DE19710834C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen eines Sperrelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines aus einem Gehäuse herausführbaren Sperrelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ferner betrifft die Erfindung ein Ver­ fahren zum Betätigen eines aus einem Gehäuse herausführba­ ren Sperrelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Eine gattungsbildende Vorrichtung ist aus der DE 43 17 365 A1 bekannt.

Eine weitere Vorrichtung zum Betätigen eines Sperrelements mit Elektromotor, Getriebe und Sensoren ist aus der DE 43 41 252 A1 bekannt, und weitergehende konstruktive De­ tails von Betätigungsvorrichtungen für ein Sperrelement er­ geben sich aus der EP 0 626 492 A2, der GB 1 501 094 oder der DE 44 08 684 A1.

Gerade im Hinblick auf einen Dauerbetrieb in der Praxis, bei welchem es zu mehreren zehntausend Öffnungs- und Schließvorgängen kommen kann, ist eine solche Vorrichtung - bedingt durch die recht aufwendige und verschleißträch­ tige Getriebeausführung - fehlerträchtig, so daß es durch unerwünschtes Spiel, mechanische Verstellung od. dgl. zu einer Beeinträchtigung des Zusammenwirkens von (mechanischer bzw. motorischer) Riegelbetätigung einerseits und elektronischer Ansteuerung andererseits kommen kann. Im Ergebnis wäre dann die Zuverlässigkeit und Präzision des Schließvorgangs selbst beeinträchtigt, so daß z. B. durch die Steuerelektronik zwar ein Schließvorgang gesteuert wird, durch den Antriebsmotor der Riegel jedoch nicht oder nur unvollständig ausgefahren wird.

Darüber hinaus ist die bekannte, gattungsgemäße Vorrichtung in der Fertigung und vom Materialeinsatz her aufwendig und bedarf nicht unerheblichen Aufwands bei Montage und Justie­ rung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Zuver­ lässigkeit und Betriebssicherheit einer solchen Vorrichtung zu verbessern. Darüber hinaus sollen Herstellungs- und Mon­ tageaufwand verringert sein.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem Patentan­ spruch 1 sowie das Verfahren nach dem Patentanspruch 6 gelöst.

Vorteilhaft gestattet dabei der mit dem Sperrelement zusam­ menwirkende Positionssensor, daß die elektronische Steuer­ vorrichtung stets die tatsächliche Position des Sperrele­ ments erkennen und ggf. entsprechende Korrekturen vornehmen kann, so daß beispielsweise ein festsitzender oder (durch Getriebespiel lockerer) Sperrbolzen erkannt werden kann.

Auf diese Weise ist es möglich, erfindungsgemäß das Sperre­ lement - in Abhängigkeit von dessen (laufend) erfaßten, aktuellen Position - mit verschiedenen, in ihrer Antriebs­ kraft abgestuften Antriebsmomenten des Elektromotors zu be­ aufschlagen, um so ggf. einen festsitzenden Sperriegel mit erhöhter Motorlast noch lösen zu können, nachdem dieser durch Ansteuerung im (reduzierten) Normalbetrieb in seiner Stellung unverändert geblieben war.

Im Ergebnis eröffnet diese erfindungsgemäße Art der Betäti­ gung eines Sperrelements bzw. die erfindungsgemäße Vorrich­ tung, daß Betriebszustände (wie etwa ein Verklemmen des Sperrbolzens), die bei herkömmlichen Vorrichtungen unwei­ gerlich zu Betriebsstörungen führen würden, durch intelli­ gente Steuerung der Vorrichtungen selbst evtl. noch behoben werden können, so daß die Betriebssicherheit und gerade auch die Einsatztauglichkeit für schwierige Umgebungsbedin­ gungen deutlich verbessert wird.

Darüber hinaus vereinfacht die mechanische Realisierung der Herausführung des Sperriegels (Sperrelements) mit der Zahn­ stange deutlich die Herstellung und Montage der Vorrich­ tung, wobei durch die einfachere mechanische Ausgestaltung auch zu erwarten ist, daß die Betriebsdauer und Zuverläs­ sigkeit im Alltag positiv beeinflußt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So wird besonders bevorzugt die Positionserkennung des Sperrbolzens durch den Positionssensor mittels eines Ma­ gnetfeldes des Sperrbolzens realisiert, auf welches der als Magnetfeldsensor realisierte Positionssensor reagiert. Die­ ses berührungslose Verfahren ist verschleißfrei, preisgün­ stig in der Herstellung und zuverlässig in der Auswertung der Positionsdaten.

Gemäß bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung sind zudem eine Reihe von Vorkehrungen für einen Notöffnungsbetrieb getroffen worden, um ein Entsperren des Sperrelements auch für den Fall zu ermöglichen, daß dies in der üblichen Weise motorisch nicht möglich sein sollte: So ist gemäß einer er­ sten bevorzugten Weiterbildung der Motoranschluß elektrisch extern herausgeführt, so daß durch Anlegen einer externen Steuerspannung eine Aktivierung des Elektromotors unter Um­ gehung der Steuervorrichtung erfolgen kann. Darüber hinaus ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß bei jedem (neuen) Anlegen einer Betriebsspannung an die Steuervorrichtung der Sperrbolzen automatisch in seine zurückgezogene (d. h. entsperrte) Stellung fährt.

