DE3126712A1 - "sicherheitssperrsystem" - Google Patents

Description

"Sicherheitssperrsystem"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitssperrsystem für die Steuerung des Betriebes eines Gerätes mit mindestens einem Entsperrelement/ das durch eine Leistungsquelle erregt werden muß, um betrieben werden zu können, wobei das Sicherheitssperrsystem eine Bauart besitzt, bei der eine Verteileinrichtung vorgesehen ist zum Verteilen von Leistung von der Leistungsquelle zu dem Entsperrelement, wobei ferner eine Schaltereinrichtung vorgesehen ist zum Steuern der Leistungs^erteilung über die Verteileinrichtung, wobei ferner eine Empfängereinheit zwischen die Schaltereinrichtung und das Entsperrelement geschaltet ist für die weitere Steuerung der übar die Verteileinrichtung übertragenen Leistung im Ansprechen auf das Vorhandensein eines von außen gesendeten Signals,und wobei eine Sendeeinheit vorgesehen ist zum Erzeugen dieses Signals.

Sicherheitssperrsysteme werden in umfangreichem Maße benutzt, um das unberechtigte Betreten von Gebäuden von Safes oder von anderen geschlossenen Räumen zu verhindern, oder um die unberechtigte Benutzung eines Fahrzeugs oder dergleichen zu verhindern. Eine sehr übliche und einfache Form eines Sicherheitssperrsystems besteht in der Benutzung eines Schlosses oder eines Schalters, der nur dann betätigbar ist, wenn der Benutzer einen Schlüssel besitzt. Dies ist die populärste Form eines Sicherheitssperrsystems für elektrische Geräte, bei denen elektrische Leistung erforderlich ist, um sie in Betrieb zu setzen. Das heißt, es ist einfach und kostengünstig, einen. Schlüsselschalter zwischen die Leistungsquelle und das zu sichernde Gerät zu schalten. Um den Betrieb

des Gerätes zu ermöglichen, muß der Schlüsselschalter betätigt werden, damit leistung von der Leistungsquelle zu dem Gerät übertragen werden kann.

Die Lösung mit schlüsselbetätigtem Schalter wird beinahe universell als Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge und andere Fahrzeuge eingesetzt. Das bedeutet, daß ein schlüsselbetätigter Schalter - nachfolgend als "Zündschloß" bezeichnet, zwischen die Batterie und das Zündsystem der Maschine gelegt ist. Bevor Leistung von der Fahrzeugbatterie das Zündsystem erregen kann (womit erst die Maschine laufen kann)· muß das Zündschloß eingeschaltet werden. Einschalten des Zündschlosses erfordert einen Schlüssel mit entsprechender Konfiguration. (Andere hilfsweise eingesetzte Sicherheitssysteme sind ebenfalls bekannt in Ergänzung zu der Zündschloßanordnung, etwa das Vorsehen von Schlössern an den Türen von Fahrzeugen. )

Ein Problem bei den längst bekannten Zündschlössern, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, ist die relative Leichtigkeit, mit der das System umgangen werden kann. In einem Fahrzeug beispielsweise kann ein einigermaßen erfahrener Dieb das Zündschloß leicht umgehen oder das Zündsystem in anderer Weise "kurzschließen", wonach das Zündsystem der Maschine erregt werden kann.

Andere Sicherheitssperrsysteme in Verbindung mit Kraftfahrzeugen und dergleichen sind generell HilfsSicherheitssysteme in Ergänzung zum Zündschloß. Diese HilfsSicherheitssysteme umfassen üblicherweise Warnanlagen (Sirenen, Hupen und dergleichen), die ausgelöst werden, wenn eine Tür, ein Fenster oder ein anderer Bereich eines Fahrzeuges erbrochen wird, ohne daß das eigentliche Sicherheitssystem deaktiviert wird. Ein ZeitschaltiTEchanismus wird häufig in Verbindung mit den Warnanlagen benutzt ,derart daß sie erst dann erregt werden, wenn eine festgesetzte Zeitperiode verstrichen ist, und zwar nach dem Zutritt zum Fahrzeug. Diese Zeitverzögerung ermöglicht, daß ein berechtigter Benutzer, dem es bekannt ist, wie die Warnanlage außer Betrieb gesetzt wird, dies durchzuführen, nachdem er das Fahrzeug bestiegen hat. Ein unberechtigter Benutzer andererseits wüßte nicht, wie die Anlage außer Betrieb zu setzen wäre und würde (wie man hofft) verjagt werden, wenn einmal die Warnanlage ertönt. Leider vermeiden derartige Systeme im allgemeinen nicht die Inbetriebsetzung

des Fahrzeugs. Sie erzeugen vielmehr nur eine ttenge Länn, der bestiimit ist, die Aufmerksamkeit auf das Fahrzeug und seinen Okkupanten zu lenken.

Es sind auch Kraftstoff Steuerventile bekannt, die unberechtigte Benutzung eines Fahrzeuges verhindern sollen. Im allgemeinen wird eine Einrichtung zum Betätigen des Kraftstoffventils und damit zum Ermöglichen der Kraftstoffzufuhr vom Tank der Maschine über einen versteckt angebrachten Schalter nahe der Fahrersitzposition vorgesehen. Ein berechtigter Benutzer des Fahrzeuges muß das Ventil vor der Inbetriebnahme des Fahrzeugs erregen. Lsider ist jedoch im allgemeinen noch genug Kraftstoff in dem Vergaser und der Kraftstoffzuleitung zwischen dem Steuerventil und der Maschine, daß das Fahrzeug gestartet und in Gang gesetzt werden kann, wenigstens für eine kurze Strecke, bevor die Wirkung des geschlossenen KraftstoffSteuerventils festgestellt wird. Dies kann nicht nur gefährlich sein (wenn beispielsweise das Fahrzeug plötzlich in der Mitte.der Straße oder an einem anderen Ort anhält, wo eine gefährliche Verkehrssituation entsteht., sondern es kann auch eine Quelle der Irritation selbst für einen berechtigten Benutzer sein, wenn dieser einmal vergißt, das Steuerventil zu aktivieren.

