Электротепловое кодовое устройство Советский патент 1992 года по МПК E05B47/00 

Изобретение относится к устройству кодовых замков повышенной секретности и может быть использовано для запирания дверей транспортных средств, в т, ч. вагонов, контейнеров, специальных помещений и сейфов, в устройствах включения особо сложных или опасных машин, механизмов.

Известны электромеханические кодовые замки для транспортных средств, включающие немагнитный ключ с элементами кодирования и установленные в корпусе замка считывающие элементы, например катушки соленоидов.

Известны замки, использующие другие принципы работы: с приемниками радиоизлучения, с оптоэлектронными приемниками, установленными в замочной скважине.

Перечисленные замки отличаются невысокой степенью секретности или излишней сложностью и низкой надежностью, что препятствует их широкому использованию, особенно в дверях транспортных средств.

что связано со спецификой эксплуатации последних.

Известно использование термоэлектрических батарей в качестве элементов теплового управления в различных областях техники. В некоторых устройствах термобатарея используется для одновременного охлаждения одного объекта, размещенного с одной (холодной) стороны термобатареи, и нагрева другого объекта, размещенного с противоположной стороны. Изменением полярности питающего термобатарею ток постоянного тока производят тепловое реверсирование: переключение из режима охлаждение в режим нагрев и наоборот.

В качестве прототипа заявляемого устройства выбран кодовый замок для контейнера. Замок содержит магнитоуправляемые контакты, последовательно включенные в цепь электромеханического запорного устройства, и магнитный ключ, выполненный в виде блока электроизолированных друг от друга магнитов, количество которых соответствует числу и расположению управляемых контактов группы разрешение. Имеется и вторая группа контактов- запрета, причем контакты одной группы нормально разомкнуты, другой - нормально замкнуты. При вставке ключа в замок от его магнитов срабатывают контакты группы разрешение, цепь катушки соленоида замыкается и втягивает сердечник с защелкой, открывая тем самым замок.

Так как магниты являются общедоступным товаром, то секретность замка определяется только числом кодов и является невысокой. Кроме того, для магнитных контактов характерен эффект залипания, что снижает надежность замка.

Недостатком известного устройства является то, что замок открыт только при вставленном ключе, что в ряде случаев неудобно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение секретности замка путем использования теплового взаимодействия ключа с замком в комбинированном режиме нагрева и охлаждения.

Цель достигается тем, что в предлагаемом замке элементы кодирования ключа выполнены в виде термоэлектрической батареи, полупроводниковые пары которой со стороны, обращенной к управляемым контактам, теплоизолированы друг от друга и имеют различную полярность электрического включения, а управляемые контакты снабжены термовыключателями в виде теплоизолированных от корпуса биметаллических пластин, установленных с возможностью теплового контакта с соответствующими коммутационными пластинами термобатареи ключа: при этом цепь питания электромагнитного запорного устройства снабжена разъемом, ответная замыкающая часть которого размещена на ключе: а соотношение полупроводниковых пар, работающих в режиме охлаждение и в режиме нагрев, составляет 1:2.

На фиг. 1 схематически представлена кодовая часть замка в разрезе: на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1: на фиг. 3 - разрез Б-Б с показом коммутации термобатареи на нерабочей грани: на фиг. 4 - электрическая принципиальная схема.

Замок включает в себя корпус 1 кодовой части замка с гнездом (скважиной) под ключ прямоугольного сечения, суживающимся с двух противоположных граней. На одной из наклонных поверхностей гнезда выполнен паз, в котором в теплоизоляторах 2 жестко укреплены биметаллические пластины 3 так, что их термоконтактные поверхности находятся заподлицо с поверхностью гнезда. С противоположной стороны пластин 3 имеются управляемые контакты 4. На этой же поверхности гнезда в электроизоляторе 5 установлен электрический разъем 6. В наконечнике ключа 7 размещена термоэлектрическая батарея 8, состоящая из нескольких пар термоэлементов 9 р- и п-типа проводимости и коммутационных пластин 10 и 11 рабочей и нерабочей грани