Mechanisch wird eine Notöffnung zum einen weiterbildungsge­ mäß durch eine Sollbruchstelle realisiert, die bei Über­ schreiten der voreingestellten Bruchkraft zum Zerbrechen des Sperrelements an der Sollbruchstelle führt. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß der Elektromotor im Gehäuse me­ chanisch von dem das Sperrelement antreibenden Getriebeteil (der Zahnstange) getrennt werden, welche weiter bevorzugt dann per Federkraft in ihre rückgeschobene Position im Ge­ häuse bewegt wird.

Insgesamt ist durch die vorliegende Erfindung also er­ reicht, daß selbst in schwierigen Einsatzbedingungen, bei festsitzendem und nur schwer löslichem Sperriegel od. dgl., die Vorrichtung ohne Betriebsstörungen ein zuverlässiges Ver- bzw. Entsperren des Sperriegels bewirken kann. Gerade für Notfälle, bei welchen eine Fehlfunktion einer elektri­ schen Sperrvorrichtung fatale Folgen haben kann, bedeutet dies potentiell einen erheblichen Sicherheitsgewinn.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung ist vorgesehen, zum einen das Gehäuse zum Realisie­ ren der Erfindung aus einem spritzbaren, schlagzähen Kunst­ stoff - etwa glasfaserverstärktem Polyamid - zu realisie­ ren. Auf diese Weise ist dann nicht nur eine beträchtliche Gewichtsersparnis herbeizuführen; darüber hinaus wird die Gehäusefertigung weitgehend der Automatisierung durch eine Kunststoff-Spritzgießmaschine mit einem entsprechend ausge­ stalteten Werkzeug zugänglich. In diesem Zusammenhang bie­ tet es sich dann auch an, den erfindungsgemäßen Sperrbolzen selbst aus Kunststoff, bevorzugt einem ähnlich zähen bzw. belastbaren, auszubilden. Ein solcher Bolzen würde dann so zu bemessen sein, daß er die geforderten Brucheigenschaften besitzt, und zum Ermöglichen der erfindungsgemäßen, magnet­ basierten Positionserfassung wäre ein solcher Bolzen aus - nicht-magnetischem - Plastikmaterial an geeigneter Stelle, etwa im Fußbereich, mit einem eingelassenen Stück aus ma­ gnetischem Material zu versehen.

Schließlich ist es erfindungsgemäß möglich, durch Verwenden entsprechend höherwertiger Bauelemente, z. B. mit CMOS-Tech­ nik, eine Steuerelektronik herzustellen, die sich durch ei­ ne äußerst geringe Ruhestromaufnahme auszeichnet. Auf diese Weise könnte dann eine mittels einer Batterie betreibbare Ausführungsform erreicht werden, die bei einem durch­ schnittlichen Ruhestromverbrauch von beispielsweise 40 µA ohne weiteres batterietauglich ist. Eine entsprechende Ver­ wendung eines - taktbaren oder periodisch in einen Ruhezu­ stand versetzbaren - Controllers ermöglicht, in ent­ sprechend nützlicher Weise den Ruhestrom deutlich abzusen­ ken.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 die Frontansicht der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2 den mechanischen Teil der Sperrvorrichtung gemäß Fig. 1 in geöffneter, seitlicher An­ sicht;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III- III in Fig. 2;

Fig. 4 die Frontansicht des Gehäuseteils der Sperrvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 die Seitenansicht des Gehäuseteils gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt des Gehäuses entlang der Linie VII-VII in Fig. 5;

Fig. 8A einen Längsschnitt entlang der Linie VIII- VIII in Fig. 4;

Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Schnittli­ nien IX-IX in Fig. 5 bzw. Fig. 8;

Fig. 10, 11 Ansichten eines Verbindungsstückes für den Sperrbolzen zur Verwendung in der erfin­ dungsgemäßen Sperrvorrichtung;

Fig. 12 bis Fig. 14 Ansichten eines Abdeckbleches zum Abdecken des im Gehäuse gebildeten Motorraums;

Fig. 15, Fig. 16 Ansichten eines Deckels zum Verschließen eines weiteren Innenraumes im Gehäuse;

Fig. 17 ein Blockschaltbild mit den elektrischen bzw. elektronischen Funktionsblöcken zur Verwendung in der Sperrvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 18 ein Prinzipschaubild zum Verdeutlichen ei­ nes Steuerungsverfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung;

Fig. 19 ein Flußdiagramm zu Verdeutlichen eines Verfahrens zum Öffnen des Sperrbolzens durch die erfindungsgemäße Sperrvorrich­ tung;

Fig. 20 ein Flußdiagramm zum Illustrieren eines Schließvorganges zum Ausfahren des Sperr­ bolzens durch die erfindungsgemäße Sperr­ vorrichtung; und

Fig. 21 eine schematische Schnittansicht mit einer Notöffnungsbetätigung der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte mechanische Aufbau der er­ findungsgemäßen Sperrvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist einen Stulp 12 der Länge a von etwa 175 cm auf, der längsseitig an einem Gehäuse 14 mittels in Senkbohrungen 16 geführter Schrauben befestigt ist. Im Gehäuse 14 ist mittig ein Sperr- bzw. Schließbolzen 18 i. w. senkrecht zu einer Gehäuselängsachse A bewegbar geführt, wobei der Sperrbolzen 18 über ein eine Zahnstange 20 auf­ weisendes, abgewinkeltes Verbindungsstück 22 (vgl. Darstel­ lung in Fig. 10, 11) antreibbar ist. Der Sperrbolzen 18 wird dabei in einer stirnseitig im Gehäuse 14 eingeformten Bolzenführung 24 geführt bzw. gehalten.

