Anordnung und Verfahren zur Überwachung eines Schließzylinders

Die Erfindung betrifft Schließzylinder, welche beispielsweise in ein Zylinderschloss eingesetzt werden und mittels eines Schlüssels betätigt werden. Schließzylinder werden jedoch nicht nur für das Verschließen und Freigeben von Türen ver- wendet, sondern auch in Schaltschränken, Serverschränken und als Schlüsselschalter bei elektronischen Geräten.

Schließzylinder bestehen in der Regel aus einem Gehäuse und einem zylinderförmigen Kern, welcher gegenüber dem Gehäuse rotiert werden kann, sofern ein schließberechtigter Schlüssel in den Kern eingesteckt ist.

Schließzylinder können beispielsweise als Halbzylinder, Doppelzylinder oder Knaufzylinder ausgestaltet sein. Weiterhin sind als Bauformen Profilzylinder, Ovalzylinder und Rundzylinder üblich. Die Normen DIN EN 1303 und DIN 18252 standardisieren einige häufige Einsatzfälle.

In der Regel weist der Schlüssel Einschnitte oder Bohrmulden auf, welche im Schließzylinder mit Stiften einer Verriegelungsmechanik abgetastet werden. Die Stifte kommen nach dem Einführen eines schließberechtigten Schlüssels so zu liegen, dass der Kern rotiert und das den Schließzylinder umgebende Zylinderschloss auf- oder zugesperrt werden kann.

Es sind unterschiedliche mechanische Arten zur Codierung ei ^¬ nes mechanischen Schlüssels und von zugeordneten Schließzylindern bekannt, um eine Manipulation zu verhindern. Auch sind elektronische Schließsysteme bekannt, bei denen ein Schlüssel kryptographisch authentisiert wird.

Aus dem Dokument "Schließzylinder", erhältlich im Internet am 12.10.2016 unter https : //de . wikipedia .org/wiki/Schlie%C3% 9Fzylinder, sind mechatronische Schließzylinder bekannt, welche mit einem me ^¬ chanischen Schlüssel zusammenarbeiten, welcher mit einer Batterie und elektronischen Bauelementen ausgerüstet ist. Der Schlüssel übermittelt dem Schließzylinder einen Code über ei ^¬ ne elektrische Verbindung. Der Schließzylinder wird sowohl über die Mechanik des Schlüssels auch über den Code

freigegeben . Durch die vorliegende Erfindung soll eine Alternative zum Stand der Technik bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Überwachung eines Schließzylinders gelöst, mit mindestens ei- nem Sensor, eingerichtet zur Detektion von Vibrationen, welche durch ein Einführen eines Schlüssels in einen Kern eines Schließzylinders und/oder durch eine Drehung des Kerns mit dem Schlüssel bedingt sind, und mit einer Recheneinheit, ein ^¬ gerichtet zur Klassifikation der detektierten Vibrationen.

Bei dem Verfahren zur Überwachung eines Schließzylinders de- tektiert mindestens ein Sensor Vibrationen, welche durch ein Einführen eines Schlüssels in einen Kern eines Schließzylinders und/oder durch ein Drehen des Kerns mit dem Schlüssel hervorgerufen werden. Eine Recheneinheit klassiert die detek ^¬ tierten Vibrationen.

Die im Folgenden genannten Vorteile müssen nicht notwendigerweise durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erzielt werden. Vielmehr kann es sich hierbei auch um Vorteile handeln, welche lediglich durch einzelne Ausführungsformen, Varianten oder Weiterbildungen erzielt werden.

Bei den Vibrationen handelt es sich beispielsweise um mecha- nische Schwingungen, Vibrationsmuster und/oder Schallmuster, welche als akustischer oder mechanischer Fingerabdruck aufge- fasst werden können, welchen der Schlüssel bei einem Einführen in den Schließzylinder, oder beim Drehen des in den Schließzylinder eingeführten Schlüssels zum Entriegeln oder Verriegeln erzeugt. Durch die Klassifikation der Vibrationen lässt sich beispielsweise überprüfen, ob der Schlüssel so wie erwartet mechanisch schließt und benutzt wird, d.h. ob es sich um einen autorisierten Schlüssel oder z.B. ein

Lockpicking-Werkzeug handelt.

