Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für einen elektronischen oder mechatroni- schen Schließzylinder, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antennensystems für einen elektronischen oder mechatronischen Schließzylinder, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Charakteristisch für Schließzylinder nach DIN-Norm 18262 ist ihre Eigenschaft bzgi. im Inneren des Zylinders angebrachter Antennen als faradayscher Käfig zu wirken. Diese Eigenschaft ist ein großer Nachteil beim Betrieb von elektronischen Schiießanlagen, die üblicherweise von einem zentralen Punkt aus drahtlos überwacht und gesteuert werden sollen.

Die bisherigen Lösungsversuche sehen teilweise die Verwendung von magnetischen Feldern vor, welche zwar prinzipiell durch Metalle hindurchdringen können, aber nur eine sehr begrenzte Reichweite bieten.

Ein anderer Lösungsansatz ist die Ausführung des Zylinders und seiner Bauteile mit Kunststoff- oder Keramikmaterialien, wobei diese Ausführung weiter Nachteile zur Folge haben. Zwar kann durch eine solche Ausführung die Funktion einer Innen liegenden Antenne prinzipiell besser gewährleistet werden, jedoch werden die Anforderungen hinsichtlich Einbruchs- und Brandschutz unter Umständen nicht mehr erfüllt. Ein Anbringen einer Antenne an der Außenseite des Schiießzylinders verbietet sich aus Gründen des Sabotageschutzes und der nachteiligen architektonischen Anmutung.

In den Druckschriften US 2002/0080087 AI und JP 2002171211 A werden Antennenanordnungen in Knaufzylindern offenbart, wobei die Antennen in Oberflächenöffnungen des Türknaufes eingebaut sind und die Übertragungs- und Empfangseinheiten innerhalb des Knaufes angeordnet sind. Dies stellt ein an Bauteilen relativ aufwändiges Antennensystem dar, zumal die Antennen für einen Betrachter zu erkennen sind und dies dem bereits beschriebenen Sabotageschutz bzw. der architektonischen Anmutung nicht dienlich ist.

Antennen in Schließzylindern sind aus verschiedenen am Markt angebotenen Produkten bekannt. Neben dem bereits eingangs geschilderten Problem der geringen Reich- weite oder der eingeschränkten Einbruchssicherheit ist insbesondere die Gefahr einer Manipulation der Funkstrecke zwischen Schließzylinder und zentraler Steuerung des Betreibers ein hohes Sicherheitsrisiko, Wird die üblicherweise verschlüsselte Kommunikation abgehört und gehackt, kann sich ein Angreifer ungehinderten Zutritt zum Gebäude verschaffen, Dieses Risiko hat bisher viele Objektbetreiber davon abgehalten, diese komfortable und effiziente Form der Gebäudeverwaltung zu nutzen. Stattdessen werden handelsübliche Dateneingabegeräte verwendet, mit deren Hilfe die Daten mühsam zwischen dem zentralen PC und den im Haus verteilten Schließzylindern transportiert werden („Datenlöffel").

Bereits heute integrieren verschiedene Hersteller Antennensysteme bzw. Sende- und Empfangsbausteine in die Knäufe ihrer elektronischen Schließzylinder. Um eine ausreichende Reichweite der Sendesysteme zu bewerkstelligen, werden diese entweder aus nichtmetallischen Werkstoffen gefertigt oder die metallische Kappe wird selbst als Antennenstrahler genutzt. Auch in der Patentliteratur sind bereits als Antennen ausgebildete Knäufe für den HF-Funk bekannt, siehe beispielhaft EP 1 908 898 A1.

Alle angebotenen technischen Ausführungsformen von Antennensystem weisen ein gravierendes Problem auf. Die Anordnung der Antenne in einem der beiden Knäufe führt zu einer starken Richtcharakteristik des Sendefeldes bzw. der Empfangseigenschaften. Üblicherweise führt die Anordnung der Antenne in dem Knauf eines Zylinders zu einer starken Abstrahlung nach vorne, seitlich und nach oben. Diese Ausrichtung ergibt sich aus den Reflektionen des Einsteckschlosses, des Türbeschlages, des Schließblechs im Türrahmen und des Bodens,