Das Gehäuse 14 weist, wie insbesondere aus den seitlichen Perspektiven der Fig. 5 bzw. der Fig. 6 zu erkennen ist, einen in diesen Figuren untenliegenden Motorraum 26 für ei­ nen den Sperrbolzen 18 bzw. die Zahnstange 20 des Verbin­ dungsstückes 22 antreibenden Elektromotor 64 auf, während eine obere Ausnehmung 28 im Gehäuse 14 zum Einsetzen bzw. Aufnehmen der - unten zu beschreibenden - Steuerelektro­ nik für die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung bemessen und vorgesehen ist. Im oberen Endbereich des Gehäuses 14, be­ nachbart einer oberen Firstwand 30, ist in das Gehäuse 14 eine Kabelführung 32 eingeformt, die zum Aufnehmen eines - in den Figur nicht näher gezeigten - Magnetfeldaufnehmers (z. B. Magnetkontakt) samt elektrischer Zuleitung ausgebil­ det ist. Dieser Magnetfeldaufnehmer ist also im montierten Zustand in das Gehäuse 14 integriert und bildet mit diesem eine Einheit; wirkt gleichwohl kraft separater Herausfüh­ rung des Anschlußkabels durch die Führung 32 als getrennt steuerbarer Einbruchsmelder.

Der Motorraum 26 bzw. die Ausnehmung 28 sind voneinander durch einen das Gehäuse 14 durchquerenden Trennsteg 34 ge­ trennt, welcher einen Durchbruch aufweist, der zur Durch­ führung eines abtriebsseitig am Motor 64 gehaltenen Ritzels bemessen ist. Dieses Ritzel greift dann in die Verzahnung der Zahnstange 20 ein, und durch Drehbewegung des (mit sei­ ner Antriebswelle i. w. axial zur Mittelachse A gerichteten) Motors 64 wird eine Vorschub- bzw. Rückholbewegung des Sperrbolzens 18 bewirkt.

Zusätzlich ist der lediglich in der Fig. 17 schematisch ge­ zeigte Motor 64 in axialer Richtung A bewegbar, so daß der Motor - ggf. unterstützt durch ein Federelement od. dgl. - zwischen einer vorgeschobenen Eingriffsposition und einer rückgeschobenen Position bewegbar ist und mit seinem Ab­ triebsritzel entweder in die Zahnstange 20 eingreift oder aber der Motor von dem Sperrbolzen bzw. dem Verbindungs­ stück 22 getrennt ist.

Mittels eines in den Fig. 12 bis 14 gezeigten Abdeckbleches 36, das neben einem Deckelabschnitt 38 einen rechtwinkelig abgewinkelten Abschnitt 40 mit endseitig auswärts gewinkel­ tem Griffsbereich 42 aufweist, wird der offene Bereich des Motorraums 26 abgedeckt, wobei Durchbrüche 44 im Abdeck­ blech 36 durchgreifende Schrauben an zugehörigen Positionen in Gewindebohrungen 46 im Gehäuse 14 - benachbart dem Stulp 12 - gehalten werden. Im montierten Zustand des Ab­ deckbleches 36 erstreckt sich der abgewinkelte Abschnitt 40 über eine rückwärtige Stirnseite des Gehäuses 14 - entge­ gengesetzt dem Stulp 12 - und hintergreift mit einem im abgewinkelten Abschnitt 40 gebildeten, rechteckigen Durch­ bruch 48 eine Rastnase 50, die auf dieser rückwärtigen Stirnseite des Gehäuses 14 gebildet ist.

Auf diese Weise ist das den Motorraum 26 abschließende Ab­ deckblech 36 sowohl auf der Seite des Stulpes 12 mittels der Durchbrüche 44 gehalten, als auch über den Durchbruch 48 an der Rastnase 50 eingeklinkt; durch Hintergreifen des Griffsbereiches 42 (manuell oder mittels eines Werkzeuges) und nachfolgendes Abbiegen des Abdeckbleches 36 ist dieses aber problemlos entfernbar, auch ohne Lösen der in den Ge­ windebohrungen 46 sitzenden Befestigungsschrauben. Dieser manuelle Zugriff, der beispielsweise im Falle einer mecha­ nischen Notöffnung notwendig ist, wird zusätzlich durch ei­ nen in die rückwärtige Stirnseite des Gehäuses 14 einge­ formten, schräg verlaufenden, rampenförmigen Abschnitt 52 unterstützt.

Ein in den Fig. 15 und 16 gezeigter, rechteckig langge­ streckter Deckel 54 ist zum Abdecken der oberen Ausnehmung 28 bemessen; eine Befestigung des Deckels 54 erfolgt über im Deckel gebildete Durchbrüche 56 bzw. gehäuseseitige Ge­ windebohrungen 58.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Sperrbolzen weist eine als eingedrehte Ringkerbe realisierte Sollbruchstelle auf, die bei einer vorbestimmten Bruchkraft - beispielsweise 1 KN - bricht; auf diese Weise ist eine mechanische Notöffnung der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung im verriegelten Zu­ stand möglich. Darüber hinaus ist durch die vorstehend be­ schriebene, in axialer Richtung A bewegbare Motoranordnung eine weitere Möglichkeit zur mechanischen Notöffnung gege­ ben: Durch Lösen des Abdeckblechs 36 von der Rastnase 50 wird der Motor in axialer Richtung A bewegbar. Dann würde der Motor durch Wirkung einer Druckfeder in seine zurückge­ fahrene, freie Position bewegt werden; gleichzeitig drückt eine weitere - in den Figuren nicht gezeigte - Druckfe­ der, die am Bolzen 18 bzw. dem Verbindungsstück 22 ansetzt, den Bolzen 18 in seine rückgeschobene Position im Gehäuse 14. Ein bodenseitiger Gehäusedurchbruch 60 ist zusätzlich zum externen Bewegen des Motors in axialer Richtung A vor­ gesehen.