Die Anordnung und das Verfahren können beispielsweise als Add-on zu einem vorhandenen mechanischen Schließsystem reali- siert werden. Dies hat den Vorteil, dass ein herkömmliches mechanisches Schloss ergänzt werden kann um eine Auswerteein ^¬ heit, die beispielweise abhängig von dem Schließvorgang ein Freigabesignal bereitstellt. Die Recheneinheit ist beispielsweise ein Mikroprozessor oder MikroController, ein System-on-Chip, ein applikationsspezifischer Halbleiterbaustein ("Application Specific Integrated Circuit", ASIC) oder ein programmierbarer Digitalbaustein, etwa ein "Field Programmable Gate Array" (FPGA) .

Gemäß einer Ausführungsform vergleicht die Recheneinheit die detektierten Vibrationen zur Klassifikation mit der mindestens einen Referenzinformation, welche in einem elektronischen Speicher abgelegt ist.

Hierbei wird beispielsweise der detektierte "Fingerabdruck", welcher aus akustischen oder mechanischen Schwingungen besteht, mit einem "Referenzfingerabdruck" verglichen. In einer Weiterbildung sind in dem Speicher Referenzinformationen für den Schlüssel und mindestens ein unautorisiertes Werkzeug, insbesondere ein Lockpicking-Werkzeug, abgelegt. Die Klassifikation verwendet zumindest eine Klasse für den Schlüssel und zumindest eine Klasse für das unautorisierte Werkzeug.

Hierdurch kann beispielsweise ein nachgemachter Schlüssel oder die Verwendung eines Lockpicking-Werkzeugs anhand der unterschiedlichen Vibrationen erkannt werden. Vorteilhafterweise wird dies protokolliert oder über eine Sendeeinrichtung sofort an eine Alarmanlage gemeldet. Gemäß einer Ausführungsform sind in dem Speicher Referenzinformationen für den Schlüssel und mindestens einen General ^¬ schlüssel abgelegt sind. Die Klassifikation verwendet zumin ^¬ dest eine Klasse für den Schlüssel und zumindest eine Klasse für den Generalschlüssel.

Auf diese Weise kann mit der Art des Schlüssels die Schließ ^¬ berechtigung erkannt werden.

In einer Weiterbildung werden die detektierten Vibrationen, daraus extrahierte Merkmale oder eine ermittelte Klasse in dem Speicher abgelegt.

Ein erfasster mechanischer "Fingerabdruck" wird somit gespeichert. Diese Protokollierung ermöglicht eine spätere Auswer- tung. In einer Variante kann dabei der verwendete Schlüssel identifiziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform führt die Recheneinheit zur Klas ^¬ sifikation eine Mustererkennung durch, wobei sie Merkmale in einem Schwingungsverlauf der detektieren Vibrationen extrahiert und mit der mindestens einen Referenzinformation vergleicht .

Hierbei können in Analogie zu bekannten Biometrieverfahren Mustererkennungsalgorithmen eingesetzt werden, welche Merkmale im Schwingungsverlauf der detektierten Vibrationen wie bei der Überprüfung eines Fingerabdrucks einer Person bei einer biometrischen Authentisierung auswerten. In einer Weiterbildung gibt eine Sendeeinrichtung ein Signal in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Klassifikation ab. Beispielsweise wird hierbei ein Signal an eine Alarmanlage übermittelt, welches einen Einbruchsversuch anzeigt. Wenn bei der Klassifikation hingegen ein ordnungsgemäßer Schlüssel erkannt wird, kann die Alarmanlage je nach Bedarf scharf oder unscharf geschaltet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor ein Tonabnehmer oder ein Luftschallwandler ist. Alternativ oder ergänzend ist der Sensor ein MEMS-Sensor.