Einige Bauarten von Sicherheitssperrsystem verwenden eine elektronische drahtlose Steuerung. Die populärste Sbrm eines solchen Systems sind die bekannten elektronischen Garagentoröffner, die auf ein Signal ansprechen, das übertragen wird von einem tragbaren Sender zu einem Empfänger innerhalb der Garage. Dar Empfänger spricht nur auf ein Kommandosignal an, das von dem Sender erzeugt wird. Der Sender wird üblicherweise in einem Fahrzeug mitgeführt und muß in der Lage sein, ein Signal über eine Entfernung von mindestens etwa 3o m zu übertragen. Un richtig und genau ein Kommaidosignal über diese Entfernung übertragen zu können, ist es erforderlich, daß übliche HF-Sendetechniken bei Sender und Empfänger verwendet werden. Das heißt, eine Funkfrequenz als Trägersignal muß verwendet werden, um das Kommandosignal vom Sender zum Empfänger zu übertragen. Die Verwendung dues solchen HF-Träger vergrößert die Herstellungskosten und die Kompliziertheit sowohl von Seheier als auch von Empfähgereinheit. Darüberhinaus ist es nicht unübHch für einen bestimmten Empfängertyp, auch auf ein nicht zutreffendes Kommandosignal anzusprechen, das von einem anderen als dem eigenlich zugeordneten Sender übertragen wird.

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Da der Empfang eines Kommandosignals im allgemeinen die einzige Voraussetzung ist, um das Sicherheitssperrsystem zu entsperren, wird es auf diese Weise relativ leicht für einen nicht berechtigten Benutzer_rdas System zu überwinden.

Es sind auch magnetisch aktivierte Sicherheitssysteme bekannt. Diese erfordern' typischerweise ein auf I>fegnetfeider ansprechendes Gerät, das das Vorhandensein eines ifegnetfeldes erfaßt. Typische Beispiele sind in LE-PS 3,569,928, IB-PS 3,885,164, US-PS 3,962,695, US-PS 4,17o,co5 und US-Patent 4,136,338 offenbart. Diese Systeme sprechen jedoch alle auf irgendeine Art von Magnetkraftfeld an. Es ist deshalb sehr leicht, ein betrügerisches oder unberechtigtes tfagnetfeld zu benutzen, um die so bekanntgewordenen Sicherheitseinrichtungen zu überwinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der vorgenannten Sicherheitssysteme zu beheben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung besteht die Lösung in den im Patentanspruch 1 genannten tferkmalen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren, das in dem Patentanspruch 1o definiert ist.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen soll der
Gegenstand der Erfindung nachstehend im einzelnen anhand von Beispielen erläutert v/erden.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Sicherheitssperrsystems, wie es mit den Komponenten eines herkömmlichen Kraftfahrzeuges verwendet werden könnte,
Fig. 2 ist ein mehr Einzelheiten zeigendes Blockdiagramm

der Sende- und Empfangseinheiten des Systems,
Fig. 3 ist das elektrische Schaltschema des Senders nach

Fig. 2,
Fig. 4 ist ein elektrisches Schaltschema des Empfängers aus

Fig. 2 und
Fig. 5 ist das elektrische Schaltschema einer Nsgativ-

Spännungsquelle, die verwendet werden kann, um die in dem Empfänger nach Fig. 4 betätigte negative
Spannung zu liefern.

Die bevorzugte Anwendung des Sicherheitssperrsystenis liegt im Bereich von Kraftfahrzeugen oder vergleichbaren Transportmitteln. Demgemäß wird in der nachfolgenden Erläuterung der bevorzugten Ausfuhrungsform auf ein Sicherheitssperrsystem Bezug genommen, mit dem der Betrieb eines Kraftfahrzeuges gesichert wird. Es versteht sich jedoch, daß ein Sicherhei tssperrsystem der erläuterten Bauart auch mit irgendeinem anderen Gerät benutzt werden könnte, das gesichert werden muß und das steuerbar Lst durch Anwendung von schaltbarer Leistung oder durch die Verwendung von elektranechanischen Geräten, die über schaltbare Leistung steuerbar sind. Beispiele solcher Geräte, die durch das Sicherheitssperrsystem gesichert werden könnten, würden beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich umfassen: die Türen von Wohnhäusern und ähnlichen Gebäuden, Safes, elektrische Installationen, Industriemaschinen und dergleichen.

In Fig. 1 ist das Blodcdiagranm eines Sicherheitssperrsystems dargestellt, wie es mit den Komponenten eines herkömmlichen Kraftfahrzeuges verwendet werden könnte. Das System umfaßt eine Empfängereinheit 12 und eine Sendeeinheit 14. Die konventionellen Komponenten des Kraftfahrzeuges , die in Verbindung mit dem Sicherheitssperrsystem benutzt werden, umfassen die Fahrzeugbatterie 16, das Zündschloß 18 und das Zündsystem 2o. Ein Solenoid-Ventil 22 kann ebenfalls in ^rbindung mit dem Sicherheitssperrsystem eingesetzt werden, um die Strömung von Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 24 zu steuern. Die Kraftstoffleitung 24 speist Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu der Maschine (ebenfalls nicht dargestellt).

Bei einem herkanmlichen Funkenzündsystem wird die Leistung von der Batterie 16 dem Zündsystem 2o über Kabel oder Drähte 26 und 28 zugeführt. Das Zündschloß 18 ist entsprechend zwischen Batterie 16 und Zündsystem 2o so geschaltet, daß in sicherer ifeise die Ansteuerung des Zündsysfeems 2o gesteuert wird. Eine Sicherung 3o ist ebenfalls typisch er weise als Sicherheitsmaßnahme vorgesehen. Diese Sicherung 3o kann zwischen Zündschloß 18 und Batterie 16 eingebaut werden. Das Sicherheitssperrsystem modifiziert die insoweit beschriebene Zündanlage dadurch, daß eine Empfängereinheit 12 zwischen Zündsöhloß 18 und Zündanlage 2o geschaltet wird. Demgemäß kann die Zündanlage 2o nur arbeiten, wenn sowohl die Empfängereinheit 12 aktiviert ist als auch das Zündschloß 18

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. betätigt wird.

