Wie ein Schloss funktioniert: Warum nur dein Schlüssel es dreht

Kurz gesagt: In einem Stiftzylinderschloss sitzt ein Kern in einem Gehäuse, und damit das Schloss öffnet, muss sich der Kern drehen. Etwa fünf Stiftsäulen kreuzen die Linie zwischen beiden, die Scherlinie: je ein Kernstift, ein Gehäusestift und eine Feder. Ohne Schlüssel drücken die Federn die Gehäusestifte über die Linie, und der Kern klemmt. Die Einschnitte eines Schlüssels heben jede Säule auf ihre eigene Höhe, und nur der richtige Schlüssel bringt jede Trennstelle zwischen Kern- und Gehäusestift genau auf die Linie. Ein Einschnitt zu tief oder zu flach, und ein Stift blockiert noch. Fünf Stifte mit zehn Tiefen ergeben in der Theorie bis zu 100.000 Schlüssel; ein Hauptschlüssel funktioniert, weil ein Zwischenstift einer Säule eine zweite Trennstelle gibt.

Ein Kern, der sich drehen muss

Wikipedia über das Stiftzylinderschloss: „In this type of lock, an outer casing has a cylindrical hole in which the plug is housed. To open the lock, the plug must rotate.“ (Bei dieser Art von Schloss hat ein äußeres Gehäuse eine zylindrische Bohrung, in der der Kern sitzt. Um das Schloss zu öffnen, muss sich der Kern drehen.) Lockwiki: „The plug is the inner piece of the lock that rotates upon insertion and tension of the correct key.“ (Der Kern ist das innere Teil des Schlosses, das sich dreht, wenn der richtige Schlüssel steckt und gedreht wird.)

The Engineering Mindset benennt die Linie zwischen beiden: „The intersection between the plug and the lock housing is known as the shear line.“ (Die Grenze zwischen Kern und Schlossgehäuse heißt Scherlinie.)

Stifte quer über der Scherlinie

Durch beide sind Löcher gebohrt. Wikipedia: „A series of holes, typically five or six of them, are drilled vertically into the plug.“ (In den Kern ist senkrecht eine Reihe von Löchern gebohrt, meist fünf oder sechs.) (Unsere Zeichnung hat fünf.) Darin: „key pins of various lengths, which are rounded to permit the key to slide over them easily“ (Kernstifte unterschiedlicher Länge, abgerundet, damit der Schlüssel leicht über sie gleitet), und „Above each key pin is one or more spring-loaded driver pins.“ (Über jedem Kernstift sitzen ein oder mehrere gefederte Gehäusestifte.) The Engineering Mindset: „Within each chamber we find a spring which pushes another pin, known as a driver pin.“ (In jeder Kammer sitzt eine Feder, die einen weiteren Stift drückt, den Gehäusestift.)

Ohne Schlüssel: blockiert

Wikipedia: „When the plug and outer casing are assembled, the pins are pushed down into the plug by the springs.“ (Sind Kern und Gehäuse zusammengesetzt, drücken die Federn die Stifte nach unten in den Kern.) Und: „When the key is not in the lock, the pins straddle the shear point, preventing the plug from rotating.“ (Steckt kein Schlüssel im Schloss, überbrücken die Stifte die Scherlinie und verhindern, dass sich der Kern dreht.)

The Engineering Mindset: „With no key inserted, the driver pins sit part way in the housing chamber and part way within the plug. This means the plug is unable to rotate.“ (Ohne Schlüssel sitzen die Gehäusestifte teils in der Gehäusekammer und teils im Kern. Deshalb kann sich der Kern nicht drehen.)

Jeder Einschnitt, seine eigene Höhe

Ein Schlüssel ist eine Reihe von Höhen. The Engineering Mindset: „Each key pin is a different height, and this will correspond to the profile of the key.“ (Jeder Kernstift ist unterschiedlich hoch, und das entspricht dem Profil des Schlüssels.) Lockwiki: „Key pins are sized differently corresponding to the different depth cuts on the key.“ (Kernstifte sind unterschiedlich groß, passend zu den unterschiedlich tiefen Einschnitten am Schlüssel.) Diese Tiefen sind die Schließung des Schlüssels, englisch bitting: „the depth of key cuts on a cylinder key for a pin tumbler lock, often expressed as a number“ (die Tiefe der Einschnitte an einem Zylinderschlüssel für ein Stiftzylinderschloss, oft als Zahl angegeben) (Wikipedia). Unser Beispielschlüssel ist 2-6-4-8-3 geschnitten.

Der richtige Schlüssel: jede Trennstelle auf der Linie

Wikipedia: „With a key properly cut and inserted into the groove on the end of the plug, the pins will rise causing them to align exactly at the shear point. This allows the plug to rotate, thus opening the lock.“ (Steckt ein richtig geschnittener Schlüssel in der Nut am Ende des Kerns, heben sich die Stifte und liegen genau an der Scherlinie. Dann kann sich der Kern drehen, und das Schloss öffnet.) Lockwiki: „Each pin stack must be properly aligned to allow pins to separate at the shear line. Once all pin stacks are properly aligned the plug can freely rotate and actuate the locking bolt to lock or unlock the lock.“ (Jede Stiftsäule muss richtig ausgerichtet sein, damit sich die Stifte an der Scherlinie trennen. Sind alle Säulen richtig ausgerichtet, dreht sich der Kern frei und bewegt den Riegel, um das Schloss zu ver- oder entriegeln.)

