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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Schlüsselwahlschalter zur Steuerung
von Maschinen und Anlagen, umfassend ein mittels eines Schlüssels betätigbares
Schloss wie Zylinderschloss, wobei das Schloss mit zumindest einem
elektromechanischen Schaltelement zur Erzeugung zumindest eines
ersten Schaltsignals bei Drehung des Schlüssels in dem Schloss gekoppelt
ist.
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Ein
derartiger Schlüsselwahlschalter
ist als elektromechanisches Befehlsgerät aus dem Stand der Technik
bekannt und in 1 dargestellt.
Traditionelle Schlüsselwahlschalter
SWS sind elektromechanische Befehlsgeräte an Maschinen, Maschinensteuerungen
und ähnlichem.
Die Geräte
dienen dazu, Schaltsignale zu erzeugen, wobei in diesem Falle allerdings
die freie Zugänglichkeit,
dies tun zu können,
eingeschränkt
ist. Es bedarf eines Schlüssels
S, um ein Zylinderschloss ZS in diesem Befehlsgerät drehen
zu können.
Durch eine über
Kurvenscheiben oder ähnliches
erzeugte Transformation in eine lineare Bewegung bewirkt diese Drehung
im Gerätekopf eine
Schlüsselbewegung,
die auf elektromechanische Schaltkontakte SK1, SK2 wirkt und dabei
eine Zustandsänderung
der Schaltkontakte bewirkt. Hierbei kann es sich um einen oder mehrere Öffnerkontakte
und/oder Schließerkontakte
handeln.
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Im
Unterschied zu frei zugänglichen
Befehlsgeräten
mit gleichem Arbeitsprinzip stellt die schlüsselgebundene Betätigungsmöglichkeit
sicher, dass nicht ein beliebiger, sondern nur ein autorisierter
Benutzer Schaltsignale erzeugen kann. Der prinzipielle Funktionsablauf
in einem traditionellen Schlüsselwahlschalter
ist den 1a, 1b zu
entnehmen.
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Mit
Schlüsselwahlschaltern
werden z. B. Sonderbetriebsarten von Maschinen freigegeben, die nur
autorisierte Benutzer ausführen
dürfen,
die mit der Maschine und etwaigen zusätzlichen Risiken, die mit diesen
Sonderbetriebsarten verbunden sind, besonders gut vertraut bzw.
in dieser Richtung speziell geschult sind.
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Zu
diesen Sonderbetriebsarten zählt
u. a. der Einrichtbetrieb oder die Prozessbeobachtung oder das Arbeiten
zu Servicezwecken oder zu Störungsbeseitigungen
an Maschinen. Kennzeichnend für Sonderbetriebsarten
ist, dass die Schutzeinrichtungen an einer Maschine oder Maschinenanlagen
im Automatikbetrieb – gänzlich oder
teilweise – unwirksam
sind.
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Zugleich
werden mit der Initiierung einer Sonderbetriebsart andere sicherheitstechnische Maßnahmen
und technische Schutzeinrichtungen aktiviert, die auf andere Art
und Weise für
eine Personenschutzfunktion des Bedieners sorgen, z. B. Zustimmungsschalter,
eine sicher überwachte
reduzierte oder prozessnotwendige Geschwindigkeit usw., die für den Bediener – im Hinblick
auf die überbrückten automatischen
Schutzeinrichtungen – für ein vergleichbares
Maß an
Sicherheit sorgen.
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Jüngste Überlegungen
in diesem Zusammenhang gehen dahin, bei Bedienern, die besonders geschult
und mit den Gefahren der Maschine vertraut sind, ein begrenzt höheres technisches
Restrisiko zuzulassen. Umso mehr bedarf es aber dann der differenzierten
berechtigungsbasierten Betriebsartenwahl.