Alternativ könnte der Motor auch in seiner axialen Richtung in die Eingriffsstellung (z. B. mit Federkraft) vorgespannt sein; zur Notöffnung würde dann der Motor mittels Zugriff über seitliche Öffnungen im Gehäuse zurückgeschoben werden.

Als weiteres Mittel zur Notöffnung ist - über Maßnahmen der vorrichtungsgemäßen Motorsteuerung hinaus, die im wei­ teren noch detailliert beschrieben werden - die Stromver­ sorgung des Motors unmittelbar zur externen Ansteuerung herausgeführt, so daß durch Anlegen einer geeigneten Steu­ erspannung der Motor zur Betätigung des Sperrbolzens 18 di­ rekt und unter Umgehung der Steuerelektronik betrieben wer­ den kann.

Anhand der Fig. 17 wird nachfolgend die zur mechanischen Sperrvorrichtung 10 gehörende Steuerelektronik beschrieben.

Neben der bereits erläuterten, für Notöffnungszwecke sepa­ rat herausgeführte Motor-Steuerleitung 62 ist der Motor 64 mit einer auf einer Platine (PCB) 66 angeordneten Schalt- und Steuerelektronik verbunden (durch die gestrichelte Um­ randung in Fig. 17 angedeutet). Als wesentliche Bestand­ teile sind eine zentrale Steuereinheit 68, eine mit dieser verbundene Speichereinheit 70 sowie eine Motor-Treiber­ schaltung 72 auf der Platine 66 vorgesehen.

Ein in der Gehäuseausnehmung 28 dem Sperrbolzen 18 benach­ bart angeordneter Magnetfeldaufnehmer 74, der beispiels­ weise als Hall-Generator ausgebildet ist, erzeugt durch seine Positionierung elektrische Signale, die der mechani­ schen Position des (magnetisierten) Sperrbolzens 18 ent­ sprechen und stellt diese elektrischen Signale zur Weiter­ verarbeitung durch die zentrale Steuereinheit 68 bereit. Dabei ist der Magnetfeldaufnehmer 74 so eingerichtet, daß zuverlässig eine vollständig ausgefahrene Stellung des Sperrbolzens 18, eine vollständig rückgefahrene Position und Zwischenpositionen erkannt und unterschieden werden können. (Der Magnetfeldaufnehmer 74 kann auch mehrere, von­ einander beabstandete Sensorelemente, z. B. Hall-ICs, auf­ weisen.)

Zur externen elektronischen Ansteuerung der Schalt- und Steuerelektronik sind Steuerkontakte 76, 78 herausgeführt, wobei ein erster Steuerkontakt 76 mit einem elektrischen, beispielsweise digitalen, Öffnungssignal und ein zweiter Steuerkontakt mit einem entsprechenden Schließsignal zur Bewirkung zugehöriger Sperrvorgänge beaufschlagbar ist. Zur Polaritätseinstellung dieser Signaleingänge ist eine zu­ sätzliche Steuerleitung 84 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Paar von Zustandsignalkontakten (Quittierausgängen) 80, 82 vorgesehen, mit welchen ein momentaner Betriebszustand der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung angezeigt bzw. mit­ tels elektrischer Signale nach außen übertragen werden kann (Signal auf erstem Quittierausgang 80: Sperrklinke ausge­ fahren; Signal auf zweitem Quittierausgang 82: Sperrklinke eingefahren).

Zum Zusammenwirken mit einem in einer Türzarge od. dgl. an­ geordneten, externen Permanentmagneten 86 weist die erfin­ dunsgsgemäße Sperrvorrichtung zusätzlich einen weiteren Ma­ gnetfeldaufnehmer 88 auf, der beispielsweise als (Reed-) Schaltkontakt ausgebildet ist und bei geschlossener Tür dem externen Permanentmagneten 86 gegenübersteht.

Das Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Sperrvorrich­ tung wird nachfolgend unter Bezug auf die Verfahrensdia­ gramme der Fig. 18 bis 20 beschrieben.

Die vorliegende Sperrvorrichtung ist erfindungsgemäß einge­ richtet, als Reaktion auf eine Mehrzahl verschiedener, ex­ tern angelegter Steuersignale (an den Kontakten 76, 78) den Sperrbolzen 18 in den herausgefahrenen bzw. zurückgezogenen Zustand zu versetzen, wie anhand des Übersichtsdiagramms in Fig. 18 gezeigt ist: In Schritt S1 erfolgt die elektroni­ sche Überprüfung, ob durch entsprechende Steuersignale - beispielsweise ein Impuls auf der Steuerleitung 76 bei zwei benutzten Steuerleitungen oder ein Pegelwechsel auf einer der Steuerleitungen 76, 78 bei nur einer benutzten Steuer­ leitung - der Sperrbolzen 18 in den zurückgefahrenen Zu­ stand (Auf-Zustand) gebracht werden soll. Wenn ein ent­ sprechendes Steuersignal identifiziert wird (J), wird das Verfahren mit dem Öffnungsvorgang (Schritt S2) fortgesetzt; dieser Öffnungsvorgang ist im Ablaufdiagramm der Fig. 19 dargestellt. Wenn andererseits durch die Steuerelektronik das Vorliegen eines Öffnungssignals nicht erkannt wird, findet in Schritt S3 die Überprüfung statt, ob statt dessen ein Schließ-Signal (beabsichtigte Steuerung des Sperrbol­ zens in den herausgefahrenen Zustand) durch externe Steuer­ signale, z. B. Impuls auf der Steuerleitung 78, beabsichtigt ist. Falls dies festgestellt wird (J), findet der Schließ­ vorgang gemäß Schritt S4 - im Detail in Fig. 20 darge­ stellt - statt. Anderenfalls kehrt die Ablaufkontrolle wieder zum Ausgangspunkt zurück und schließt so die perma­ nent durchlaufende Abfrageschleife S1-S3.

