DE3149789C1 - Vorrichtung zur induktiven Identifizierung einer Information - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Identifizierung einer Information, insbesondere eine aus elektronischem Schloß- und Schlüsselteil bestehende Zugangskontrolle, bei der bei Annäherung des Schlüsselteils an den Schloßteil dessen Oszillatorteil hochfrequent schwingt, diese Schwingung vom Schlüsselteil aufgenommen und, mit einem als Schlüsselkennung dienenden Frequenz- oder Impulsmuster moduliert, auf den Schloßteil zurückübertragen und von der schloßseitigen Empfangs- und Erkennungseinrichtung weiter verarbeitet wird und bei der die Hin- und Rückübertragung der Energie zwischen Schloß- und Schlüsselteil durch eine Wellenkopplung mittels Antennenspulen erfolgt.

Aus der DE-OS 26 57 182 ist eine Vorrichtung zur Identifizierung einer Information bekannt, die einem ersten Trägerbauteil (Schlüsselteil) zugeordnet ist, mit Hilfe von Ablesemitteln, die an einem zweiten Trägerbauteil (Schloßteil) angeordnet sind, wobei die Information in einem ersten Informationsträger im ersten Trägerbauteil codiert enthalten ist, das erste Trägerbauteil außerdem ein Empfangsglied und einen vom ersten Infromationsträger beeinflußbaren Signalgeber aufweist, und das zweite Trägerbauteil ebenfalls ein Empfangsglied sowie eine einen zweiten Informationsträger enthaltende Auswerteschaltung aufweist und mit einer Energiequelle verbunden ist, die in eine energetische Kopplung mit dem Empfangsglied des ersten Trägerbauteils bringbar ist zwecks Übertragung der Energie zur Aktivierung der Bauteile des ersten Trägerbauteils und Ansteuerung des ersten Informationsträgers derart, daß der Signalgeber ein von der Information des ersten Informationsträgers geprägtes Informationssignal abgibt, das von dem Empfangsglied im zweiten Trägerbauteil empfangen und gegebenenfalls nach Umwandlung in der Auswertschaltung mit der Bezugsinformation des zweiten Informationsträgers verglichen wird, und wobei die Auswertschaltung ein charakteristisches Ausgangssignal abgibt, wenn erste und zweite Information eine gewünschte Beziehung zueinander haben.

Wesentliche Merkmale der vorbesagten Vorrichtung werden u. a. darin gesehen, daß dem Empfangsglied im ersten Trägerbauteil eine Energieauswertstufe zugeordnet ist, die eine Ansteuerung des ersten Informationsträger nur dann einleitet, wenn die empfangene Energie einen Mindestwert überschreitet.

Im ersten und zweiten Trägerbauteil ergänzende Teile eines elektronischen Signalgenerators vorgesehen

die elektronischen Bauteile des ersten Trägerbauteils frequenz- und/oder amplitudenbestimmender Schaltungsteil des Signalgenerator sind, der erste Trägerbauteil einen Oszillator enthält, an dessen Einqang eine impedanz (Spule) liegt und der zweite Trägerbauteil eine mit der ersten Impedanz koppelbare zweite Impedanz (Spule) aufweist, und die Impedanzen (Spulen) Ferrite enthalten und als Ferritantennen ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur induktiven Identifizierung einer Information der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß eine Signalaufprägung auf der Schlüsselseite auf der Schloßseite erkannt werden muß,
die Signalaufprägung auf der Schlüsselseite zu genau vorbestimmten Zeitpunkten erfolgen muß, damit sich die Schloßseite ausschließlich auf diese Zeitpunkte konzentrieren kann und die Schloßseite in der Signalerkennung auf die Signalerscheinungszeitpunkte synchronisiert ist und

eine codierte Signalaufprägung auf der Schlüsselseite erfolgen muß.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß ein induktiv gekoppelter Synchronisationsschalter hergestellt wird und Anwendung findet, wobei Mittel vorgesehen sind, die einen mehr oder weniger vollständigen Kurzschluß der Spule bzw. eine Energieaufprägung auf das Signal der Spule bewirken, so daß sich zu Zeitpunkten, die durch eine Koinzidenz von Zählereignissen bestimmt werden, sowohl auf Seiten der Schlüsselspule, als auch an der schloßseitigen Spule eine geänderter Signalverlauf ergibt

Ein wesentliches Durchführungsmerkmal besteht darin, daß der Kurschluß an der schlüsselseitigen Spule über eine Diode erfolgt, was den Vorteil gewährt, daß je nach Schaltung der Diode jeweils eine Halbwelle, z. B. die positive, nicht kurzgeschlossen, sondern zu einer Zählung der Impulse zur Verfugung steht, was gewährleistet, den schlüsselseitigen Schalter exakt zu ginem Zeitpunkt zu schließen, der durch die Signalgeneration auf Seiten der schloßseitigen Spule vorgegeben ist.