Die Aktivierung der Empfängereinheit 12 ist in Fig. 1 symbolisch dadurch dargestellt, daß der Schalter 19 aus der B-Position in die Α-Position umgelegt wird. Ein magnetisch kodiertes Signal, symbolisch repräsentiert durch den wellenförmigen Pfeil 32 in Fig. 1 wird von der Sendeeinheit 14 auf die Empfängereinheit 12 gekoppelt, sobald es erwünscht ist, die Empfängereinheit zu aktivieren. Ein Solenoid-Ventil 22 in der Kraftstoff zuleitung 24 des Fahrzeugs kann ebenfalls über ein Kabel 34 angeschlossen werden, und zwar an die aktive Klemme ("A" des Schalter 19) der Empfängereinheit 12. Wenn die Empfängereinheit 12 durch das magnetisch kodierte Signal 32 aktiviert wird und das Zündschloß betätigt worden ist, kann demgemäß Leistung von der Batterie 16 sowohl dem Zündsystem 2o als auch dem Solenoid-Ventil 22 zugeführt werden, wonach das Fahrzeug benutzt werden kann.

Fig. 2 zeigt das Blockdiagramn der Sendeeinheit 14 und der

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Empfängereinheit 12. Die Sendereinheit umfaßt einen Kodierer 4o, eine Treiberstufe 42 und eine Sendespule A1. Der Kodierer 4o wird erregt durch eine Spannung aus der Batterie C über einen Druckknopfschalter PB. Die Batterie B dient auch zur Leistungsversorgung der Treiberstufe 42. Wenn der Schalter PB betätigt wird, erzeugt der Kodierer 4o ein in vorgegebener Weise kodiertes Signal, das der Treiberstufe 42 über die Signalleitung 44 zugeführt wird. Die Treiberstufe 42 ihrerseits verstärkt das kodierte Signal und überträgt es zu der Sendespule A1 über die Signalleitung 46.

Das von dem Kodierer 4o erzeugte kodierte Signal ist vorzugsweise ein digital kodiertes Signal und umfaßt eine Serie von logischen Nullen und logischen Einsern sowie Synchronisier-Bits. Ein vollständiges kodiertes Signal kann beispielsweise aus einem Datenmuster aus 16 Daten-Bits bestehen. Frequenzverschiebungsverschlüsselung kann beispielsweise auch benutzt werden, um das Daten-Bit in geeigneter Weise zu kodieren. Das heißt, jedes Daten-Bit könnte'durch eine fest vorgegebene Kombination einer ersten und zweiten Frequenz repräsentiert werden. Wenn beispielsweise die erste Frequenz durch ein "H" (für hohe Frequenz) und die zweite Frequenz durch ein "L" (für niedrige Frequenz) repräsentiert wird, kann eine logische Eins beispielsweise kodiert werden als "HH", eine

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logische Null als "HL" und ein Synchronisatians-Bit als "LL". Typischerweise ist die Frequenz H doppelt so hoch'wie L. Wenn diese unterschiedlidien Frequenzen der Sendespule A1 zugeführt werden, erzeugen die verschiedenen zugeordneten Ströme ein Magnetfeld um die Spule A1 in übereinstiitinung mit den bekannten Prinzipien der Magnetfelderzeugung. Demgemäß liegt ein kodiertes Magnetfeld (symbolisch repräsentiert als wellenförmiger Pfeil 32) um die Spule A1 herum vor, sobald der Druckknopfschalter PB der Sendeeinheit 14 betätigt wird.

Die Empfängereinheit 12 umfaß^, wie im Blockdiagramm nach Fig. dargestellt, eine Empfängerspule A2, einen Verstärker 48, einei Dekoder 4o, einen Zeitverriegelungskreis 52 und ein Relais 54. Die Empfängerspule A2 ist vorteilhafterweise innerhalb der Empfängereinheit 12 so positioniert, daß sie nahe an einer Kante derselben liegt. Wenn demgemäß ein kodiertes Magnetfeld 32 vorliegt, wird dieses sich ändernde Magnetfeld eine Spannung in der Empfängerspule A2 induzieren entsprechend dem bekannten Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Diese induzierte Spannung wird dem Verstärker 48 über Signalleitung 56· zugeführt, dort verstärkt und aufbereitet und dem Dekoder 5o über Signalleitung 58 zugeführt. Der Dekoder 5o vergleicht das empfangene Signal mit einem vorprogrammierten Referenzsignal. Wann das empfangene Signal dasselbe ist wie das Raferenzsignal, d.h. wenn jedes Bit des empfangenen Signals mit jedem Bit des vorprogrammierten Signals übereinstinmt, erzevjgt der Dekoder 5o ein Ausgangssignal auf Leitung 6o. Das Vorhandensein dieses Ausgangssignals auf Leitung 6o triggert den Zeitverzögerungsschalter 52. Dieser seinerseits ist so ausgebildet, daß er ermöglicht, die Spule L des Relais 54 zu erregen.

Die Kontakte des Eelais 54 sind; so angeschlossen, daß eine Spannung V_B von der Fahrzeugbatterie zu dem Zündsystem 2o und dem Solenoid-System 22 übertragen werden kann. Genauer gesagt, wird, wenn das Zündschloß 18 betätigt worden ist, die Spannung V„ von der Fahrzeugbatterie 16 über Signalleitung 28 den Relaisschalter« SW1 und SW2 zugeführt. Diese Spannung V_ liegt auch an der Spule L des Relais 54, obwohl die Spule L nur über den Zeitverzögerungsschalter 52 an Masse gelegt wird, sobald dieser durch das Ausgangssignal des Dekoders 5o erregt worden ist. Die Relais-* schaltkontakte SWT und SW2 sind so ausgelegt, daß sie in ihrer Ruhestellung oder "Aus"-Stellung sind, wie in Fig. 2 dargestellt, solange die