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Anwendungsmöglichkeiten
ergeben sich aber auch im betriebsmäßigen, d. h. im Nicht-Personenschutz-gerichteten
Bereich des Maschinenbaus und anderswo, wenn es darum geht, Funktionen
zu realisieren, die nur von Berechtigten ausgeführt werden dürften, z.
B. der Zugriff zu Software-Codes u. ä..
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Insbesondere
beim Einsatz mit Sicherheitsfunktion ist zu gewährleisten, dass die Umschaltung einer
Maschine in eine Sonderbetriebsart den Automatikbetrieb sicherheitsgerichtet
unterbricht, d. h. auch eine Störung
oder ein Fehler bei der Umschaltung einen gefahrbringenden Zustand
nicht hervorruft, indem z. B. nur im Automatikbetrieb – bei aktiven Schutzeinrichtungen – zulässige Aktorik
weiterwirkt.
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Es
werden alle Aktoren (und deren Ansteuerung), die gefahrbringende
Bewegungen oder andere Gefahren für den Benutzer erzeugen können, sicher abgeschaltet
bzw. in dem maße
sicher ab- oder umgeschaltet, wie diese Aktoren (und deren Ansteuerung)
für die
Sonderbetriebsart nicht zwingend erforderlich sind bzw. umgekehrt.
Andererseits wird eine Freigabe von Sensorik, Logik und Aktorik
bewirkt oder vorbereitet, die nur im Sonderbetrieb zwingend benötigt werden.
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Bei
traditionellen Schlüsselwahlschaltern stellen
die sichere Ab- bzw. Umschaltung des Automatikbetriebs sogenannte
zwangsöffnende
elektromechanische Schaltkontakte sicher, d. h. im Falle einer Kontaktverschweißung würde die
formschlüssige Schlüsselbewegung
dem Öffner-Kontakt
im Zweifelsfalle mechanisch öffnen.
Ein sicherer Zustand würde aber
auch im Falle eines Bruchs der Rückstellfeder erreicht
werden etc.
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Zugleich
wird mit der Betätigung
des Schlüsselwahlschalters
ein zweiter elektromechanischer Kontakt (oder mehrere) schließen und
ein Freigabesignal für
die in der Sonderbetriebsart aus sicherheitstechnischen Gründen eingeschränkt zugelassene
aktive Sensorik, Logik und Aktorik erzeugen. Aufgrund der Betriebsbewährung solcher
elektromechanischer Schließer-Kontakte
wird auch hier eine sicherheitstechnische Ertüchtigung konzediert.
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Diese
Fehlersicherheit, insbesondere dem Fehlerausschluss des Nicht-Öffnens,
zwangsöffnende
Kontakte in einer anderen Technologie auszubilden, wäre aufwändig. Z.
B. müsste
bei einer elektronischen Realisation mindestens eine Schaltungstechnik
mit Selbsttest oder Selbstüberwachung
vorhanden sein, um ein vergleichbares Maß an Sicherheit zu erzielen.
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Der
Nachteil der Lösung
ausschließlich
mit Schlüsselwahlschaltern
ist jedoch, dass sich darin intelligente Schließsysteme mit Haupt-Gruppen
und Individualschlüsseln
nur schwierig realisieren lassen. Gerade dies ist jedoch zunehmend
wünschenswert, da
es immer mehr Sonderbetriebsarten gibt, die nur Benutzer-selektiv
wirken dürfen,
d. h. beispielsweise Benutzer a soll nur Betriebsart X ausführen dürfen, Benutzer
B dagegen nur Betriebsart Y und ein Master-Benutzer C beide Betriebsarten.
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In
der DE-U-299 11 960 ist ein Drehschalter, insbesondere zum Ein-
und Ausschalten mindestens einer Kraftfahrzeug-Betriebseinheit beschrieben.