Ein weiteres wesentliches Element der Schloß-Schlüsselkombination der Erfindung wird darin gesehen, daß schlüsselseitig eine Elektronik eingebaut ist, die die von der vorbesagten Diode durchgelassenen Halbwellen abfragt und zählt, wobei diese " Elektronik t eine Codierung enthält, mit der bestimmtwird, zu welchen Zeitpunkten der die schlüsselseitige Spule kurzschließende Schalter wirksam wird.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gemäß den Ansprüchen werden anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden F i g. 1 bis 7 näher erläutert. Dabei lassen die

F i g. 1 und 2 induktiv gekoppelte Synchronisationsschalter erkennen und die

F i g. 3 und 4 Schloß-Schlüsselschaltungen, die den Synchronisationsschalter eingebaut enthalten und durch die vorstehend bereits erwähnten elektronischen Elemente vervollkommnet sind. Die F i g. 5 und 6 sind Signalkurvenverläufe und die

F i g. 7 veranschaulicht eine Schaltung zur Energieaufprägung.

Gemäß der Schaltung der F i g. 1 wird durch einen Generator G ein periodisches Signal über einen Widerstand R1 und eine Spule L1 geführt Die in dieser Schaltung vereinigten, vorstehend genannten Bauelemente gehören, in ihrer Anwendung auf eine elektronische Schloß-Schlüsselkombination, der Schloßseite an. Eine der Schlüsselseite zugeordnete Spule L 2 ist mit der schloßseitigen Spule L1 gekoppelt, so daß sich an beiden Spulen der entsprechende Signalverlauf mit einer Phasenverschiebung ergibt. Wird nun die Spule L 2 über den Schalter 52 kurzgeschlossen, ergibt sich nicht nur auf Seiten der Spule L 2 ein geänderter ίο Signalverlauf, dieser Kurzschluß wird auch an der Spule Ll am Punkt 51 festgestellt. Die zugehörigen Signalverläufe sind den der F i g. 1 beigegebenen Zeichnungen zu entnehmen.

Mit dem hier dargestellten Prinzip ist ein induktiv gekoppelter Schalter offenbart.

Eine andere Art dieses Schalters ergibt sich, wenn

zwischen den Spulen L1 und L 2 eine Änderung des Kopplungsverhältnisses stattfindet, indem die Spulen auseinander bewegt werden bzw. indem zwischen die Spulen ein entsprechendes Material Mgeschoben wird.

Auf diese Art könnte die Funktion des Schalters 52 aktiviert bzw. desaktiviert werden. Der Schalter wäre also abhängig von dem Kopplungsverhältnis. Es würde sich dann um einen induktiven Kopplungsschalter handeln.

Wie aus dem Signalverlauf der Fig. 1 zu ersehen ist,

verschwindet das Signal für die Zeit, in der der Schalter 52 kurzgeschlossen ist Gelingt es irgendwie, das Signal am Schalter 52 so kurzzuschließen, daß gleichzeitig eine Zählung der Signale an 52 nicht unterbrochen wird, so gelingt es, zwischen den Signalen eine Synchronisation herzustellen. Es ist derart möglich, nach genau der n-maligen Wiederkehr des Signals 51 auf Seiten der Spule Ll den Schalter 52 auf Seiten der

ϊϊ Spule L 2 zu schließen.

Wird der Kurzschluß an der Spule L 2, wie in F i g. 2 dargestellt, über eine Diode D1 durchgeführt, läßt sich dieses Ziel erreichen. In diesem Falle werden beispielsweise die positiven Halbwellen des Signals nicht kurzgeschlossen, so daß sie zur Zählung zur Verfügung stehen. Wird eine Zählung der positiven Signalwellen auf Seiten der Spule L 2 durchgeführt, kann also der Schalter 52 exakt zu einem Zeitpunkt schließen, der durch die Signalgeneration auf Seiten der Spule L1 vorgegeben ist

Wird also auf Seiten des Signalgenerators die Frequenz geändert, so ändert sich auch die Frequenz auf der Seite des Schalters, die Zählung der positiven Halbwellen bleibt jedoch unverändert, so daß immer noch exakt zum gleichen Wellendurchgang, aber bei unterschiedlicher Zeitdifferenz zwischen den Schalterereignissen geschaltet wird.

