspunkt Signal
107: Masse
108: Empfängereingang
110: Koppelinduktivität
111: Koppelkapazität
120: Sender
130: Empfangsschaltkreis
131: Diode
132: Widerstand Zeitglied
133: Kapazität Zeitglied
134: erster Widerstand Vorspannung
135: MOSFET
136: zweiter Widerstand Vorspannung
140: frequenzselektive Weiche
141: Sender
142: Empfänger
143: Vorspannungsschaltung (Bias-Schaltung)
200: Empfängereingangsspannung Ruhezustand
201: Empfängereingangsspannung Beginn der Kommunikation
202: Empfängereingangsspannung während der Kommunikation
203: Empfängereingangsspannung nach Abschluss der Komm.
210: Empfängerausgangsspannung Ruhezustand
212: Empfängerausgangsspannung während der Kommunikation
213: Empfängerausgangsspannung nach Abschluss der Komm.
220: Empfängereingangsspannung Ruhezustand
221: erste negative Signalflanke
222: Absenkung der Empfängereingangsspannung
223: niedrige Empfängereingangsspannung
224, 228: positive Signalflanke
225, 229: hohe Empfängereingangsspannung
226: negative Signalflanke
227: niedrige Empfängereingangsspannung
230, 235, 239: Ausgangsspannung High-Pegel
233, 237: Ausgangsspannung Low-Pegel

Claims

Schließzylinder (10) für ein Schloss, mit – zumindest einem Gehäuse (18), – einer relativ zu dem Gehäuse (18) drehbaren Welle (12) zur Betätigung einer Schließnocke (19), – einem ersten Knauf (11) mit einer ersten Elektronikbaugruppe (15) an einem ersten Ende der Welle (12), – einen zweiten Knauf (13) mit einer zweiten Elektronikbaugruppe an einem zweiten Ende der Welle (12), und – einer Signaldurchführung (17) zur elektrischen Verbindung der ersten Elektronikbaugruppe (15) mit der zweiten Elektronikbaugruppe (16), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten Elektronikbaugruppe (15) oder der zweiten Elektronikbaugruppe (16) wenigstens eine Kommunikationsbaugruppe mit folgenden Komponenten umfasst: – eine frequenzselektive Weiche (140) zur Trennung von Gleichstrom und Datensignalen, – einen Sender (141) zur Aussendung von Datensignalen, – einen Empfänger (142) zum Empfang von Datensignalen, wobei der Empfänger (142) durch ein Datensignal aktiviert wird.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung wenigstens eines Empfängers (142) durch Verschiebung des Arbeitspunktes des Empfängers erfolgt.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) sich selbst nach dem Empfang von Datensignalen deaktiviert.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) sich selbst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach dem Empfang von Datensignalen deaktiviert.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) sich selbst nach Ablauf einer Zufälligen Zeit nach dem Empfang von Datensignalen deaktiviert.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) durch ein Steuersignal von einer Elektronikbaugruppe deaktiviert wird.
Schließzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) eine steuerbare Ruhestromschaltung aufweist, die zur Aktivierung des Empfängers einen vorgegebenen Ruhestrom im Empfänger einstellt.
Schließzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) eine steuerbare Vorspannungsquelle aufweist, die zur Aktivierung des Empfängers einen Teil des Empfängers mit einer vorgegebenen Vorspannung versorgt.
Schließzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) durch einen elektronischen Schalter aktiviert wird.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Empfänger (142) durch einen FET (135) als elektronischen Schalter aktiviert wird.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schalter (135) durch ein Zeitglied (132, 133) gesteuert wird.
Schließzylinder (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitglied (132, 133) durch einen Ausgang eines Empfängers (142) gesteuert wird.