Relaisspule L nicht erregt ist. Bei Erregung der Spule L jedoch werden sie in ihrer untere oder Arbeitsposition bewegt. Wenn demgemäß der Relaisschal terkontäkt SW1 in der Aus-Position ist, erkennt man für die Konfiguration nach Fig. 2, daß das Zündsystem über Signalleitung 29 SW2 und Signalleitung 62 an Masse liegt. Dieses Anmasselegen des Zündsystems 2o ist natürlich ein wahlweise vorzusehendes Markmal, das auch leicht weggelassen werden kennte, indem man die massefuhrende Signalleitung wegläßt, wenn dies erwünscht ist. Man erkennt auch weiter, daß mit dem Itelaisschalterkontakt SW2 in der Aus-Position das Solenoid-Ventil 22, das Leistung über Signalleitung 34 erhält, nicht erregt ist. Wenn die Relaisschaltkontckte SW1 uid SW2 in ihre untere Arbeitsposition bewegt worden sind, erkennt man jedoch, daß die Batteriespannung V₀ dem Zündsystem 2o über Schalterkontakt SW1 und dem Solenoid-Ventil 22 über Relaisschalterkontakt SW2 zugeführt wird. Darüberhinaus kann diese selbe Spannung über dem Rslaisschalterkontakt SW1 dem Zeitverzögerungsschalter 52 über Signalleitung 64 zugeführt werden. Diese Spannung dient dazu, den Zeitverzögerungsschalter 52 in der Eiii-Position zu halten, daß die Spule L des Relais 52 erregt bleibt, solange das Zündschloß 18 betätigt worden ist.

In Fig. 3 erkennt man ein mehr in Einzelne gehendes, jedoch noch immsr schematisches Diagramm der Sendeeinheit 14. Der Kodierer 4o kann vorzugsweise realisiert werden durch Verwendung eines im Handel erhältlichen integrierten Schaltkreises, etwa des Schaltkreises S2742 Serial Data Encoder, hergestellt und angeboten von der Firam American Microsystems, Inc. (AMt) und unter Verwendung einiger weniger diskreter passiver Komponenten. Dieser in Fig. 3 mit U1 bezeichnete Serien-Daten-Kodierer kodiert mittels eines frequenzverschiebungsverschlüsselten primären Datenmusters, bestehend aus 16 Daten-Bits. Jedes Daten-Bit besitzt eine Länge äquivalent zu 32 Zyklen eines Höchfrequenztaktes. Die Frequenz dieses Taktes wird bestimmt durch extern= Widerstände R1 und R1 und Kondensator C1, die, wie dargestellt, angeschlossen sind. Ein Hochfrequenztakt von 2o kHz ist typisch. Eine handelsübliche 9-V-Batterie, die in Fig. 3 mit B bezeichnet ist, kann für die Ieitungsversorgung des Serien-Daten-Kodierers U1 verwendet werden. Dar Druckknopfschalter PB kann zwischen die Batterie B und den Kodierer U1 so geschaltet werden, daß ein einmaliges kurzes Niederdrücken des Knopfes PB die Kodiereinheit aktiviert.

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Die funktionellen und arbeitsmäßigen Charakteristiken des Serien-Daten-Kodierers in Form des integrierten Schaltkreises U1 sind dem Fachmann geläufig und brauchen hier nicht diskutiert zu werden. Es genügt darauf hinzuweisen, daß der Zweck des integrierten Kodierschaltkreises darin besteht, serielle Daten als Ausgangssignal zu liefern, die zu einer Empfängereinheit übertragen werden können. Wenn man den von AMI hergestellten Schaltkreis S2743 verwendet als Komponente U1, erscheinen diese seriellen Ausgangsdaten an Klemme 15. Wie oben erwähnt, bestehen diese Daten aus 16 Daten-Bits, von denen neun durch den Benutzer ausgewählt werden können durch selektives Anmasselegen oder Offenlassen der Stifte 1 bis 9. Die verbleibenden sieben Bits sind fest vorgegeben für eine gegebene Einheit und werden verwendet, um Beginn und Ende eines gegebenen kodierten Signals festzulegen, sowie für Synchronisierzwecke.

Die Treiberstufe 42 kann realisiert werden durch Verwenden eines einzelnen Transistors Q1 (Fig. 3). Dieser Transistor Q1 kann ein NPN-Transistor sein, wie der Typ 2N39o4, dessen Basis direkt an Klenme 15 des Kodierschaltkreises U1 gelegt wird. Der Emitter des Transistors Q1 liegt an der Sendespule A1. Der Strom fließt demgemäß durch die Spule A1 unter Steuerung durch das kodierte Signal, das an die Basis des Transistors Q1 angelegt wird. Eine LichteTnissionsdiode CR1 ist an den Kollektor des Transistors Q¹I angeschlossen. Demgemäß fließt der gesamte oder beinahe der gesamte Strom,der durch die Spule A1 fließt, auch durch die iAchtemissionsdicde CR1. Mit dieser Konfiguration liefert CR1 eine Lichtanzeige, daß das kodierte Signal an der Sendespule A1 angelegt ist. Die Sendespule A1 erzeugt, wie oben erwähnt, ein magnetisches Wechselfeld mit Frequenzen, die bestürmt werden durch den Kodierschaltkreis U1. In der bevorzugten Ausführungsform liegen diese Frequenzen zwischen 5 kHz und 1o kHz, obwohl irgendwelche anderen geeigneten Frequenzen verwendbar wären.

Alternativ könnte die Treiberstufe 42 realisiert werden durch Verwendung zweier in Gegentakt-Konfiguration geschalteter Transistoren. In einer solchen Schaltungsanordnung ist ein Transistor ein NPN-und der andere ein FNP^Transistor. Die Emitter- und Basisanschlüsse beider Transistoren sind zusammengeschaltet, wobei der gemeinsame Basisanschluß direkt am Ausgang des Kodierschaltkreises Ü1 liegt und der

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gemeinsame Emitter typischerweise über einen Koppelkondensator an die Sendespule A1 gelegt ist. In einem solchen Falle kennte der NFN-Transistor vom Typ 2N3904 sein und der PNP-Transistor vom Typ 2N3906. Der primäre Vorteil einer solchen Gegentaktanordnung oder ähnlicher Anordnungen unter Verwandung eines Koppelkondensator zwischen Treiberstufe und Sendespule A1 besteht darin, daß der Gleichstrom nicht durch die Sendespule fließt, der zu einer Energieverschwendung führen würde.