Der Drehschalter umfasst einen elektronischen Schlüssel mit
einem Transponder zur Übermittlung
eines Identifizierungssignals an eine Steuereinheit, welche das Identifizierungssignal überprüft und beim
richtigen Identifizierungssignal das Drehen des Rotors erlaubt. Dazu
ist eine Schubstange vorgesehen, welche vom elektronischen Schlüssel bei
dessen Einführen
in den Rotor axial verschoben wird, um die Steuereinheit zu aktivieren.
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In
der DE-A-100 37 003 ist ein System zum Prüfen einer Eingriffsberechtigung
in rechnergestützte
Steuereinrichtungen von Maschinen, Anlagen oder dgl. beschrieben.
Dieses umfasst eine mit der Steuereinrichtung verbundene Prüfeinrichtung
und einen die An und/oder dem Umfang der Eingriffsberechtigung bestimmenden
Schlüssel.
Dieser ist zum Prüfen
der Eingriffsberechtigung in Wirkverbindung mit der Prüfeinrichtung
bringbar, wobei beim Prüfen
der Eingriffsberechtigung zwischen der Prüfeinrichtung und dem Schlüssel elektromagnetische
Signale übertragbar
sind. Bei dieser Ausführungsform
ist zwingend vorgesehen, dass die Prüfeinrichtung eine den Schlüssel zum
Prüfen
der Eingriffsberechtigung fixierende Schlüsselhalteeinrichtung aufweist,
um somit eine dauerhaft zutreffende Zuordnung der Eingriffsberechtigung
und einen zuverlässigen
Schutz gegen den Eingriff unberechtigter Personen in die Steuerung
zu gewährleisten.
Des Weiteren ist zwingend vorgesehen, dass die Schlüsselhalteeinrichtung
mit dem Schlüssel
zusammenwirkende und den Schlüssel
positionierende Rastmittel aufweist, welche die Position des Schlüssels in
der Schlüsselhalteeinrichtung
in unmittelbarer Nähe
der Sende/Empfangsantenne der Prüfeinrichtung
vorgeben, wodurch die Übertragungsqualität der Signalübertragung
verbessert werden soll.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
einen Schlüsselwahlschalter
der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass
unter Beibehaltung sicherheitsgerichteter Anforderungen bzw. Merkmale, insbesondere
sicherheitsgerichtete Unterbrechung eines Automatikbetriebs, eine
benutzerselektive Ansteuerung von Sonderbetriebsarten möglich ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Schlüssel
eine mittels einer in dem Befehlsgerät integrierten Identifikations-
und Auswerteelektronik auslesbare Codierung aufweist, dass die Identifikations-
und Auswerteelektronik in Abhängigkeit
der individuellen Codierung des Schlüssels zumindest ein weiteres
Schaltsignal erzeugt, welches mit dem zumindest einen durch den
zumindest einen elektromechanischen Schaltkontakt erzeugten Schaltsignal
zur Freigabe zumindest einer Sonderbetriebsart verknüpfbar ist.
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Es
ist vorgesehen, dass die Codierung des Schlüssels als in den Schlüssel integrierter
Transponder ausgebildet ist. Dieser ist elektromagnetisch mit einer
koaxial zu dem Schloss angeordneten Sende-/Empfangseinheit die Spule
gekoppelt.
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Der
erfindungsgemäße Schlüsselwahlschalter
basiert auf RFID (RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION)-Technik. Jeder
Schlüssel
ist mit einem Tag individuell codiert, wobei über die in dem Schlüsselwahlschalter
integrierte Auswerteelektronik ein eigenes Schaltsignal erzeugt
wird, das in Verbindung mit den Signalen des elektromechanischen
Schaltelementes, die aufgrund der Drehbewegung des traditionellen
Schlüsselwahlschalters
erzeugt wurden, in einer Maschinensteuerung mit dem RFID-basierten weiteren
Schaltsignal logisch, z. B. UND – verknüpft werden.
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Durch
den erfindungsgemäßen Schlüsselwahlschalter
werden die Vorteilskombinationen erreicht, dass das sicherheitstechnische
Merkmal der zwangsöffnenden
Kontakte – z.