Im weiteren soll angenommen werden, daß durch entsprechen­ den Steuerbefehl die Auf-Steuerung durch die erfindungsge­ mäße Sperrvorrichtung durchgeführt werden soll; dementspre­ chend verzweigt das Verfahren in Schritt S1 zum Öffnungs­ vorgang gemäß S2 bzw. zum Verfahren gemäß Fig. 19.

Zu Beginn des Öffnungs- bzw. Endsperr-Verfahrens findet in Schritt S10 eine Abfrage statt, ob sich der Sperrbolzen 18 nicht bereits in der Auf-Position (d. h. zurückgefahrene Stellung) befindet; dies erfolgt durch Auswertung des Si­ gnals des Hall-Sensors 74 durch die zentrale Verarbei­ tungseinheit. Wird dies verneint (d. h. Bolzen 18 noch nicht völlig zurückgefahren), wird in Schritt S11 der Motor 64 zum langsamen Zurückziehen des Bolzens 18 aktiviert; gleichzeitig wird eine vorbestimmte Zeit gesetzt, innerhalb welcher der Motor in diesem Langsamlauf-Betriebszustand be­ trieben wird. Bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit ver­ läuft die Steuerung also in der Schleife S12-S10-S11-S12 usw., bis entweder der Hall-Sensor 74 anzeigt, daß der Bol­ zen vollständig zurückgefahren ist (J in Schritt S10), oder die vorbestimmte Intervallzeit abgelaufen ist (J in S12). In diesem Fall findet in Schritt S13 eine erneute Prüfung statt, ob die Auf-Position (zurückgezogene Position) er­ reicht ist.

Falls dies verneint werden sollte - beispielsweise durch Blockierung des Bolzens - wird in Schritt S14 der Motor mit erhöhter Betriebsspannung angesteuert, um einen schnel­ leren Motorlauf bzw. ein größeres Motordrehmoment zu bewir­ ken; über eine in Schritt S15 eingestellte, weitere Inter­ vallzeit wird dieses höhere Drehmoment angelegt und entlang der Schleife S15-S13-S14-S15 usw. verfahren, bis entweder in Schritt S13 der Sperrbolzen nunmehr zurückgezogen ist (J in S13), oder auch die in S15 gesetzte Intervallzeit abge­ laufen ist (J in S15).

Im Schritt S16 wird dann der Motor eine vorbestimmte Zeit angehalten - Pause - und in Schritt S17 ein Zykluszähler weitergesetzt, bis dann die Kontrolle zurück zum Anfang vor Schritt S10 verzweigt. Durch den Zykluszähler S17 wird si­ chergestellt, daß die Gesamtroutine - zuerst langsames Auffahren, und bei fehlendem Erfolg dann schnelles, ver­ stärktes Auffahren - eine vorbestimmte Anzahl von Malen durchfahren wird, bis eine vorbestimmte Zyklusanzahl er­ reicht wird. Erst dann schließt die Routine ab.

Wird im Verlaufe des Auf-Positioniervorganges durch Abfrage in Schritt S10 oder in Schritt S13 festgestellt, daß der Hall-Sensor 74 die zurückgeschobene Position des Sperrbol­ zens 18 anzeigt, wird in Schritt S18 der Motor gestoppt, und in S19 wird der Quittierausgang 80 auf "Ein" gesetzt, d. h. ein elektronisches Bestätigungssignal der Vorrichtung über den erfolgreichen Auf-Steuervorgang gegeben.

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren ist also eine - flexibel auf Umwelteinflüsse reagierende - Steuerung und Positionierung des Sperrbolzens 18 möglich: Zuerst wird er­ findungsgemäß der Sperrbolzen langsam, mit normaler Ge­ schwindigkeit zurückgefahren, und erst im Mißerfolgsfall sorgt die erfindungsgemäße Steuerung dafür, daß mit erhöh­ ter Steuerspannung bzw. größerer Motordrehzahl versucht wird, den ggf. festsitzenden Sperrbolzen zu lösen. Darüber hinaus wird dieser Zyklus eine vorbestimmte Anzahl von Ma­ len durchfahren, so daß auch ein Rüttel- bzw. kontinuier­ licher Löseeffekt möglich ist. Insgesamt stellt also das beschriebene Öffnungsverfahren einen flexiblen und all­ tagstauglichen Weg dar, auch schwergängige oder festsit­ zende Sperrbolzen in der Tür zuverlässig und betriebssicher zu lösen, ohne daß es bereits zu einem Störfall kommen muß.

Unter Bezug auf die Fig. 20 wird nachfolgend der Schließbe­ trieb (d. h. Herausfahren des Sperrbolzens 18 in seine vor­ geschobene Stellung außerhalb des Gehäuses 14) beschrieben; dieses Schließverfahren gemäß Schritt S4 in Fig. 18 wird durch entsprechende Schließ-Steuersignale erzeugt.