Fig. 4 zeigt ira einzelnen die Schaltung einer Empfängereinheit 12. Das magnetische Wechselfeld erzeugt von der Sendeeinheit 14, induziert in der Empfängerspule A2 ein Signal. Dieses Signal wird vom Operationsverstärker U2 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers U2 wird dann weiter verstärkt durch eine Spannungsfolgerschaltung, bestehend aus einem weiteren Operationsverstärker U3. Der Operationsverstärker ü2 kann als handelsüblicher integrierter Schaltkreis, etwa vom Typ CA3130 realisiert sein, während der Operationsverstärker U3 (Spannungsfolger) durch Verwenden des handelsüblichen Operationsverstärkers CA3140 realisiert werden kann; Hersteller beider Typen ist die Firma RCA.

Der Ausgang des Spannungsfolgers U3 gelangt über einen Koppelkondensator C10 an einen Seriendatendecoder, in Form eines integrierten Schaltkreises U4. Dieser Seriendatendecoder U4 ist äquivalent dem Decoder 50 .nach Fig. 2. Ein handelsüblicher Seriendatendecoder, etwa der Typ S2742 der Firma AMI, kann verwendet werden, um den Decoder U4 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu realisieren. Ein solcher Decoder decodiert die übertragenen 16 Bit des codierten Signals unter Verwendung einer auf einem Chip angeordneten Phasenverriegelungsschleife. Die üblichen Vergleichsverfahren werden außerdem benutzt, um das decodierte Signal mit einem extern gewählten Code zu vergleichen. Die Anschlußstifte von U4 mit der Bezifferung 1 bis 9 in Fig. 4 kennen durch einen Benutzer programmiert werden, um dem Code zu entsprechen , der von dem Benutzer bei dem Codierschaltkreis UI nach Fig. 3 eingestellt worden ist. Demgemäß kann der Benutzer neun der Bits des Sechzehn-Bit-Code-Vtortes in irgendeiner gewünschten Sequent voreinstellen, die nur dem Benutzer bekannt ist, womit die Integrität und Geheimhaltung der Anordnung gewährleistet werden.

Arbeits- und Betriebsweise des Decodierschaltkreises U4 sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht erläutert zu werden. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß bei Empfang eines codierten Signals durch den integrierten Schaltkreis U4, der dem vorprogrammierten Referenzplan entspricht, der durch selektive Definition der neun wählbaren Bits festgelegt worden ist, ein Ausgangssignal an dem Anschluß 10 erscheint. Dieses Ausgangssignal ist bei dem von der Firma AMI hergestellten Seriendatendecoder vom Typ S2742 ein hochliegender Spannungspegel. Wenn vorhanden, ermöglicht dieser hochliegende Spannuiigspegol Stromfluß vom Decoder U4, sowohl durch die Diode CR2 als auch den Widerstand RI4 zum Kondensator C15. Die Spannung auf dem positiven Belag dieses Kondensators steigt demgemäß mit einer Zeitkonstante an, die primär bestürmt wird durch den Wert des Kondensators C15 und den Wert des Widerstandes RI4. Sobald diese Spannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird der Zeitschaltkreis U5 getriggert. Der Wert dieses Schaltpegels wird festgelegt durch das Spannungsteilernetzwerk, gebildet aus den Widerständen R17 und R 18. Der Kondensator C16 ist als Beipasskondensator geschaltet zur Ausfilterung von Rauschen bezüglich dieses Schwellenpegels.

Der Zeitgeberschaltkreis U5 kann realisiert werden unter Verwendung eines im Handel erhältlichen, normierten Zeitschaltkreises 555, der von zahlreichen Halbleiterherstellern wie Signetics, Fairchild, National und RCA angeboten wird. Solange die Spannung an den Klemmen 2 und 6 von U5 den spezifierten Schwellenwert übersteigt, kann Strom über Kleircne 3 zur Masse fließen und damit die Spule L des Relais 54 erregen. Wenn die Spannung an den Anschlüssen 2 und 6 jedoch unter den Triggerschwellenpegel fällt, wird die Spule L des Relais 54 entregt.

Eine zusätzliche Diode CR3 ist zwischen den Schleifer des Relaisschaltkontakt SW1 und die Kathode der Diode CR2 gelegt. Diese Diode CR3 ermöglicht, daß die Batteriespannung V_ an den Kondensator C15 gelegt wird, sobald das Relais 54 erstmalig erregt wird. Eine hochliegende Spannung an Anschluß 17 des Decoders U4, selbst wenn es sich nur um einen momentanen Impuls handelt, ist zunächst notwendig, um das Relais 54 zu erregen. Wie oben erwähnt, lädt diese hochliegende Spannung den Kondensator C15 über dem Schwellenpegel auf, um so den Zeitschaltkreis

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U 5 zu triggern. Nach der Triggerung legt U5 die Spule L des Beiais 54 über Diode CR5 an Masse. Während dieses Zeitraums kann Strom durch die Spule L fließen und damit die Feiaisspule erregen unter Umlegen der Relaisschaltkontakte SW1 und SW2 in ihre Arbeitsstellung oder untere Stellung. Wenn der Relaisschaltkontakt SW1 in der Arbeitsposition ist, erkennt man, dass Batteriespannung V über Diode CR3 zum Kondensator C15 rückgeführt wird. Demgemäß bleibt C15 über den Schwellenpegel hinaus aufgeladen und hält das Relais 54 in seinem erregten Zustand. Auf diese Weise bleibt das Relais 54 selbst haltend bis zu dem Zeitpunkt, daß das Zündschloß 18 benutzt wird, um die Batieriespannung V_n abzuklemmen.