Beim Drehen trennen sich die Stifte an der Linie. The Engineering Mindset: „The driver pins will have been pushed up and will now fully sit within the housing while the key pins sits fully within the plug. This means the plug is now able to rotate.“ (Die Gehäusestifte sind nach oben gedrückt und sitzen jetzt ganz im Gehäuse, die Kernstifte ganz im Kern. Deshalb kann sich der Kern jetzt drehen.)

Ein Einschnitt daneben: blockiert

Wikipedia: „If the wrong key is used, the pins remain misaligned, preventing the plug from turning“ (Mit dem falschen Schlüssel bleiben die Stifte verschoben und verhindern, dass sich der Kern dreht). Ein zu tiefer Einschnitt lässt einen Gehäusestift über der Linie; ein zu flacher schiebt einen Kernstift darüber. Die Bauweise, die beides blockiert, ist alt: Wikipedias Geschichtsteil nennt den doppelt wirkenden Stiftzylinder „one where lifting the pins too much or too little prevented opening“ (einen, bei dem zu starkes oder zu schwaches Anheben der Stifte das Öffnen verhinderte). Lockwiki: „An incorrect key will not align all components correctly; rotation of the plug will be blocked at the shear-line.“ (Ein falscher Schlüssel richtet nicht alle Teile korrekt aus; die Drehung des Kerns wird an der Scherlinie blockiert.)

Bis zu 100.000 Schlüssel, in der Theorie

Lockwiki: „Theoretically, most locks have a very high number of differs but in reality tolerances and bitting restrictions lower this number dramatically. For example, a 5 pin lock with 10 depth spacings has 10⁵ (100,000) theoretical key differs.“ (Theoretisch haben die meisten Schlösser sehr viele Schließungsvarianten, doch in der Praxis senken Toleranzen und Einschränkungen der Schließung diese Zahl drastisch. Ein Schloss mit 5 Stiften und 10 Tiefenstufen hat zum Beispiel theoretisch 10⁵ (100.000) Schlüsselvarianten.) Das sind 10 × 10 × 10 × 10 × 10. In der Praxis weniger, wie Lockwiki sagt; wie viele, beziffern wir nicht.

Ein Hauptschlüssel: eine zweite Trennstelle

Wikipedia: „In a master-keyed lock, some or all of the pin chambers in the lock have three pins in them instead of two. Between the driver pin and the key pin is a third pin called the spacer pin, also known as a master wafer. Thus each pin line has two shear points.“ (In einem Schloss mit Hauptschlüssel enthalten einige oder alle Stiftkammern drei Stifte statt zwei. Zwischen Gehäuse- und Kernstift sitzt ein dritter Stift, der Zwischenstift, auch Aufbaustift genannt. Damit hat jede Stiftreihe zwei Scherpunkte.) Und: „So the lock will open with two keys; one aligns the first set of shear points and the other aligns the second set of shear points.“ (Das Schloss öffnet also mit zwei Schlüsseln; einer richtet die ersten Scherpunkte aus, der andere die zweiten.)

So funktioniert ein Gebäude: „Each tenant is given a key that only unlocks their own door, called the change key, but the second key is the master key, which unlocks all the doors.“ (Jeder Mieter bekommt einen Schlüssel, der nur seine eigene Tür öffnet, den Einzelschlüssel, doch der zweite Schlüssel ist der Hauptschlüssel, der alle Türen öffnet.)

Fazit

1. Der Kern dreht sich nur, wenn sich jede Stiftsäule genau an der Scherlinie trennt; ohne Schlüssel drücken die Federn die Gehäusestifte darüber.
2. Dein Schlüssel ist eine Reihe von Höhen: Seine Einschnitte heben jede Säule unterschiedlich weit, und ein Einschnitt, der um eine Stufe danebenliegt, lässt einen Stift im Weg.
3. Fünf Stifte mit zehn Tiefen erlauben in der Theorie bis zu 100.000 Schlüssel; ein Hauptschlüssel funktioniert, weil ein Zwischenstift jeder Säule eine zweite Trennstelle gibt.

Quellen

• Wikipedia: Pin tumbler lock, Master key, Bitting (key)
• The Engineering Mindset, P. Evans, How Padlocks Work (2020)
• Lockwiki: Pin-tumbler, Differs

Das Video ist mit Code animiert, und das Skript entstand mit KI-Unterstützung; jedes Zitat oben ist an seiner Quelle geprüft. Illustrativ: die Zeichnungen von Schloss und Schlüssel (Proportionen, fünf Säulen, Stiftlängen, der Schlüsselkanal, die Stirnansicht), die Schließung 2-6-4-8-3 und ihre zehn gleichmäßigen Tiefenstufen, die falschen Schlüssel, die Längen der Säule mit Hauptschlüssel und die Menge an Schlüsseln. Es erklärt nur den Mechanismus, nichts darüber, wie man ein Schloss ohne seinen Schlüssel öffnet. Das Video ist auf Englisch vertont. Gemacht mit Shotloop, meiner kostenlosen Mac-App für Erklärvideos aus Code, korrigiert Shot für Shot.