B. zur Abschaltung des Automatikbetriebs an der Maschine – beibehalten
wird, dass des Weiteren das sicherheitstechnische Merkmal der Betriebsbewährung schließender elektromechanischer
Kontakte ebenso beibehalten wird, aber dass der schließende Kontakt
mit einem Schaltsignal einer RFID-basierten Identifikation des Schlüssels verknüpft wird,
um eine selektive Bedienung des Befehlsgerätes zu ermöglichen, wobei sich der zusätzliche
Aufwand dieser Lösung
dennoch in Grenzen hält.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Schlüsselwahlschalters
sieht vor, dass die Identifikations- und Auswerteelektronik einen
Mikrocontroller umfasst, mit einem Eingang, an dem ein Mittel zum Auslesen
der Codierung des Schlüssels
angeschlossen ist und mit zumindest einem Ausgang zur Erzeugung
des zumindest einen weiteren Schaltsignals.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller zwei Ausgänge zur
Erzeugung von zwei unabhängigen weiteren
Schaltsignalen aufweist, die auch als RFID-Signale bezeichnet werden.
Vorzugsweise ist an dem zumindest einen der Ausgang jeweils ein Schaltelement
wie Relais angeschlossen, welches zumindest einen elektromechanischen
Kontakt zur Erzeugung der weiteren Schaltsignale aufweist. Dabei
ist vorgesehen, dass ein RFID-Signal 1 nur das erste Relais, RFID-Signal
2 nur das zweite Relais und ein RFID-Signal 3 beide Relais steuert.
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Das
mit dem Schloss gekoppelte elektromechanische Schaltelement weist
vorzugsweise einen Schließerkontakt
und einen zwangsöffnenden Öffnerkontakt
auf.
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Der
Schlüsselwahlschalter
ist mit einer Steuerung gekoppelt, welche eine Logikeinheit aufweist, in
der die von dem Schlüsselwahlschalter
erzeugten ersten und weiteren Schaltsignale logisch verknüpft werden.
Der Schließerkontakt
des mit dem Schloss gekoppelten elektromechanischen Schaltelements schaltet
beispielsweise die Sonderbetriebsart ein und der Öffnerkontakt
des Schaltelementes schaltet den Automatikbetrieb aus und die weiteren
Schaltsignale der Auswerteelektronik werden in der Steuerung logisch
verknüpft,
um Sonderbetriebsarten zu schalten.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, dass RFID-Technik durch einen nachgeordneten
Teil der Steuerung oder in sich selbst, ebenfalls noch sicherheitstechnisch
ertüchtigt ist,
z. B. durch Testungen, Zwangsdynamisierungen und ähnliches.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht
nur aus den Ansprüchen,
den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination-,
sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu
entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Es
zeigen:
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1 einen
Schlüsselwahlschalter
nach dem Stand der Technik,
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2 einzelne
Komponenten des erfindungsgemäßen Schlüsselwahlschalters,
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3 eine
dreidimensionale Explosionsdarstellung eines Schlüsselwahlschalters
mit RFID-basierter Schlüssel-Identifikations-
und Auswerteelektronik,
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4 ein
Blockschaltbild der Identifikations- und Auswerteelektronik,
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5a, 5b ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Kopplung des Schlüsselwahlschalters
mit einer Steuerung und zugehörigen
Ausgangssignalen,
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6 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Kopplung des Schlüsselwahlschalters
mit einem Sicherheitsrelaisbaustein,
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7 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer Kopplung des Schlüsselwahlschalters
mit zwei Sicherheitsrelais-Bausteinen und
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8 eine
schematische Darstellung der Sende-/Empfangseinheit und des Transponders.