Der Sensor ist hierbei in der Nähe des Schließzylinders und vorteilhafterweise in Berührung mit dem Schließzylinder angeordnet, um die Vibrationen aufzuzeichnen detektieren zu können. Er kann auch in den Schließzylinder integriert sein.

Ein Beispiel hierfür ist die Weiterbildung, in der die Anord- nung als Modul ausgestaltet ist, welches in den Schließzylin ^¬ der integrierbar ist, und wobei der Schließzylinder in Modulbauweise gefertigt ist.

Auf diese Weise können auch herkömmliche Schließzylinder in Modulbauweise mit einem entsprechenden Modul nachgerüstet werden, welches beispielsweise als Verlängerungsstück in den Schließzylinder eingesetzt wird. Alternativ kann das Modul als Knauf eines Schließzylinder konstruiert und nach Bedarf auch nachgerüstet werden.

Gemäß einer Ausführungsform übermittelt eine Sendeeinrichtung die detektierten Vibrationen oder daraus abgeleitete Merkmale an einen Server. Die Recheneinheit kann hierbei auf dem Ser ^¬ ver angeordnet sein.

Die Auswertung kann also nicht nur an Ort und Stelle erfol ^¬ gen, z.B. im Schließzylinder integriert oder durch ein lokales Zusatz-Gerät oder -Modul, sondern auch in einem Backend, insbesondere auch einem Cloud-Service, an den die detektier- ten Vibrationen übertragen werden.

Vorteilhafterweise kann die Sendeeinrichtung hierzu in ein Hausautomatisierungsnetzwerk eingebunden werden. In einer Weiterbildung sperrt oder entsperrt eine Verriege ^¬ lungsmechanik eine Rotation des Kerns in Abhängigkeit von ei ^¬ nem Ergebnis der Klassifikation.

Das Zylinderschloss beinhaltet die Anordnung und ist zur Auf ^¬ nahme des Schließzylinders eingerichtet.

Der Schließzylinder beinhaltet die Anordnung.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schließzylinder ferner eine Verriegelungsmechanik, welche zur Sperrung und/oder Entsperrung einer Rotation des Kerns in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Klassifikation eingerichtet ist.

Der Schließzylinder prüft hierbei beispielsweise die Vibrati ^¬ onen beim Einführen des mechanischen Schlüssels und gibt davon abhängig den Schließmechanismus frei. Eine Manipulation, z.B. mit einem Lockpicking-Werkzeug oder einem nachgemachten Schlüssel, ergibt ein anderes Vibrations ^¬ muster, welches als nicht berechtigt erkannt wird.

In einer Weiterbildung beinhaltet der Schließzylinder eine Abtasteinrichtung, welche eine Rotation des Kerns freigibt, wenn der Schlüssel eine vorgegebene Form aufweist, und die Rotation sperrt, wenn der Schlüssel von der vorgegebenen Form abweicht . Diese Weiterbildung betrifft einen herkömmlichen Schließzylinder mit einer gängigen Abtasteinrichtung mit Stiften, welcher die Anordnung und ggf. auch die Verriegelungsmechanik als zusätzliche Komponenten aufweist. Der Schließzylinder kann hierbei auch als Doppelzylinder ausgeführt sein, welcher die Abtasteinrichtung jeweils auf beiden Seiten aufweist.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine Darstellung einer möglichen Anordnung zur

Überwachung eines Schließzylinders 2.

Figur 1 zeigt einen Schlüssel 1, welcher in einen Schließzy- linder 2 eingeführt wird. Dabei kommt der Schlüssel 1 in Kon ^¬ takt mit einer Abtasteinrichtung 9, welche mit Stiften in das Profil des Schlüssels 1 eingreift. Sofern der Schlüssel 1 die richtige Form aufweist, gibt die Abtasteinrichtung 9 eine Drehung eines zylinderförmigen Kerns 8 frei, welche bei- spielsweise den Riegel eines Schlosses antreibt.

Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel wird nun vorge ^¬ schlagen, die mechanischen bzw. akustischen Schwingungen, d.h. die Vibrationen dieses mechanischen Schließsystems bei dessen Benutzung zu erfassen und mit einer Referenzinformati ^¬ on bzw. einem Referenzmuster zu vergleichen. Die mechanischen Schwingungen eines Schließvorgangs werden hierbei als mecha ^¬ nischer bzw. akustischer "Fingerabdruck" verstanden und ausgewertet, um eine vom Schließvorgang abhängige Information zu ermitteln. Dies hat auch den Vorteil, dass ein herkömmliches mechanisches Schloss ergänzt werden kann um eine Auswerteein ^¬ heit, die abhängig von dem Schließvorgang ein Freigabesignal bereitstellt . Konkret detektiert hierzu mindestens ein Sensor 3 Vibratio ^¬ nen, welche durch ein Einführen des Schlüssels 1 in den Kern 8 des Schließzylinders 2 und/oder durch ein Drehen des Kerns 8 mit dem Schlüssel 1 hervorgerufen werden. Eine Recheneinheit 5 führt daraufhin eine Klassifikation der detektierten Vibrationen durch, d.h. die Recheneinheit 5 klassiert das de- tektierte Vibrationsmuster und ordnet es einer von mehreren vorgegebenen Klassen zu. Der einfachste Fall ist hierbei eine Klassifizierung mit zwei Klassen, eine für autorisierte

Schlüssel, und eine für unautorisierte Werkzeuge. Derart ein- fache wie auch deutlich komplexere Mustererkennungsalgorithmen sind aus der Biometrie und Informatik hinlänglich bekannt und können hierfür adaptiert und eingesetzt werden. Im Rahmen der Klassifikation kann auch ein Wahrscheinlichkeitswert für die Zugehörigkeit zu einer Klasse ermittelt werden, der dann mit einem Schwellwert verglichen wird. Weiterhin kann eine Extraktion von Merkmalen in einem Schwingungsverlauf der de- tektieren Vibrationen erfolgen, woraufhin die extrahierten Merkmale mit unterschiedlichen Referenzmustern verglichen wird. Anhand des Referenzmusters mit der größten Übereinstim ^¬ mung wird die Klasse bestimmt.

Die Auswertung kann beim Schließvorgang selbst erfolgen, so- dass eine Freigabe bzw. ein Verriegeln des Schließzylinders 2 oder einer Zusatzverriegelung abhängig von der Überprüfung erfolgt. Hierzu weist der Schließzylinder beispielsweise eine Verriegelungsmechanik 7 auf, welche durch die Recheneinheit 5 angesteuert wird.

In einer anderen Variante wird durch eine Sendeeinrichtung 4 ein Freigabesignal (z.B. für eine Alarmanlage) bereitge ^¬ stellt. Dadurch kann bei einem erfolgreichen Entriegeln bzw. Verriegeln eines mechanischen Schlosses automatisch eine Alarmanlage scharf bzw. unscharf geschaltet werden. Alterna ^¬ tiv kann ein Einbruchsversuch mit einem unautorisierten Werkzeug erkannt und an die Alarmanlage gemeldet werden.

In einer weiteren Variante erfolgt eine Protokollierung der detektierten Vibrationen in einem elektronischen Speicher 6 für eine spätere Auswertung. In einer Variante kann dabei der verwendete Schlüssel 1 identifiziert werden.