Auch bei diesem Verfahren wird vorab in Schritt S20 abge­ fragt, ob die geschlossene Position (d. h. vorgeschobener Sperrbolzen 18) erreicht ist - maßgeblich ist auch hier das elektrische Positionssignal des Magnetfeldaufnehmers 74.

Falls dies noch nicht erreicht ist (N in Schritt S20) wird in Schritt S21 der Motor in den langsamen Schließbetrieb aktiviert (d. h. entgegengesetzte Drehrichtung wie im vor­ stehend beschriebenen Öffnungsvorgang), und in Schritt S22 wird eine vorbestimmte Intervallzeit für diesen regulären Schließvorgang abgefragt. Es wird also die Schleife S22- S20-S21-S22 usw. abgefahren, bis entweder der Bolzen voll­ ständig herausgefahren ist (J in S20), oder aber die Inter­ vallzeit abgelaufen ist (J in S22).

Im zweiten Fall würde dann erneut geprüft werden, ob die geschlossene Position erreicht ist (S23), und im Vernei­ nensfall (N) der Motor mit erhöhter Spannung beaufschlagt, so daß eine größere Drehzahl bzw. größeres Drehmoment zur Verfügung steht (S24), woraufhin wiederum eine In­ tervallzeit in Schritt S25 gesetzt und abgeprüft wird (Schleifenverlauf S25-S23-S24-S25 usw.).

Ist auch die Intervallzeit in Schritt S25 abgelaufen, ohne daß der Sperrbolzen seine herausgefahrene Position erreicht hätte (J in S25), wird in Schritt S26 der Motor eine vorbe­ stimmte Zeit gestoppt (Pause), und eine voreingestellte An­ zahl von Zyklen gemäß Schritt S27 der Gesamtsteuerung - langsam heraus gemäß S21 bzw. schnell heraus gemäß S24 - wird in Schritt S27 heraufgezählt bzw. mit einer vorgegebe­ nen Zykluszahl verglichen; auch hier verzweigt, falls die maximale Zykluszahl verglichen mit der Zahl von Versuchen, den Bolzen herauszufahren, noch nicht erreicht ist, die Routine zum Anfang zurück.

Anderenfalls wird in Schritt S28 in die Öffnungsroutine (vgl. Fig. 19) verzweigt, der Bolzen wird also in seine An­ fangsstellung zurückgefahren.

Mittels Schritt S29 ist noch eine weitere Möglichkeit gege­ ben, eine vorbestimmte Anzahl von Schließversuchen zu ma­ chen; die Prüfung auf eine vorgegebene, maximale Anzahl von Schließversuchen findet in Schritt S29 statt, woraufhin dann entweder zum Anfang zurückverzweigt wird, oder aber die Routine abbricht (J in S29, daraufhin Ende).

Wird anderenfalls im Verlauf des vorbeschriebenen, erfin­ dungsgemäßen Positioniervorgangs zum Ausfahren des Sperr­ elements durch Prüfung in den Schritten S20 oder S23 fest­ gestellt, daß der Sperrbolzen 18 vollständig ausgefahren ist (durch entsprechendes Signal des Generators 74), wird auch hier der Motor angehalten (Schritt S30) und der ent­ sprechende Quittierausgang - hier Ausgang 82 - gesetzt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, macht auch im Schließbetrieb die erfindungsgemäße Sperrvorrich­ tung eine vorbestimmte Anzahl von Schließversuchen, um sich möglichst flexibel auf verschiedene Bedingungen einstellen zu können, ohne daß es zu einem Betriebsfehler kommen wür­ de.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere der im Zusammenhang mit der Fig. 20 beschrie­ bene Schließvorgang abhängig von einem Erkennungssignal des weiteren Magnetfeldaufnehmers (Reed-Kontaktes 88), der nur dann den erfindungsgemäßen Schließvorgang aktiviert, wenn sich die mittels Ausfahren des Bolzens zu versperrende Tür auch im geschlossenen Zustand befindet: Nur dann reagiert nämlich der Reed-Kontakt 88 auf den stationär in der Türzarge gehaltenen Permanentmagneten 86 und aktiviert so überhaupt erst den Schließvorgang; anderenfalls erfolgt ein erfindungsgemäßes Schließen nicht, so daß ein Ausfahren des Bolzens verhindert wird, wenn die Tür nicht geschlossen ist. Ein Schließen erfolgt vielmehr erst dann, wenn die Tür geschlossen wurde (auch wenn zu diesem Zeitpunkt ein Steu­ erbefehl nicht mehr anliegt; insoweit besteht also Spei­ cherwirkung).

Darüber hinaus ist es möglich, über den extern herausge­ führten Kontakt 88 eine Einbruch-Meldeanlage od. dgl. anzu­ binden und ein elektrisches Signal über den augenblickli­ chen Betriebszustand der vorliegenden Sperrvorrichtung zu­ zuführen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebe­ nen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr ist es auch mög­ lich, selektiv nur einen der beschriebenen Öffnungs- oder Schließvorgänge zu implementieren, oder aber diese Vorgänge durch weitere Maßnahmen zu unterstützen.

Während das beschriebene Ausführungsbeispiel weitgehend un­ ter Einsatz eines entsprechend programmierten Mikrocon­ trollers realisiert wurde, versteht es sich von selbst, daß die erfindungsgemäße Steuerung bzw. das erfindungsgemäße Öffnungs- und/oder Schließverfahren auch unter ausschließli­ chem Einsatz von entsprechend fest verdrahteten Hardware- Komponenten erfolgen kann.