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2 zeigt
einen Schlüsselwahlschalter 10 zur
Erzeugung von Schaltsignalen zur Steuerung von Maschinen und Maschinensteuerungen
durch autorisierte Benutzer beispielsweise aus einem Automatikbetrieb
in eine oder mehrere Sonderbetriebsarten.
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Der
Schlüsselwahlschalter 10 bzw.
Betriebsartenwahlschalter umfasst ein mittels eines Schlüssels 12 betätigbares
Schloss 14. Dieses ist mit zumindest einem elektromechanischen
Schaltelement 16 gekoppelt. Durch Drehung des Schlüssels 12 in dem
Schloss wird eine Zustandsänderung
des zumindest einen Schaltelementes 16 bewirkt.
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3 zeigt
eine Explosionsdarstellung des Schlüsselwahlschalters. Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, dass der Schlüssel 12 mit
einer Codierung 18 individuell codiert ist und dass der
Schlüsselwahlschalter
eine Schlüssel-Identifikations-
und Auswerteelektronik 20 aufweist, die in Abhängigkeit
der Codierung des Schlüssels 12 zumindest
ein weiteres Schaltsignal erzeugt, welches mit dem zumindest einen,
durch Drehung des Schlüssels
erzeugten Schaltsignal verknüpfbar
ist.
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Die
Codierung 18 ist als Transponder bzw. RFID-Tag ausgebildet
und in einem Schlüsselkopf 22 des
Schlüssels
integriert. Der Schlüsselkopf 22 ist
mit einer vorzugsweise zweiteiligen Verkleidung 24 versehen,
in der der Transponder 18 aufgenommen ist. Das Schloss 14 zur
Aufnahme des Schlüssels 12 ist koaxial
von einem Spulenträger 26 umschlossen,
in dem eine Spule 28 als Bestandteil der Schlüssel-Identifikations-
und Auswerteelektronik 20 aufgenommen ist.
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Die
Auswerteelektronik 20 sowie das zumindest eine Schaltelement 16 sind
jeweils in einem Gehäuse
untergebracht, das frontplattenrückseitig
auf einem Montageflansch 30 aufschnappbar ist. Eine Verbindung
von Auswerteelektronik 20 und Spule 28 erfolgt über einen
Kontakt 31, für
den in einer Frontplatte – neben
einer eigenen Bohrung für
den Schalter selbst – eine
zweite zusätzliche
Bohrung vorgesehen ist. Das Schloss 14 sowie der Spulenträger 26 mit
Spule 28 sind zusammen in einem Gehäuseteil auf einer Vorderseite
der Frontplatte angeordnet und werden durch den auf der Rückseite
der Frontplatte angeordneten Montageflansch 30 fixiert.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild der Schlüssel-Identifikations-
und Auswerteelektronik 20. Diese umfasst einen Mikrocontroller 32,
welcher mit einer Spannungsversorgung 34 mit einer geregelten
Versorgungsspannung, beispielsweise 24 VDC, versorgt wird. An einem Eingang
des Mikrocontrollers 32 ist die als Antenne ausgebildete
Spule 28 über
einen Auswertebaustein 36 angeschlossen. Zur Frequenzkorrektur
ist ferner ein Korrekturbaustein 38 mit dem Mikrocontroller
verbunden.
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Die
in den Schlüsseln 12 integrierten
Transponder 18 haben eine fortlaufende Seriennummer und
müssen
in der Schlüssel-Identifikations-
und Auswerteelektronik gespeichert sein, um die Funktion für Sonderbetriebsarten
zu gewährleisten.
Hierzu ist ein Speicherbaustein 40 vorgesehen. Die Programmierung
des Mikrocontrollers 32, insbesondere das Erlernen der
verschiedenen Schlüssel-Identifikationen
erfolgt über
ein serielles Interface 42.