In einer weiteren Variante kann ein nachgemachter Schlüssel oder die Verwendung eines Lockpicking-Werkzeugs anhand ent ^¬ sprechender Abweichungen in den detektierten Vibrationen erkannt werden. Für diese unterschiedlichen Fälle können in dem elektronischen Speicher 6 auch geeignete Referenzmuster zum Abgleich mit den detektierten Vibrationen abgelegt sein. Bei- spiele für solche unautorisierten Werkzeuge sind Spanner, Ha ^¬ ken, Sperrpistolen, Elektropicks oder Schlagschlüssel. Auch kann die Art der Schließberechtigung des Schlüssels erkannt werden, z.B. ob es sich um einen Generalschlüssel oder einen Individualschlüssel handelt. Es erfolgt also ein Prüfen von mechanischen Schwingungen

("akustischer Fingerabdruck") beim Einführen des Schlüssels 1 oder beim Drehen des Kerns des Schließzylinders 2. So lässt sich überprüfen, ob der Schlüssel 1 so wie erwartet mecha ^¬ nisch schließt und benutzt wird.

Akustische/mechanische Sensoren 3 können hierzu am Schließzy ^¬ linder 2 angebracht oder in diesen integriert sein. Geeignete Sensoren 3 sind beispielsweise ein Tonabnehmer, Luftschall ^¬ wandler und/oder MEMS-Sensoren .

Die Auswertung kann vor Ort erfolgen (z.B. im Schließzylinder 2 integriert oder durch ein Zusatzgerät eines Schließzylin ^¬ ders 2), oder in einem Backend (insbesondere Cloud-Service) , an den das erfasste mechanische/akustische Schwingungsmuster übertragen wird. Ein erfasster mechanischer Fingerabdruck kann für eine spätere Auswertung bzw. Analyse gespeichert werden .

Die entsprechenden Komponenten können auch als Modul in einen Schließzylinder 2 eingesetzt werden, welcher in Modulbauweise gefertigt ist, beispielsweise als Verlängerungsstück oder Knauf .

Die Komponenten können jedoch auch in einem Zylinderschloss angeordnet sein, in welches der Schließzylinder 2 eingesetzt wird .

Weiterhin können die Komponenten auch fest in einem

einstückigen Schließzylinder verbaut sein. Der Schließzylin- der 2 kann hierbei auch eine zusätzliche Verriegelungsmecha ^¬ nik 7 aufweisen, welche zur Sperrung und/oder Entsperrung einer Rotation des Kerns 8 in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Klassifikation eingerichtet ist und von der Recheneinheit 5 entsprechend angesteuert wird. Eine solche Verriegelungsme ^¬ chanik 7 wird zusätzlich zu der herkömmlichen Abtasteinrichtung 9 in den Schließzylinder 2 eingebaut. Ein vorhandenes mechanisches Schließsystem und das dafür vor ^¬ handene Schlüsselmanagement kann entsprechend nachgerüstet werden. Ein vorhandener Schließzylinder kann so auch für weitere Anwendungen verwendet werden, z.B. für die Freigabe ei ^¬ ner Alarmanlage.

Eine Manipulation eines mechanischen Schlosses kann erkannt werden (z.B. Lockpicking) , wodurch ein höherer Schutz erreicht wird. Es können vorhandene mechanische Schlüssel und Schließsysteme weiterverwendet werden, um eine elektronische Berechtigungsinformation (ein Freigabesignal) zu ermitteln.

Abhängig von der Auslegung kann ein zusätzlicher Schutz erreicht werden, da ein nachgemachter Schlüssel bzw. ein

Lockpicking-System einen anderen akustischen Fingerabdruck aufweist. In einer anderen Variante kann ein verwendeter

Schlüssel identifiziert und protokolliert werden. Insbesonde ^¬ re können unterschiedlich codierte, zulässige Schlüssel un ^¬ terschieden werden, beispielsweise Generalschlüssel oder in ^¬ dividuelle Schlüssel, oder unterschiedliche Exemplare von me- chanisch übereinstimmenden Schlüsseln. Dadurch kann z.B. ein nachgemachter Schlüssel erkannt werden.

Obwohl die Erfindung durch die Ausführungsbeispiele im Detail illustriert und beschrieben wurde, ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen kön ^¬ nen vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Varianten, Ausführungsformen und Weiterbil ^¬ dungen können auch frei miteinander kombiniert werden.