Unter Bezug auf die Fig. 21 wird nunmehr eine mechanische Entsperr- bzw. Notöffnungsvorrichtung zum Betätigen und Versetzen der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung in einen entriegelten Zustand als Weiterbildung einer der vorbe­ schriebenen Ausführungsbeispiele erläutert.

Ausschnitthaft ist ein Bereich eines Türblattes 90 gezeigt, in welches - durch die Gehäusekontur 14 gezeigt - eine Sperrvorrichtung 10 der vorbeschriebenen Art eingesetzt ist. Die Darstellung erfolgt mit Sicht auf die Stirnseite des Türblattes 90, d. h. einer Bewegung des - nicht gezeig­ ten - Sperrbolzens aus der Zeichnungsebene hinaus.

Weiterbildungsgemäß wird der Sperrbolzen in seine zurückge­ schobene, d. h. in das Gehäuse eingeführte Position entrie­ gelt, indem ein durch eine Notöffnungsbohrung 92 des Gehäu­ ses 14 reichender Betätigungsstift 94, welcher anderenends einen extern zugänglichen, pilzförmigen Betätigungsknopf 96 aufweist, durch Einschieben in das Gehäuse 14 auf eine (in der Figur nicht gezeigte), mit dem Motor verbundene Rampe bzw. schiefe Ebene wirkt und auf diese Weise den Motor in seine abwärts gerichtete, vom Sperrbolzen bzw. dessen Zahn­ stange getrennte Endposition (vgl. Fig. 2) bewegt. In die­ ser ausgerückten Stellung ist dann der Motor vom Sperrrie­ gel getrennt, dieser somit entsperrt, woraufhin dann durch Wirkung einer Rückstellfeder der Sperrriegel in seine zu­ rückgezogene Position verbracht wird.

Wie in der Fig. 21 gezeigt, wirkt der Betätigungsknopf 96 für den Betätigungsstift 94 gegen die rückstellende Kraft einer Rückstellfeder 98. Auch ist, wie in der Figur gezeigt, die dargestellte mechanische Entsperrvorrichtung mittels einer Montageplatte 100 über entsprechende Befestigungs­ schrauben an einer äußeren Seitenfläche des Türblattes 90 befestigt.

Die skizzenhafte Darstellung in Fig. 21 ist rein exempla­ risch zu verstehen und mit dem beschriebenen, mechanischen Prinzip auf beliebige Weise zu realisieren, etwa auch mit einem hinter einer Abdeckung oder einer Scheibe angebrach­ tem Betätigungsknopf. Auch ist der Betätigungsstift 94 auf jede beliebige Länge kürzbar, damit Unterschiede in den Wandstärken des Türblattes 90 bis zum Erreichen der Notöff­ nungsbohrung 92 ausgeglichen werden können.

Ferner ist es vorgesehen, eine Betätigung der beschriebenen Notöffnungseinrichtung mittels einer Plombe, eines Siegels od. dgl., welche an dem Betätigungsknopf angebracht werden, gegen unbefugten Zugriff zu sichern.

Auf die beschriebene Weise ist es somit weiterbildungsgemäß möglich, ein mechanisches Sperrelement etwa an Fluchttüren oder ähnlichen, sicherheitsbedürftigen Ausgängen anzubrin­ gen, um im Notfall - etwa bei Stromausfall - das Sperr­ element mit wenig Aufwand und zuverlässig mechanisch zu entriegeln.

Liste der Verfahrensschritte der Fig. 18 bis 20

1

.

Fig.

18: Steuerung
S1 Abfrage: Öffnungssteuerung?
S2 Öffnungsvorgang
S3 Abfrage: Schließsteuerung?
S4 Schließvorgang

2

.

Fig.

19: Öffnungsvorgang
S10 Abfrage: Bolzen zurückgefahren?
S11 Motor langsam zurück
S12 Abfrage: Intervallzeit abgelaufen?
S13 Abfrage: Bolzen zurückgefahren?
S14 Bolzen schnell zurückfahren
S15 Abfrage: Intervallzeit abgelaufen?
S16 Motor stopp/Pause
S17 Abfrage: maximale Zykluszahl erreicht?
S18 Motor stopp
S19 Quittierausgang

80

setzen

3

.

Fig.

20: Schließvorgang
S20 Abfrage: Bolzen herausgefahren?
S21 Bolzen langsam herausfahren
S22 Abfrage: Intervallzeit abgelaufen?
S23 Abfrage: Bolzen herausgefahren?
S24 Bolzen schnell herausfahren
S25 Abfrage: Intervallzeit abgelaufen?
S26 Motor stopp/Pause
S27 Abfrage: maximale Zykluszahl erreicht?
S28 Öffnungsvorgang
S29 Anfrage: max. Schließversuche?
S30 Stopp
S31 Quittierausgang