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Zur
Erzeugung der weiteren Signale in Abhängigkeit von der Schlüssel-Identifikation
generierten Schaltsignale weist der Mikrocontroller 32 Ausgänge auf,
an die jeweils elektromechanische Schalteinheiten 44, 46 in
Form von Relais angeschlossen sind. Dabei ist in dem Ausführungsbeispiel
zu jedem Relais 44, 46 ein Schließerkontakt 48, 50,
wie in 5 dargestellt, zugeordnet.
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Das
zumindest eine elektromechanische Kontaktelement 16 kann
auf den Montageflansch 30 aufgeschnappt werden. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind zwei elektromechanische Kontaktelemente vorgesehen, wobei es
sich um einen Schließerkontakt 52 und
einen Öffnerkontakt 54 handelt.
Wahlweise jeweils ausgeführt
als eine Öffner-Schließer-Kombination mit zwei Öffnern oder zwei
Schließern.
Die Öffner-Kontakte
verfügen
dabei über
das sicherheitstechnische Merkmal der Zwangsöffnung.
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Der
im Gerätekopf
verwendete Schlosszylinder 14 ist für zwei Stellungen mit einem
handelsüblichen
Schlossfabrikat und mit einer einheitlichen beispielsweise mechanischen
Schließung
ausgeführt. Unter
Bezugnahme auf die EG-Maschinen-Richtlinie, wonach ein Betriebsartenwahlschalter
in jeder Stellung abschließbar
sein muss, ist der Schlüssel
sowohl in der Null-Stellung (in der unbetätigten Stellung) als auch in
der EIN-Stellung (betätigte
Stellung) abziehbar. Der Schlüssel
darf bei Nichtbenutzung nicht stecken.
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Alternativ
besteht auch die Möglichkeit,
einen Schlosszylinder mit drei Stellungs-Ausführungen auszubilden.
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Bei
der Einbindung des Schlüsselwahlschalters 10 in
die Maschinensteuerung 56 ist zu unterscheiden, ob es sich
um betriebsmäßige Anwendungen
handelt, oder um Anwendungen, die in den sicherheitsbezogenen Teil
der Steuerung eingreifen. Bei betriebsmäßigen Anwendungen kann die
Einbindung unter Beachtung der technischen Daten und der funktionellen
Eigenheiten der Geräte
frei erfolgen.
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Die
Möglichkeit
der Einbindung RFID-unterstützter
Schlüsselwahlschalter 10 in
sicherheits-bezogene Teile einer Maschinenansteuerung bedarf einer
differenzierten Betrachtung:
Zunächst erfolgt eine Unterbrechung
der Automatiksteuerung. Durch die Einbindung der zwangsöffnenden
Kontakte 54 (Sicherheitskontakte) kann der Fehler „Nicht-Öffnen" ausgeschlossen werden.
Alternativ kann bei zweikanaliger Einbindung der Sicherheitskontakte
auch eine Steuerungskategorie 4 gemäß EN 954-1 erreicht werden.
Eine entsprechende Signalverarbeitung im sicherheitsgerichteten
Teil der Maschinensteuerung wird dabei vorausgesetzt.
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Bei
dem in 5a dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
einer Signalauswertung ist eine Ausgangsebene des Schlüsselwahlschalters 10 mit einer
Eingangsebene einer Steuerung 56 verbunden, wobei der Ausgang
des Öffnerkontaktes 54 mit
einem Eingang für
Automatikbetrieb und der Ausgang des Schließerkontaktes 52 mit
einem Eingang zur Umschaltung auf Sonderbetriebsart verbunden ist.
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Zur
Differenzierung der Sonderbetriebsarten ist der Ausgang des elektromechanischen
Schließkontaktes 48 mit
der Sonderbetriebsart „Stufe
1" und der Ausgang
des elektromechanischen Schließerkontaktes 50 mit
der Sonderbetriebsart „Stufe
2" gekoppelt. Innerhalb
der Steuerung 56 kann in einer Logikeinheit 57 sodann
eine logische Verknüpfung
der Signale der Schließerkontakte 48, 50 erfolgen,
wodurch bis zu drei Sonderbetriebsarten möglich sind. Jeder Sonderbetriebsart
können
bis zu zehn Schlüssel
zugewiesen werden. Für
das dargestellte Beispiel einer 1-Öffner-/1-Schließer-Kombination
ergeben sich Signalzustände
gemäß der in 5b dargestellten
Tabelle.