Das Prinzip zur Lösung der eingangs aufgeführten Problemstellungen ist der Schaltung der Fig.3 zu entnehmen, die die Hinzunahme der Elektronik E 2 zu den Schaltungen der F i g. 1 und 2 erkennen läßt

Diese Elektronik dient dazu, über den Punkt 53 beispielsweise positiven Halbwellen des Schlüsselkreises abzufragen und zu zählen. Die Elektronik E 2 enthält eine Codierung, mit der bestimmt wird, wann der Schalter 52 kurzgeschlossen wird. Von den beiden Signalverläufen ist jetzt nicht mehr der des Schloßkreises bestimmend, sondern der des Sehlüsselkreises. Zu einem bestimmten Zeitpunkt (nach π positiven Halbwel-Ien des Signals) erfolgt ein Kurzschluß, der um At verspätet an 51 nachgewiesen werden kann. Mit diesem Prinzip sind die auf der Schlüsselseite aufgetretenen Signale vollkommen synchronisiert an 51 nachweisbar

und damit erkennbar.

Hinzu kommt noch das Bauteil Ei, welches aus dem Wechselsignal ein Gleichspannungssignal macht. Mit diesem Bauteil wird die Versorgungsleistung auf Seiten des Schlüssels erzeugt. Auch hier macht sich vorteilhaft bemerkbar, daß nur die eine Halbwelle kurzzeitig abgeschnitten wird, so daß keine nachhaltigen Einbrüche in der Energieversorgung bemerkbar sind.

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung kann noch eine Verbesserung erfahren, mit dem Ziel, das Signal in noch prägnanterer Weise als Träger von Information benutzen zu können. Der Schaltung der F i g. 3 zufolge ist dem durch Kurzschließung erzeugten Signal dasjenige des Signalgenerators überlagert, und es besteht nun die Aufgabe, dieses Signal in noch eindeutigerer Weise aus dem Grundsignal des Signalgenerators herauszuheben.

Grundsätzlich wären hierzu zwei Wege denkbar. Es können sowohl entsprechende Signalmanipulationen an dem Teil 2 wie auch an dem Teil t vorgenommen werden. Problematisch ist jeder zusätzliche Aufwand, der an dem bewegten Teil (hier dem Schlüsselteil 2) getrieben werden muß. Alle zusätzlichen Manipulationen an diesem Teil zur besseren Signalübertragung erhöhen die Bauteilanzahl, damit den Energieverbrauch und den Raumbedarf. Zusätzlicher Aufwand sollte also nur an dem Teil getrieben werden, der dies auf Grund seiner räumlichen Struktur gestattet. Grundsätzlich lassen sich aber die nachfolgenden Ausführungen sowohl auf Teil 1 wie auch auf Teil 2 beziehen.

Die hiermit vorgelegte Problemlösung geht davon aus, daß im Teil 1 eine zweite Spule L 3 räumlich getrennt von der Spule L1 so angebracht wird, daß der elektromagnetische Einfluß der Spule L 2 an der Spule L 3 nicht zum Tragen kommt. Wird nun die Spule L 3 in geeigneter Weise so schaltungstechnisch mit der Spule L1 verbunden, daß die an ihnen anstehenden Grundsignale vollkommen gleich sind, so können alle Abweichungen von dieser Gleichheit über einen Differenzverstärker eindeutig erfaßt werden.