Es wäre auch möglich, die Zeitverriegelungsschaltung 50 (Fig. 2) so auszulegen, daß bei Abfallen der Spannung auf Leitung 60 unter einen Triggerschwellenpegel des Schaltkreises 52, das Relais 54 trotzdem für eine vorgegebene Zeitperiode erregt bliebe. Diese Zeitperiode könnte . hinreichend lang bemessen werden, daß ein Benutzer des Sicherheitssperrsystems (1) ein kodiertes, magnetisches Signal von der Sendereinheit 14 zu der Empfängereinheit'12 übertragen könnte und (2) das Zündschloß 18 mit dem Zündschlüssel betätigen könnte. Mit einer solchen Konfiguration könnte demgemäß die Reihenfolge der Aktivierung der Empfangseinheit 12 und der Betätigung des Zündschlüssels 18 umgekehrt werden.

Bei Abschaltung des Zündschlosses 18 hält der Kondensator C15 (Fig.4) eine Spannung oberhalb des Triggerschwellenpegels während einer Zeitperiode, die primär bestimmt ist durch den Wert des Widerstandes R15 und des Kondensators C15. Ein Benutzer kann deshalb für einen kurzen Augenblick den Zündschloßschalter 18 ausschalten, ohne wieder ein magnetisch kodiertes Signal von der Sendeeiiiheit 14 aus übertragen zu müssen.

Man erkennt in Fig. 4, daß eine Zenafcdiode VRZ benutzt werden kann, um die Batteriespannung V_ auf einen genaueren Wert einzuregulieren.

Wenn die Batteriespannung V„ 12 V beträgt, wie dies bei den meisten Kraftfahrzeugen üblich ist, kann die Zenerdiode VRZ beispielsweise vom Typ IN4740 sein oder eine 10 V Zenerdiode. Diese einregulierte Zenerspannung wird dann benutzt, um die integrierten Schaltkreise U2,ü3,ü4 und ü5 zu speisen. Die Verwendung der Zenerdiode VRZ ist wahlfrei insofern,

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als alle integrierten Schaltkreise auch mit einer ungeregelten Spannungsquelle arbeiten würden. Die Benutzung der Zenerdiode VRZ jedoch bietet einen gewissen überspannungsschutz für diese Komponenten. Sie dient auch dazu, genauer den Schwellenschaltpegel und die Zeitkonstanten zu definieren, die bei Betrieb des Zeitschaltkreises U5 eine Holle spielen.

Der Decoderschaltkreis U4 benötigt eine negative Spannung -V sowie eine positive Spannung, um arbeiten zu kennen. Eine solche negative Spannung steht üblicherweise innerhalb des elektrischen Systems eines normalen Kraftfahrzeuges nicht zur Verfügung. Demgemaß kann eine Negativsspannungsquelle, wie in dem schematischen Diagramm nach Fig. 5 dargestellt, verwendet werden, um die benötigte negative Spannung aus der positiven Zenerspannung VZ anzuleiten. Die Schaltkreise gemäß Fig. 5 umfassen einen Oszillator mit einer Frequenz von etwa 100 kHz. Dieser Oszillator wird realisiert"unter Verwendung invertierender Logikgatter 70 und 72, die in Serie in eine übliche Oszillatorschaltung gefejt sind. Der Kondensator C19 wird alternierend über Widerstand R20 aufgeladen und entladen, entsprechend der Änderung des Zustands der Logikgatter 70 und 72. Widerstand R19 verhindert die Entladung von C19 in den Eingangsschutzschaltkreis von Gatter 70, womit die Frequenz der Spannung stabilisiert wird. Logikgatter 74, 76, 78 und 80 liegen parallel und umfassen einen Pufferverstärker, der den Oszillatorausgang formt und puffert. Nach der Pufferung wird der Verstärkerausgang einem HalbwellenspannungsveiTdopplerkreis zugeführt, bestehend aus Kondensatoren C20, C21, Dioden CJE6 und CR 7 und Widerstand R21. Ein typischer Wertfür die negative Spannung, die so erzeugt wird unter Annahme einer positiven Eingangsspannung von +10V liegt in der Größenordnung von -7 oder -8V. Die invertierenden Logikgatter können vorteilhafterweise in einen einzigen CHOS tnverterschaltkreis integrierter Form realisiert werden, etwa dem lyp CD4049, der im Handel von zahlreichen Halbleiterherstellern angeboten wird.

Die Schaltkreise nach Fig. 3,4, und 5 können ohne weiteres von Fachleuten unter Verwendung von im Handel erhältlicher Komponenten auf Grundlage der obigen Beschreibung aufgebaut werden. Die Mehrzahl

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der Kondensatoren und Widerstände in diesen Schaltungen dienen Vorspann- und Stabilisierzwecken, und ein Fachmann kann ohne weiteres die Werte und die Teilschaltpläne auslegen, die bei solchen Komponenten zu verwenden sind, um die verschiedenen integrierten Schaltkreise und sonstigen aktiven Komponenten zu betreiben. Die Sendespule A1 (Fig. 2 und 3) kann etwa eine Anzahl von 350 Windungen von Draht Nr. 40 auf einem Ferritkern umfassen, etwa auf dem im Handel erhältlichen Kern R33-050-400, Herstellerfirma Amidan. In ähnlicher Weise kann auch die Empfangsspule &2 (Fig.2 und 3) realisiert werden unter verwendung eines Amidom-Ferritkerns R 33-050-750, unter verwendung von etwa 350 Windungen von Draht Nr. 40.

Die Einfachheit der Sendeeinheit 14 ermöglicht, sie in einer relativ kleinen,manuell mitführbaren Einheit zu realisieren. Wenn die Sendeeinheit so aufgebaut ist, kann sie ohne weiteres in einer Hemdentasche Platz finden und kann demgemäß dem berechtigten Benutzer bequem zur Verfügung stehen, ähnlich wie ein üblicher Schlüssel. Die Batterie B, die in Verbindung mit der Sendeeinheit 14 benutzt wird, kann ebenfalls eine kleine, billige, im Handel erhältliche Batterie sein, etwa eine 9 V Batterie, Modell 246, Herstellerfirma Burgess oder das Modell 216, Herstellerfirma Eveready.