0 соответственно. Тепловой контакт пластин 11с корпусом 1 и пластин 10 с биметаллическими пластинами 3 осуществляется через диэлектрические теплопереходы 12. На грани ключа, обращенной к разъему 6 в соответствующем месте, имеется шина 13, контактирующая с ответными элементами разъема. В рукоятке ключа может быть размещен источник питания термоэлектрической батареи (аккумулятор 14) с

0 выключателем 16 либо разъем 15 для подключения ключа к внешнему источнику питания (не показан). Замок также содержит запорное устройство 17 с электромагнитным приводом 18, включенным последовательно с контактами 4 и разъемом 6 в цепь питания термобатареи от источника ИП 1 (фиг. 4).

В другом конструктивном варианте замок не имеет автономного источника питания ИП1, а с помощью разъема XI, установленного в ключе вместо шины 13, замок подключается к источнику питания ИП2 (поз. 14 на фиг. 1) термобатареи 8, как показано на фиг. 4 пунктирными линиями.

5 Устройство работает следующим образом,

Для открытия замка ключ 7 плотно вставляют в гнездо корпуса 1, сняв предварительно заглушку, которая может быть установлена в гнезде. За счет посадки на конус обеспечивается хороший тепловой контакт пластин 11 через диэлектрический теплопереход 12с корпусом 1 и пластин 10 через индивидуальные теплопереходы 12 с

5 биметаллическими пластинами 3. Одновременно шиной 13 замыкается контакт 7 цепи питания запррного устройства 17. Нажатием кнопки выключателя 16 включают термобатарею 8. Пары термоэлементов 9 (на фиг.

0 2, 3 их условно показано шесть) имеют различную полярность подключения к источнику постоянного тока, в результате чего одна группа пар работает на нагрев, другая - на охлаждение. Конкретно для изображенной

5 на фиг. 2, 3 батареи: пластины 10а, 10с, lOf и 10 d нагреваются, а 10Ь и 10е - охлаждаются. Соответственно на противоположной грани термобатареи на пластинах 11 происходит выделение тепла на двух пластинах и поглощение на четырех. Современные терМО электрические материалы, представляющие собой тройные сплавы + Sb, и батареи на их основе имеют коэффициент добротности Z (2 - 3)х 10 1 / К. Это означает, что при малых перепадах температур на спаях холодильный коэффициент термобатареи

.

-W

при этом на горячей стороне выделяется примерно в 2 раза больше теплоты, чем поглощается на холодной, а тепловой баланс термобатареи записывается в виде

Qr Qo + W,

где Qr и QO - выделяемая и .поглощаемая тепловая мощность, Вт;

W - потребляемая электрическая мощность, Вт.

Соотношение пар, работающих в режиме охлаждения и режиме нагрева, составляет 1:2, то это означает, что выделяемая и поглощаемая на пластинах 11 теплота взаимно компенсирует друг друга и изменения температуры корпуса 1 на этой грани не происходит, а значит и не требуется установки на нерабочую грань термобатареи традиционного теплообменника. В то же время пластины 10 на рабочей стороне термобатареи теплоизолированы друг от друга, через них происходит разогрев биметаллических пластин 3 а, 3 с, 3 d, 3 f и охлаждение пластин 3 b и 3 е. Указанные группы пластин могут не отличаться материалом, из которого они изготовлены, но в этом случае должны быть установлены различными сторонами к ключу, из-за чего одна группа пластин срабатывает при нагреве, другая при охлаждении. Срабатывая, пластины прогибаются и замыкают собой пары контактов 4 (К1...К6 на фиг.4). Когда все термовыключатели сработают, замыкается цепь питания ИП 1, электромагнит 18 открывает запорное устройство 17. Время срабатывания термовыключателей зависит от массы биметаллических и коммутационных пластин, температур их срабатывания и плотности теплового контакта и колеблется в пределах от 20 с до нескольких минут. В импульсном режиме работы при питании термобатареи током, в 1,5-3 раза превышающим оптимальный, быстродействие срабатывания повышается до 5-10 с. Через некоторое время после выключения или выемки ключа пластины 3 возвращаются в исходное состояние и замок готов к закрытию.