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In 6 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Signalauswertung der Signale des Schlüsselwahlschalters 10 dargestellt.
Dabei ist ein Anschluss des Öffnerkontaktes 52 mit
dem Eingang „Freigabe" einer Steuerung 58 verbunden,
wobei der zweite Kontakt des Öffnerkontaktes 52 mit
einem Eingang „Automatikbetrieb" der Steuerung verbunden
ist. Bei dieser Ausführungsform
kann ein Sonderbetrieb beispielsweise „Stufe 1" zweikanalig durch einen Sicherheitsbaustein
ausgewertet werden. Die Anschlüsse des
Schließerkontaktes 54 sind
mit Eingängen
eines Sicherheitsrelaisbausteins verbunden und bilden einen ersten
Kanal. Die Anschlüsse
des Schließerkontaktes 48 sind
mit weiteren Eingängen
des Sicherheitsrelaisbausteins 60 verbunden und bilden
einen zweiten Kanal. Somit kann eine zweikanalige Auswertung durch
den Sicherheitsrelaisbaustein 60 erfolgen, wobei der erste
Kanal das bei Drehung des Schlüssels 12 erzeugte
Signal und der zweite Kanal das durch die Schlüsselcodierung generierte Signal auswertet.
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7 zeigt
ein weiteres Schaltungsbeispiel für die Signalverarbeitung des
RFID-unterstützten Schlüsselwahlschalters 10,
wobei dieser mit zwei Sicherheits-Relais-Bausteinen 62, 64 gekoppelt
ist, welche die von dem Schlüsselwahlschalter 10 generierten
Signale auswerten. Dadurch kann eine Schaltungskategorie 2 gemäß EN954-1
realisiert werden. Bei dieser Ausführungsform weist eine Eingangsebene
jeweils eine zweikanalige Ansteuerung auf, wobei ein erster Kanal
durch die RFID-Relais-Ausgänge 48 bzw. 50 und
ein zweiter Kanal durch die Kontaktelemente 52 bzw. 54 realisiert
ist. Durch diese Ansteuerung können
Drahtbrüche
und Erdschlüsse
in den Überwachungskreisen
erkannt werden. Mit dem Kontaktelement 54 verbundene Ansteuerkreise
S22 der Sicherheits-Relais-Bausteine 62, 64 müssen vor
dem mit dem Anschluss S12 verbundenen RFID-Relais-Ausgang 48, 50 geschaltet
sein. Eine gegenseitige Verriegelung der Sicherheitsrelaisbausteine 62, 64 erfolgt über das
gegenseitige Einschleifen der Öffnerkontakte 66, 68 in
einen Startkreis X2. Die Freigabe des Automatikbetriebes erfolgt über in Reihe
geschaltete Öffnerkreise 70, 72 und
den Öffnerkontakt 52 des
Kontaktelementes. Über
die Freigaben 74, 76 werden Sub-Mode 1, Sub-Mode
2 und Sub-Mode 3 zur steuerungstechnischen Verarbeitung zur Verfügung gestellt.
Optional steht über
dem RFID-Ausgang ein Öffner 48', 50' zur Visualisierung
zur Verfügung.