Die Empfängereinheit 12 kann ebenfalls relativ kompakt aufgebaut sein und innerhalb eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes an versteckter Stelle so untergebracht werden, daß sie gleichwohl dicht am Eingang oder am Bet^ätigungsort befindlich ist. Bei der Benutzung in einem Kraftfahrzeug beispielsweise kann die Empfängereinheit unter dem Armaturenbrett nahe dem Fahrzeugführersitz angeordnet werden. Nach der Montage ist es relativ einfach, sie an das Zündschloss 18, das Zündsystem 20 und das Solenoidventil 22 wie auch an Masse anzuschließen, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei den Einbauanweisungen für die Empfängereinheit 12 für ein Kraftfahrzeug wäre dann anzugeben:

1. Befestigen der Empfängereinheit 12 innerhalb des·Fahrzeuges nahe dem Fahrersitz, vorzugsweise an einer Stelle, wo sie nicht sichtbar ist.

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2. Feststellen der Verdrahtung, die vom Zündschloss 18 zum Zündsystem 20 führt (dies ist die Signalleitung 28 in Fig. 1). Diese Signalleitung 28 ist der Leiter der zu der Spule eines konventionellen Zündsystems oder zu dem SteuernKXlul eines elektronischen Zündsystems führt. Diese Signalleitung führt typischorwoiso eine Spannung zwischen +11 bis +14 V, wenn das Zündschloss eingeschaltet ist und 0 V, wenn das Zündschloss ausgeschaltet ist. Keine Verbindung sollte erfolgen zur Sekundärseite (Hochspannungsseite) des Zündsystems. Keine andere Verbindung ist herzustellen zu irgendeinem der Leiter des Zündsystems, einschließlich des Leiters von der Spule zum Zündverteiler.

3. Unterbrechen des in Schritt 2 ermittelten Leiters (Signalleitung 28, Fig. 1). .

4. Feststellen welches Ende des in Schritt 3 unterbrochenen Leiters über das Zündschloss 18 zur Batterie führt. Es handelt sich dabei um dasjenige Ende, das 12 V führt, wenn das Zündschloss eingeschaltet ist. Verbinden des Drahtes 27 von der Empfängereinheit 12 mit diesem batterieseitigen Ende des Drahtes 28.

5. Anschließen des Drahtes 29,der ebenfalls von der Empfängereinheit 12 kamt, an das andere Ende des in Schritt 3 aufgetrennten Leiters. Dies ist dasjenige Ende des Drahtes 28, das zu dem Zündsystem 20 führt.

6. Anschließen des Drahtes 62 aus der EmpfängeiELnheit mit einem gut geeigneten Messepunkt, etwa dem Fahrzeugrahmen.

7. Anschließen des Leiters 34 von der Empfängereinheit 12 an eine der Zuleitungen des Solenoid-Ventils 22,

8. Anschließen des anderen Zuleiters des Solenoid-Ventils 22 an einen gut geeigneten Massepunkt, etwa den Fahrzeugrahmen.

Wenn das System entsprechend der obigen Einbauanleitung sorgfältig installiert worden ist, kann die Sendeeinheit 14 benutzt werden, um die Empfängereinheit 12 mit einem richtig codierten Signal zu entsperren.

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Nach richtiger Entsperrüng ermöglicht die Empfängereinheit 12, daß das Fahrzeug einschließlich Zünd- und Kraftstoffversorgungssystem in üblicher Weise .benutzt werden kann. Wenn jedoch die Empfängereinheit 12 nicht entsperrt worden ist, wird das Fahrzeug nicht starten. Darüberhinaus würde es selbst dann, wenn es in irgendeiner Weise in Gang gesetzt wird, nicht sehr lange fahren können, da das Kraftstoffsystem gesperrt würde.

Es ist wichtig, festzuhalten, daß das kodierte Signal, das zwischen. Sende- und Empfängereinheit die Kopplung herstellt nichts weiter ist, als eine spezifizierte Sequenz von sich ändernden Magnetfeldern. Das heißt, es wird kein Hcchfrequenzträgersignal verwendet, um das kodierte Signal von der Sendeeinheit zur Empfängereinheit zu übertragen.

Es versteht sich, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel in zahlreichen Richtungen abgewandelt werden könnte, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen!.

Leerseite

Claims (10)

Patentansprüche

1) Sicherheitssperrsystem für die Steuerung des Betriebes eines Gerätes, das mindestens ein Entsperrelement aufweist, welches durch eine Leistungsquelle erregt werden muß, ehe das Gerät in Betrieb setzbar ist, welches Sicherheitssperrsystem eine Bauart aufweist, mit einer Verteileinrichtung zum Verteilen von Leistung von der Leistungsquelle zu dem Entsperrelement, mit einer Schaltereinrichtung zum Steuern der Leistungsverteilung über die Verteileinrichtung, mit einer Empfängereinheit, die zwischen die Schaltereinrichtung und das Entsperrelement gelegt ist für die weitere Steuerung der Leistungsverteilung über die Verteileinrichtung im Ansprechen auf das Vorhandensein eines aus der Entfernung übertragenen Signals und mit einer Sendeeinheit für die Erzeugung dieses Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit (12) ansprechend auf ein Signal (32) ausgebildet ist, bei dem es sich um ein Magnetfeld' handelt, das veränderlich ist entsprechend einer vorgegeben kodierten Sequenz, daß die Sendeeinheit (14) für die Erzeugung des vorgegeben kodierten Magnetfeldes ausgebildet ist und daß die Sendeeinheit bzw. Empfängereinheit das vorgegeben kodierte Magnetfeld nur dann erzeugen bzw. erfassen, wenn die Einheiten dicht beieinander angeordnet sind.

2) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kodierte Magnetfeld ein magnetisches Wechselfeld ist, das mit ersten und zweiten Frequenzen oszilliert, wobei die ersten und zweiten Frequenzen sequentiell innerhalb des kodierten Magnetfeldes auftreten entsprechend einem vorgebbaren Wiederholungsmuster.