In Fig.4 ist die Problemlösung skizziert. In Fig.5 sind die Signale an den Punkten A, B_r C dargestellt, wie sie sich ergeben, wenn Teil 2 nicht in der Nähe von Teil 1 ist. Über die Widerstände Rl, R3 sind die Induktivitäten L i_r L 3 so abgestimmt, daß sie eine Phasenverschiebung in ihren Signalen an den Punkten A und B aufweisen. Infolge der Differenz zwischen den Signalen A und B, welche am Eingang des Operationsverstärkers OPi liegt, ergibt sich als Ausgangssignal des Operationsverstärkers der Signalverlauf C

Nähert sich nun Teil 2 dem Teil 1, wird die Gesamtinduktivität durch die nun in Nähe befindlichen Induktivitäten Ll und L2 den Signalverlauf A so ändern, daß bei richtiger Abstimmung der Widerstände R1 und R 3 die Signale A und B sich genau überlagern bzw. — falls die Spulen L1, L3 gegensätzlich gewickelt sind, um 180° phasenverschoben sind. Am Ausgang des Operationsverstärkers wird infolge der verschwundenen Differenz zwischen den Signalen A und B an seinem Eingang kein Signal mehr auftauchen. Die C-Linie wird mit der O-Linie identisch sein (bzw. konstanten Wert haben). Dies ändert sich für den Augenblick, in dem der Schalter 51 geschlossen wird. Die Spule L 2, welche bei geöffnetem Schalter ihre Energie von der Spule Li bekommt und dementsprechend am Widerstand Rl eine Spannung aufbaut, wird kurzgeschlossen, es erfolgt ein Feldzusammenbruch, der sofort die Spule L1 beeinflußt, und es ergibt sich der Signalverlauf, wie er an der Stelle ts in der F i g. 6 dargestellt ist. Unbeeinflußt

■> von dieser Änderung infolge der Schalteränderung in Teil 2 bleibt die Spule L 3 im Teil 1, da sie räumlich weit genug von der Spule L 1 entfernt ist.

In F i g. 6 ist der Vorgang entsprechend dargestellt. Die beiden Verläufe der Kurven A und B aus F i g. 5 sind

i» in F i g. 6 zu einer Kurve verschmolzen. Lediglich an der Stelle fs (der Zeitpunkt, zu dem der Schalter 51 geschlossen wird) ergibt sich zwischen beiden Signalen eine kurzzeitige Differenz. Damit ändert sich das Eingangssignal des Operationsverstärkers, der an

seinem Ausgang das Signal entsprechend verstärkt in Form des Kurvenverlaufes C ausgibt. Dieses Signal ist eine so deutliche Abbildung der Schalteränderung von 51, daß es elektronisch ohne größere Schwierigkeiten weiterverarbeitet werden kann.

Die Abstimmung der Kreise in den Teilen 1 und 2, bzw. deren Anpassung zueinander, kann auch selbsttätig erfolgen, indem die Widerstände R1, R 3 als spannungsregulierende Widerstände ausgeführt sind. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird in diesem

Fall benutzt, um einen der Widerstände so lange zu verändern, bis das Ausgangssignal einen Minimalwert erreicht hat.

Anstelle der Kurzschließung der schlüsselseitigen Spule L 2 durch den Schalter 51 kann ein Synchron-

schalter auch durch eine zusätzliche Belastung von L 2 durch einen mittels eines Schalters an die Spule gelegten, ungeladenen Kondensators bewirkt werden, wobei jedoch zu bedenken ist, daß der kapazitive Kurzschluß der durch einen Schalterschluß bewirkten größten denkbaren Belastung nicht gleichzusetzen ist, und daß die an sich bekannte, zeitlich exponentiale Abnahme der Wirkung des kapazitiven Kurzschlusses in Zusammenhang mit der Herstellung eines Synchronschalters nicht ausnutzbar ist.

Dagegen stellt eine Zufuhr von Energie, welche in einem geladenen Kondensator gespeichert ist, eine weitere Möglichkeit für einen über die Spulenbeeinflus-_D sung zu bewirkende Synchronisationsmaßnahme dar. Der Kondensator wird mittels eines Schalters an die Spule angeschlossen, wobei die Anschaltzeitpunkte durch die bekannten Maßnahmen der Synchronisation, beispielsweise eine Zählung der Halbwellen, bestimmt werden können.