Nach hinten, d, h. in die entgegengesetzte Richtung, quasi zur Türinnenseite ist die Abstrahlung sehr viel schwächer. Die Reichweite des Sendefeldes in Richtung des Innen liegenden Knauf, d. h. zum Rauminneren Knauf, liegt erfahrungsgemäß bei 30 bis 40 Prozent der Abstrahlung in Richtung des Außen liegenden Knaufs. Bei feuerhemmenden Türen ist dieser Abschirmungseffekt noch wesentlich drastischer. Wird eine Tür geöffnet, schwenkt damit gleichzeitig die sogenannte Antennenkeule um 90 Grad. Dies führt in vielen Fällen dazu, dass die Funkverbindung zum nächsten Zylinder bzw. nächsten Funkknotenpunkt abreißt, da sich die Sendefelder der benachbarten Zylinder nicht mehr überlagern. Eine Funkverbindung, die nur funktioniert, wenn alle Türen geschlossen sind, ist allerdings aus Sicherheitsaspekten, beispielsweise für die Übertragung eines Einbruchsalarms, von Nachteil. Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antennensystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Systems bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile überwinden und sowohl im geschlossenen als auch im geöffneten Zustand einer mit einem Knaufzylinder versehenen Tür ausreichend große Antennenkeulen bereitstellen zu können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Antennensystem für einen elektronischen oder mechatronischen Schließzyiinder mit zwei Knäufen, gemäß Patentanspruch 1, sowie mittels eines Verfahrens zum Betrieb eines Antennensystems, gemäß Patentanspruch 7, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Erfindungsgemäß sind zwei dielektrisch leitfähige Knäufe, welche form- und/oder kraftschlüssig mit einem Zylinderkern verbunden sind, unmittelbar als aktive Antennenpole ausgebildet, wobei mindestens ein Teil des Schließzylinders als elektrisches Gegengewicht ausgebildet ist und die Knäufe und das elektrische Gegengewicht zueinander elektrisch isoliert angeordnet sind.

Als elektrisches Gegengewicht können Teile des Schließzyländers wie z. B, der Zylinderkern, der Schließbart, eine metallisierte Platine oder das Profilgehäuse oder eine angeflanschte Rosette dienen. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, wonach Kombinationen der genannten Teile als Gegengewicht ausgebildet sind.

Zweckmäßigerweise ist mindestens einer der unmittelbar ais aktiver Antennenpof dienenden Knäufe aus metallischem Material gefertigt.

Außerdem ist es denkbar, dass einer der Knäufe aus einem Kunststoff- und/oder Keramik- und/oder Glasmateriai gefertigt ist und mit einer elektrisch leitenden Beschich- tung versehen ist. Hierbei ist es nicht zwangläufig notwendig, dass der vollständige Knauf mit einer Beschichtung versehen ist, sodass auch Teilbeschichtungen aufgebracht werden können. Des Weiteren kann mindestens einer der Knäufe eine selektiv metallisierte Platine aufweisen.

Zusammenfassend wird also ein Antennensystem für einen elektronischen oder mechatronischen Schließzyiinder zur Verfügung gestellt, welcher seine Knäufe als aktive Antennenelemente zur drahtlosen Kommunikation mit einer Gegenstation bzw. einer Relaisstation nutzt. So sind andere in einem Flur bzw. in baulicher Nähe angeordnete Schließzylinder mit gleichem Antennensystem die Gegen- bzw. Relaisstationen, wobei Verbindung zu einem übergeordneten Überwachungs- oder Hausverwaltungssystem besteht.

Das erfindungsgemäße Antennensystem sieht vor, dass die vorzugsweise metallischen Knäufe den aktiven Antennenpol bilden, während die metallischen Gehäusebestandtei- le den anderen Antennenpol, d. h. das Gegengewicht bilden. Es bildet sich folglich ein Antennensystem mit Dipolcharakter heraus.

Das Antennensystem kann auch mit umgekehrter Polarisation betrieben werden, sodass in -einem derartigen Fall die ausgewählten Teile des Schließzylinders und die beiden Knäufe jeweils ihre Funktion vertauschen. Hierzu ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche eine Polarisationsumkehr bzgl des Dipolcharakters des Antennensystems aktivieren kann.

Das Funktionsprinzip des eingangs beschriebenen Antennensystems besteht darin, eine Elektronik zu realisieren, welche in der Lage ist, die Handhaben eines Knaufzylin- ders nach DIN-Norm als aktive Antennenelemente zu nutzen und dabei ein Sendefeld zu erzeugen, welches sich kugelförmig um den Zylinder hin ausbreitet. Es ist damit unabhängig von der jeweiligen Türstellung und bietet einen großen Vorteil hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Datenübertragung.