3) System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Wiederhoiungsmuster eine trinäre logische Sequenz umfaßt, mit einer vorgebbaren Serie von logischen Einern, Nullen und Synchronisierbits, wobei die logischen Einer, Nullen und Synchronisierbits jeweils definiert sind durch eine vorgebbare Kombination der ersten und zweiten Frequenzen.

4) System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu steuernde Gerät ein Fahrzeug ist, wobei die Leistungsquelle die Fahrzeugbatterie (16) ist, das Entsperrelement das Fahrzeugzündsystem (20) 1st und die Schaltereinrichtung ein Zündschloß (18) mit Ein- und Auspositionen ist, und daß ein zusätzliches Entsperrelement mit einer Ventileinrichtung (22) in einer Kraftstoffzuleitung (24) des Fahrzeugs ist für die Steuerung des Durchflußes von Kraftstoff durch die Zuleitung, wobei die Ventileinrichtung durch die Empfängereinheit (12)steuerbar ist im Ansprechen auf das Erfassen des Vorhandenseins des vorgebbar kodierten magnetischen Feldes.

5) System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängere,inheit eine Erfassungseinrichtung (A2) aufweist zum Erfassen des Vorhandenseins eines sich ändernden Magnetfeldes und zum Erzeugen eines sich ändernden Signals im Ansprechen auf jenes, wobei das sich ändernde Signal Variationen aufweist, die den Variationen des erfaßten Magnetfeldes folgen, wobei eine Verstärkereinrichtung (48) vorgesehen ist für das Verstärken und Formen des sich ändernden Signals, wobei eine Dekodiereinrichtung (50) vorgesehen ist zum Feststellen, ob die Veränderungen in dem verstärkten und geformten sich ändernden Signal in einem Muster und in einer Sequenz auftreten entsprechend einem vorprogrammierten Code und zum Erzeugen eines Entsperrsignals, wenn der vorprogrammierte Code als in den Veränderungen des sich ändernden Signals vorhanden festgestellt wird, und wobei eine Relaisschaltereinrichtung (54) vorgesehen ist, die ansprechend ausgebildet ist auf das genannte Entsperrsignal zum Ermöglichen der Erregung des mindestens einen Entsperrelements durch die Leistungsquelle über die Verteileinrichtung, wenn die Eelaisschaltereinrichtung in einer ersten Position ist und für die Sperrung der Erregung dieses mindestens einen Entsperrelements, wenn die Relaisschaltereinrichtung in einer zweiten Position ist.

6) System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaisschaltereinrichtung ferner eine Masseverbindungseinrichtung (SW1,62) aufweist zum elektrisch Anmasselegen des mindestens einen Entsperrelementes solange die Relaisschaltereinrichtung in der zweiten Position ist.

7) System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit ferner einen Zeitschaltkreis (U5, Fig. 4) aufweist, der ausgebildet ist zum Schalten der Relaisschaltereinrichtung in deren erste Position während einer vorgebbaren Zeitperiode nach der Erzeugung des Entsperrsignals, und sowie eine Halteeinrichtung (C15, Fig. 4) aufweist zum Halten der Relaisschaltereinrichtuhg in der ersten Position für eine Zeitperiode nach umlegen der Schaltereinrichtung in ihre AusPosition.

8) System nach Anspruch 7,'.dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit ferner eine Halteeinrichtung (52) aufweist, die ansprechend ausgebildet ist auf das Entsperrsignal zum Halten der Relaisschaltereinrichtung in deren erste Position, solange die Schaltereinrichtung in ihre Ein-Position geschaltet ist.

9) System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Sendeeinheit (14) eine Kodiereinrichtung (.40) aufweist zum Erzeugen eines vorgebbar kodierten Signals, das sich entsprechend einer selektiv kodierten Sequenz ändert, eine Treiberstufe (42) aufweist zum Verstärken und Formen des vorgebbar kodierten Signals, eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (A1) aufweist zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetfeldes mit Änderungen entsprechend dem vorgebbar kodierten Signal, mit einer zweiten Batterie (B) und mit einem Sendeschalter (PB), der elektrisch zwischen die zweite Batterie und die Radiereinrichtung, die Treiberstufe und.die Magnetfelderzeugungseinrichtung geschaltet ist zum Ermöglichen der Erregung der genannten Komponenten durch die zweite Batterie, wenn der Sendeschalter in eine Sendeposition gebracht worden ist und zum Entregthalten der Komponenten, solange der Sendeschalter in einer Nicht-Sendeposition steht.

10) Diebffitahlverhinderungsverfahren für das Sichern eines Gerätes mit mindestens einem Entsperrelement, das von einer Leistungsquelle erregt werden muß, damit das Gerät betätigbar ist, welches Verfahren die Schritte umfaßt: Verteilen von Leistung von der Leistungsquelle zu dem Entsperrelement über ein Leistungsverteilnetz, Anschließen eines Schalters in Serie mit dem Verteilungsnetz, welcher schaltbar die Übertragung von Leistung zu dem Entsperrelement steuert, An4 ! schließen einer Empfängereinheit zwischen dem Schalter und dem Entsperrelement, welche Empfängereinheit so ausgebildet ist, daß sie zusätzlich schaltbar die übertragung von Leistung zu dem Entsperrelement steuert im Ansprechen auf das Erfassen des Vorhandenseins eines Signals, und Annähern einer Sendeeinheit an die Empfängereinheit und Aktivieren der Sendeeinheit, wenn es erwünscht ist, das Entsperrelement zu erregen, gekennzeichnet durch die Schritte: Ausbilden der Empfängereinheit derart, daß sie auf ein Magnetfeld anspricht, das sich gemäß einer vorgebbar kodierten Sequenz ändert, Ausbildung der Sendeeinheit derart, daß sie das vorgebbar kodierte sich ändernde Magnetfeld erzeugt, wann sie aktiviert wird, wobei die Sendeeinheit bzw. die Empfängereinheit das vorgebbar kodierte Magnetfeld nur dann erzeugen bzw. erfassen, wenn die Einheiten nahe beieinander angeordnet sind.