In Fig.7 ist das Prinzip des auf Energiezufuhr

ausgerichteten Synchronschalters in einem Ausführungsbeispiel dargestellt Danach ist in den Schlüsselstromkreis zusätzlich eine Kapazität aufgenommen, welche über den Kurzschlußschalter 52 an die Induktivität L 2 gelegt wird. Die Betätigung des Kurzschlußschalters 52 wird über die Elektronik E 3 gesteuert, so daß in einem geeigneten Zeitpunkt die Ladungsmenge, weiche sich auf Cl befindet, über die Induktivität L 2 schließen und durch den damit erfolgten Stromfluß eine Wirkung auf die Schloßspule Ll hervorgerufen wird. Es ist einleuchtend, daß durch diese Art von Kurzschluß Energie nicht vernichtet, sondern diejenige Energie, die in Cl vorhanden ist, kurzzeitig zugeführt wird. Diese im Zeitpunkt ti erfolgende Energiezufuhr ist an der resultierenden Spitze im

^b*> Kurvenverlauf der Fi g. 7a erkennbar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtung zur induktiven Identifizierung einer Information, insbesondere Zugangskontrolle, die einem ersten Trägerbauteil (Schlüsselteil) zugeordnet ist, mit Hilfe von Ablesemitteln, die an einem zweiten Trägerbauteil (Schloßteil) angeordnet sind, wobei die Information in einem ersten Informationsträger im ersten Trägerbauteil codiert enthalten ist, das erste Trägerbauteil außerdem ein Empfangsglied und einen vom ersten Informationsträger beeinflußbaren Signalgeber aufweist, und das zweite Trägerbauteil ebenfalls ein Empfangsglied sowie eine einen zweiten Informationsträger enthaltende Auswerteschaltung aufweist und mit einer Energiequelle verbunden ist, die in eine energetische Kopplung mit dem Empfangsglied des ersten Trägerbauteils bringbar ist zwecks Übertragung der Energie zur Aktivierung der Bauteile des ersten Trägerbauteils und Ansteuerung des ersten Informationsträgers derart, daß der Signalgeber ein von der Information des ersten Informationsträgers geprägtes Informationssignal abgibt, das von dem Empfangsglied im zweiten Trägerbauteil empfangen und gegebenenfalls nach Umwandlung in der Auswertschaltung mit der Bezugsinformation des zweiten Informationsträgers verglichen wird, und wobei die Auswertschaltung ein charakteristisches Ausgangssignal abgibt, wenn erste und zweite Information eine gewünschte Beziehung zueinander haben, der erste Trägerbauteil einen Oszillator enthält, an dessen Eingang eine Impedanz (Spule) liegt, und der zweite Trägerbauteil eine mit der ersten Spule koppelbare zweite Spule aufweist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein induktiv gekoppelter Synchronisatjonsschalter hergestellt wird und Anwendung, findet, wobei Mittel vorgesehen sind, die einen mehr oder weniger vollständigen Kurzschluß, der Spule (L 2) bzw. eine Energieaufprägung auf das Signal der Spule (L 2) bewirken, so daß sich zu Zeitpunkten, die durch eine Koinzidenz von Zählereignissen bestimmt werden, sowohl auf Seiten der Schlüsselspule (L 2), als auch an der schloßseitigen Spule (L 1) ein geänderter Signalverlauf ergibt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der schlüsselseitigen Spule (L 2) ein Kurzschluß über eine Diode (D 1) erfolgt.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß schlüsselseitig eine Elektronik (E 2) eingebaut ist, die die von der Diode (Di) durchgelassenen Halbwellen des Signals abfragt und zählt, wobei diese Elektronik eine Codierung enthält, mit der bestimmt wird, zu welchen Zeitpunkten der die schlüsselseitige Spule (L 2) kurzschließende Schalter (S 2) wirksam wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Kurzschlusses der Spule (L 2) -■ dieser über einen Kurzschlußschalter ein ungeladener Kondensator (Cl) nebengeschaltet ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schloßteil eine weitere Spule (L3) räumlich getrennt von der Spule (L 1) so angeordnet ist, daß der elektromagnetische Einfluß der schlüsselseitigen Spule (L 2) auf die Spule (L 3) vernachlässigbar ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleninduktivitäten (L 1, L 3) über veränderbare Widerstände (R 1, R 3) so abgestimmt sind, daß sie an vergleichbaren Meßpunkten (A, B) keine Phasenverschiebung in ihren Signalen aufweisen, und daß diese phasengleichen Signale einem Operationsverstärker (OPi) mit Differenzeingängen zugeleitet werden, der als Ausgangssignal den Kurvenverlauf (C) ergibt (F i g. 5).
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände (R 1, R 3) Anwendung finden, die als spannungsregulierbare Widerstände ausgeführt sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Spule (L 2) über einen von einer Elektronik (ES) gesteuerten Kurzschlußschalter (S3) ein eine Ladung tragender Kondensator (Ci) anschaltbar ist (F i g. 7).