Ускорить этот процесс возврата можно запитав термобатарею током обратной полярности, для чего в рукоятке ключа предусматривается соответствующий переключатель. Вариант питания электромагнитов 18 от аккумулятора 14 наиболее удобен для замков транспортных средств, особенно вагонов, где требуется предельная простота и надежность части замка,

установленной на самом вагоне.

Пример. Термобатарея ключа изготавливается из монокристаллического полупроводникового вещества по технологии зонной плавки или методом Бриджмена, используемой при изготовлении серийных термобатарей ТЭМО, Микрон, ХТЭП-9.2 и др. Ориентировочные параметры ветвей (т.е. пар 9) составляют: сечение 1,8x1,8 мм, высота 2-3 мм, ток - 1-3 А при напряжении

питания 0,2-1 В. Для этих параметров минимальный размер ключа 1х5составит 20x7 мм при глубине гнезда h 20-50 мм. В качестве электроизолирующего теплоперехода 12 используют керамику (глинозем), окись бериллия, оксидировку поверхности медных пластин 10 и 11. Несущей основой наконечника 7 ключа служит эпоксидный компаунд по аналогии с устройством термобатарей Селен. В качестве термовыключателя используют прямую биметаллическую пластину марки ТБ1523, закрепленную с двух концов.

Повышенная секретность предлагаемого замка объясняется тем, что никакими другими известными источниками тепла и холода, в том числе и серийно выпускаемыми термобатареями (модулями), невозможно реализовать комбинированный режим охлаждения и нагрева на столь малом по

площади участке, к тому же размещенном в труднодоступном для механического воздействия месте. Технологию изготовления предлагаемого ключа с термобатареей практически невозможно освоить в непроизводственных условиях, при этом свободного доступа к технологической документации и оборудованию на предприятиях как правило нет. Поэтому, даже зная код и принцип действия замка, но не имея

ключа, злоумышленник или случайный человек не сможет открыть замок. Дополнительной степенью секретности является сочетание теплового и электрического действия ключа через разъем 6. Это обстоятельство, а также жесткость пластин 3 практически исключают возможность механического открытия замка, например с помощью отмычек. Перекодирование ключа производится путем перестановки пластин

3 и перекоммутации пар в батарее 8. Количество кодов замка может быть дополнительно увеличено путем дифференциации пластин 3 по температурам срабатывания, для чего в соответствующих парах термобатареи изменяют сечение ветвей. Условие одновременности нагрева и охлаждения предохраняет замок от срабатывания при случайных тепловых воздействиях, например изменении температуры воздуха и пр.

Формула изобретения Электротепловое кодовое устройство, содержащее замок и ключ, установленные на корпусе замка управляемые кодовые кон/. Т i Ш -/-. i .-. ; /7 Lrrf. -Ч ; f --с 1 Ч-T- i.- Ц - - - И. - ЗШ :, , :- п --ьа--:-;. . 1 Фиг. 1

такты, включенные последовательно в цепь управления запорным устройством, расположенные на поверхности ключа и соответствующие количеству и расположению контактов замка, элементы кодирования, отличающееся тем, что, с целью повышения секретности устройства, кодовые контакты выполнены в виде биметаллических пластин, установленных с возможностью теплового контакта с элементами кодирования ключа, выполненными в виде термоэлектрической батареи, полупроводниковые пары которой имеют различную полярность электрического включения. .2

фиг.:5

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для ограничения доступа посторонних лиц, а именно, к кодовым замкам. Цель изобретения - повышение секретности кодового устройства путем использования теплового взаимодействия ключа с замком в комбинированном режиме охлаждения и нагрева. Ключ снабжен термоэлектрической батареей, взаимодействующей при вставке ключа в гнездо корпуса 1 с управляемыми контактами 4, снабженными термочувствительными биметаллическими пластинами 3. Под воздействием тепла и холода, генерируемых термобатареей, группы пластин 3 проги&аютСя и замыкают цепь питания электромеханического запорного устройства, открывая замок. 4 ил.