Erreicht wird das kugelförmige Sendefeld durch den Einsatz von zwei parallel arbeitenden Antennen im Innen- und Außenknauf, wobei Innen und Außen beispielsweise das Rauminnere bzw. Raumäußere beschreiben. Die beiden Abstrahlcharakteristiken überlagern sich gegenseitig dergestalt, dass de facto eine gleichmäßige„Ausleuchtung" des Zylinderumfeldes erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausführung bilden das Gehäuseprofil, der drehbare Zylinderkem und der Schließbart gemeinsam das elektrische Gegengewicht. Diese Bestandteile des Gehäuses sind üblicherweise aus Messing, Edelstahl oder einer anderen geeigneten metallischen Legierung gefertigt. Denkbar ist auch der Einsatz von metallisierten Kunststoffen oder von metallisierter Keramik. Den aktiven Antennenpol bilden die metallischen Knäufe, welche an den Zylinderkern als Teil des elektrischen Gegengewichts angeflanscht sind, diesem Gegengewicht gegenüber jedoch elektrisch isoliert werden müssen.

Wird der erfindungsgemäße Knaufzylinder nach DIN-Mass (z. B. DIN 18252) in ein ebensolches DIN-Einsteckschloß eingebaut, so erweitert sich das Gegengewicht um die metallische Masse des Einsteckschlosses und auch der Türbeschläge.

Durch die elektrische Abschirmung des elektrischen Gegengewichts gegenüber den aktiven Antennenpolen kommt es zu einer für die Sende- und Empfangseigenschaften vorteilhaften Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen um den Schließzylinder, welche sich insbesondere durch eine kugelförmige Abstrahlcharakteristik auszeichnet.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird eine Sendefrequenz von 868 MHz gewählt, so dass sich eine Annäherung zwischen der üblichen Baulänge der Knäufe (30 bis 40 mm) und der idealen Antennenlänge (Lambda-Viertel = 86 mm) ergibt. Durch den Verkürzungsfaktor, welcher die Abstrahleigenschaften einer zylindrischen Antenne gegenüber einer Drahtantenne definiert, wird die unzureichende Baulänge im Hinblick auf die Antennenfunktion weitgehend kompensiert.

Bei Verwendung von unterschiedlichen Knauflängen zwischen 20 und 50 mm, welche in der Regel bautechnisch bedingt sind, kann die Fehlanpassung über eine geeignete Antennenbeschaltung korrigiert werden.

Die vorgenannte Erfindung bildet ein leistungsfähiges Antennensystem, welches den Vorteil bietet, auf der Grundlage eines einbruchssicheren, elektronischen oder me- chatronischen Schließzylinders, eine zuverlässige gebäudeinterne Funkkommunikation aufbauen zu können, welche unabhängig von der Stellung einzelner Türen immer funktioniert. Dieser Umstand ist bei erhöhten Sicherheitsanforderungen von großem Vorteil.

Wie bereits erwähnt können die Funktion von Antennenpol und Gegengewicht durch eine Polarisationsumkehr umgekehrt werden. Somit verändert sich die Richtcharakteristik des Sendefeldes. In einer typischen Einbausituation besteht ein Unterschied zwischen der Signaistärke an der äußeren Antenne, z, B. Flurseite einer Bürotür, und der inneren Antenne, z. B. Zimmerseite einer Bürotür. Während die Funkkommunikation zwischen Zentrale, bzw. Relais üblicherweise durch die Flure verläuft und sich an Wänden und Decken spiegelt, ist die Empfangsituation im Inneren eines Zimmers deutlich schlechter.

Die Außenseite eines Zylinders profitiert von sog. parasitären Effekten während die Innenseite eine mehr oder weniger starke Abschirmung durch Wände, Türen und Möbel erfährt. Durch eine Polarisationsumkehr des Antennensystems kann der Signalpe- gei einer Gegenstation in seinem Aspektverhältnis zwischen Innen- und Außenseite der Tür zueinander analysiert werden.