82

setzen

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines aus einem Gehäuse (14) herausführbaren Sperrelement (18) mit einem durch Steuersignale aktivierbaren Elektromotor (64) und einem zum Umsetzen eines Antriebsmoments des Elektro­ motors (64) in eine Bewegung des Sperrelements (18) eingerichteten Getriebe (20),
wobei ein mit dem Sperrelement (18) zusammenwirkender Positionssensor (74) zu einem Gehäuse (14) angeordnet ist, dass der Positionssensor (74) ein einer aktuellen Position des Sperrelements im Gehäuse entsprechendes, elektrisches Positionssignal erzeugen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuervorrichtung zum Steuern von Betriebszu­ ständen des Elektromotors als Reaktion auf das Posi­ tionssignal vorgesehen ist
und die Betriebszustände einen langsamen Betrieb mit reduziertem Steuerstrom sowie einen Volllastbetrieb mit erhöhtem Steuerstrom aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement als Sperrbolzen (18) aus magneti­ sierbarem Material realisiert und der Positionssenor (74) ein auf ein Magnetfeld des Sperrbolzens (18) rea­ gierender Magnetfeldsensor (74) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Betriebszustände eine Bewegung in einer ersten Laufrichtung (S2) zum Herausbewegen des Sperrelements aus dem Gehäuse (14) sowie ein Bewegen in einer zweiten Laufrichtung (S4) zum Hineinbewegen des Sperrelements in das Gehäuse (14) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch einen mit der Steuervorrichtung (66) verbundenen Sensor (88), welcher zum Zusammenwirken mit einem externen, in einer Türzarge od. dgl. vorge­ sehenen Signalgeber (86) eingerichtet ist und eine Ak­ tivierung des Elektromotors durch die Steuervorrich­ tung (66) erst dann ermöglicht, wenn der externe Si­ gnalgeber (86) in einer vorbestimmten Relativposition zum Sensor (88) in dessen Erfassungsbereich liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch einen zusätzlichen, extern herausge­ führten Steueranschluß (62) zur externen Ansteuerung des Elektromotors (64).

6. Verfahren zum Betätigen eines aus einem Gehäuse (14) herausführbaren Sperrelements (18), das mit einem Elektromotor (64) über ein zum Umsetzen eines An­ triebsmoments des Elektromotors in eine Bewegung vor­ gesehenen Getriebe (20) verbunden ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Ansteuern des Elektromotors (64) in einem redu­ zierten Lastbetrieb zum Bewegen des Sperrelements (18) in einer ersten Richtung aus einer Ausgangs­ stellung in eine Endstellung durch Steuerwirkung einer Steuervorrichtung (66)
• - Erfassen einer Position des Sperrelements (18) und
• - Ansteuern des Elektromotors (64) in einem Vollast­ betrieb zum Bewegen des Sperrelements (18) in der ersten Richtung, wenn das Sperrelement nach Ablauf einer ersten, vorbestimmten Zeit nach dem Ansteu­ ern im reduzierten Lastbetrieb die Endstellung nicht erreicht hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt:

• - Deaktivieren des Elektromotors (64) und Ansteuern des Elektromotors zum Bewegen des Sperrelements in die zweite Richtung in die Ausgangsstellung, wenn das Sperrelement (18) nach Ablauf einer zweiten, vorbestimmten Zeit nach dem Ansteuern im Vollast­ betrieb die Endstellung nicht erreicht hat.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Schritte eine vorbestimmte Anzahl von Ma­ len nacheinander wiederholt werden, und das Verfahren abgebrochen wird, wenn das Sperrelement (18) die End­ stellung erreicht hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstellung eine in das Gehäuse zurückgeführte Position des Sperrelements mar­ kiert und bei jedem Anlegen einer Betriebsspannung an die Steuervorrichtung ein Ansteuern des Elektromotors zum Bewegen des Sperrelements in die Ausgangsstellung erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Richtung der longitudinalen Bewegung im wesentlichen senk­ recht zu einer Antriebsachse des Elektromotors (64) verläuft, und
das Sperrelement mit einem sich in der Richtung der longitudinalen Bewegung erstreckenden Zahnstan­ genelement (20) verbunden ist und ein auf der Antrieb­ sachse sitzendes Ritzel zum Eingreifen und Zusammen­ wirken mit dem Zahnstangenelement ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor in axialer Richtung der An­ triebsachse bewegbar im Gehäuse angeordnet und zwi­ schen einer Eingriffsposition, an welcher das Ritzel in das Zahnstangenelement (20) eingreift, und einer rückgezogenen Position, an welcher das Ritzel von dem Zahnstangenelement getrennt ist, durch Zugriff von au­ ßerhalb des Gehäuses verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor gegen die Kraft eines ersten Kraftspeichers in Richtung auf die Eingriffsposition vorgespannt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Sperrelement gegen die Kraft eines zweiten Kraftspeichers in Richtung auf eine in das Ge­ häuse zurückgeführte Position des Sperrelements vorge­ spannt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, dass das Sperrelement mit einer bei Einwirkung einer voreingestellten Bruchkraft zum Zerbrechen führenden Sollbruchstelle versehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ge­ kennzeichnet durch einen in das Gehäuse mechanisch in­ tegrierten Magnetfeldaufnehmer mit separat herausge­ führten Steuerleitungen zum Ansteuern einer Einbruch­ meldeanlage od. dgl., wobei der Magnetfeldaufnehmer zum Zusammenwirken mit einem externen Magneten vorge­ sehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, ge­ kennzeichnet durch ein aus dem Gehäuse herausgeführ­ tes, extern betätigbares Entsperrelement, das zum Zu­ sammenwirken mit einer am Elektromotor vorgesehenen schiefen Ebene zum Bewegen des Elektromotors in Richtung der Antriebsachse aus einer Eingriffsstellung mit dem Zahnstangenelement als Reaktion auf eine mechani­ sche Betätigung des Entsperrelements vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem spritzbaren Kunststoffmaterial hergestellt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement aus einem spritzbaren Kunststoffmaterial hergestellt ist und an einer vorbestimmten Stelle ein zum Zusammenwir­ ken mit dem Positionssensor ausgebildetes Element aus magnetisierbarem Material aufweist.