Der deutliche Signalabstand, weicher sich somit zwischen den beiden Antennenpolarisationen ergibt, kann nun genutzt werden, um eine Authentifizierung der Gegenstation vorzunehmen. Ein Störsender, welcher beispielsweise auf dem Parkplatz vor einem Gebäude platziert wäre, würde unweigerlich ein inverses Aspektverhältnis für die beiden vergleichenden Messungen des Schließzylinders erzeugen. Im Ailtagsbetrieb können die Signalmuster über eine Fuzzy-Logic gezielt erkannt werden, um Einflüsse von Störungen in Gebäuden wie sie etwa durch Menschenansammlungen oder aufgrund von neuplatzierten Metallmöbein entstehen, zu minimieren.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen;

Fig. 1 in Schnittdarstellung und Draufsicht einen erfindungsgemäßen Schließzylinder mit zwei direkt als aktive Antennenpole ausgebildete Knäufe sowie mit einem elektrischen Gegengewicht, welches aus Profilgehäuse, Zylinderkern und Schließbart gebildet ist,

Fig. 2 die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen von gängigen Antennensystemen mit nur einer Antenne im Außen- oder Innenknauf im verbauten Zustand in einer Tür bzw. einer Anordnung von Türen und Fig. 3 die Feldausbreitung des erfindungsgegenständlichen Antennensystems im verbauten Zustand in einer Tür bzw. Anordnung von Türen.

In Fig. 1 wird ein erfindungsgemäßes Antennensystem für einen in diesem Fall elektronischen Schließzylinder (1) mit zwei dielektrisch leitenden Knäufen (2) dargestellt. Die beiden Knäufe (2) sind als metallische Handhaben ausgebildet und sind form- schiüssig mit einem Zylinderkern (3) verbunden.

Die Knäufe (2) sind unmittelbar als aktive Antennenpole ausgebildet, wohingegen das elektrische Gegengewicht (5), durch die Kombination eines Profilgehäuses mit dem drehbaren Zylinderkern (3) und dem daran montierten Schließbart (4) gebildet wird.

Der unmittelbar einen Antennenpol bildente Knauf (2) ist an den Zylinderkern (3) angeflanscht, wobei zwischen dem Kern (3) und dem Knauf (2) ein elektrisch isolierendes Material (6), folglich ein Isolator angebracht ist.

Die von dem aktiven Antennenpol erzeugte elektromagnetische Welle kann sich um das Gehäuse ausbreiten und wird dann hinter dem Beschlag wieder gegen das elektrische Gegengewicht geschlossen.

Fig. 2 ist eine Darstellung der Feldausbreitung von geläufigen Knaufzylindern. Gezeigt wird zunächst ein Flur (7) in welchem sich vier Türen befinden, wobei drei der Türen verschlossen sind und nur eine geöffnet. Die jeweiligen Feidausbreitungen werden als gestrichelte Ellipsen verdeutlicht.

Zum einen ist ersichtlich, dass die in einem Raum (10) gegebene Feldausbreitung wesentlich kleiner ist, als die in einem Flur (7). Dies hängt mit der typischen Einbausituation zusammen, wonach ein Unterschied zwischen der Signalstärke an der äußeren Antenne, also an der Flurseite einer Bürotür, und der inneren Antenne, als an der Zimmerseite einer Bürotür, besteht. Während die Funkkommunikation zwischen Zentrale, bzw. Relais üblicherweise durch die Flure verläuft und sich an Wänden und Decken spiegelt, ist die Empfangsituation im Inneren eines Zimmers deutlich schlechter, da hier relativ starke Abschirmungen durch Wände, Türen und Möbel vorherrschen. Sofern sich einzelne Feldausbreitungen von an Türen angebrachten Antennen überschneiden, können Funksignale und somit Informationen von Antenne zu Antenne weitergegeben und beispielsweise zu einem übergeordneten Hausverwaltungssystem transportiert werden. Diese Überschneidungen sind in Fig. 2 schraffiert dargestellt.

In Folge einer geöffneten Tür (9) kann eine derartige Weitergabe von Funksignalen unterbrochen werden. Da die Feldausbreitung einer Antenne in das Rauminnere relativ klein ist, erfährt dieses Feld keine Überlappung mit dem Sendefeld der verschlossenen Tür (8), sodass hier die Funksignale nicht in Richtung der geöffneten Tür (9) weitergegeben werden können.

In Fig, 3 findet sich eine Darstellung der mit einem erfindungsgemäßen Antennensystem erzielten Feldausbreitungen wieder. Da mit dem beschriebenen Antennensystem durch zwei aktive Antennenpole zwei sich überlagernde Sendefelder erzeugt werden, entsteht in Summe eine kugelförmige Abstrahlcharakteristik. Die Feldausbreitung ist in der Folge immens größer, sodass auch eine geöffnete Tür (9) zu keiner Unterbrechung bezüglich der Weitergabe von Funksignalen führt.

Bezugszeichenliste

1 Schließzylinder

2 Knauf

3 Zylinderkern

4 Schließbart

5 elektrisches Gegengewicht

6 isolierendes Material

7 Flur

8 geschlossene Tür

9 geöffnete Tür