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Zusätzlich vor
Prozessbeginn ist bei dieser Ausführungsform ein bewusstes Quittier-Signal durch
den Bediener erforderlich, so dass die von der Auswerteelektronik 20 des
Gerätesvorbestimmte
Betriebsart, welche beispielsweise per Bildschirm oder Meldeleuchte
angezeigt wird, derjenigen entspricht, die der Bediener durchführen möchte. Hierzu
können entweder
die Kontakte 48, 50 der Relais als Wechslerkontakte
ausgebildet sein oder beispielsweise die Freigabekontakte der Sicherheits-Relais-Bausteine 62, 64 genutzt
werden. Mit diesem Quittier-Signal wird sichergestellt, dass der
Transponder 18 und die Leseeinheit 36 einwandfrei
arbeiten.
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Die
Ausführungsform
stellt weiterhin sicher, dass – je
nach ausgewähltem
Sub-Modus – der
nicht eingebundene RFID-Relaisausgang des Schalters im Einschaltkreis
des anderen zu aktivierenden Kreises verriegelt ist.
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Das
Zuschalten der Eingangssignale ist auf die Reihenfolge (1.) elektromechanischer
Schaltkontakt und (2.) RFID-Relaisausgang zu überwachen. Der RFID-Ausgang
wird mit einer Einschaltverzögerung
von ca. 1 sec nach erkennen der RFID-Codierung im Schlüssel gesetzt.
Die vorgenannten Zusatzmaßnahmen
können
auch über
den betriebsmäßigen Teil
der Maschinensteuerung 56 bzw. 58 erfolgen.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung der Sende-/Empfangseinheit 36 mit
Antenne 28 sowie des Transponders 18 mit Antenne 78.
Der Transponder 18 bzw. das RFID-Tag besteht aus einem
Mikrochip 80 und der Antenne 78. Diese ist im
Schaft des Schlüssels 12 integriert.
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Die
Energie zur Übertragung
der Informationen wird aus Funkwellen bezogen, die von dem Spulenkörper 28 im
Gerätekopf
des Schlüsselwahlschalters
erzeugt werden. Die Energieversorgung des Spulenkörpers 28 sowie
die Auswertung der vom RFID-Tag 18 zurückgesendeten Signale erfolgt über die
Auswerteelektronik 20, die in 4 beschrieben ist.
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Zusammenfassend
wird ein überlistungssicherer
Schlüsselwahlschalter 10 durch
RFID (Radio Frequency Identification) und Transponder zur Verfügung gestellt.
Der Schlüssel 12 lässt sich
zwar reproduzieren bzw. kopieren, wobei jedoch der RFID-Tag bzw.
Transponder 18 eine fortlaufende Serien-Nummer aufweist
und in dem Speicherbaustein 40 gespeichert sein muss, um
seine Funktion auszuführen. Ansonsten
kann die Funktion für
Sonderbetriebsart nicht eingeschaltet werden. Der Abstand zwischen Spule 28 und
Transponder bzw. RFID-Tag 18 beträgt maximal 5 bis 6 mm, ansonsten
ist eine Funktion nicht gewährleistet.
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Es
werden drei Ebenen individueller Berechtigungen für entsprechend
drei verschiedene Sonderbetriebsarten unterschieden, wobei durch
die Relais 44, 46 zwei individualisierte potentialfreie
Relaisausgänge
bereitgestellt werden. Pro Sonderbetriebsart können bis zu zehn Transponder
angelernt werden, wobei die Parametrierung und Individualisierung der
RFID-Tag's 18 und
der Schlüssel-Identifikations- und
Auswerteelektronik 20 werksseitig erfolgt.
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Nachfolgend
soll die Funktion des Schlüsselwahlschalters
beschrieben werden: In der „Null-„Stellung
des Schlüsselwahlschalters 10 werden
RFID-Signale permanent eingelesen bzw. es wird permanent nach RFID-Signalen
gesucht. Ein Code wird als gültig
betrachtet, wenn er vorzugsweise mehrmals, beispielsweise viermal
empfangen wurde, was einer Empfangszeit von ca. 1 sec entspricht.
Der Schlüssel 12 ist
in dieser Stellung abziehbar, wobei der oder die Schaltkontakte 48, 50 der
Auswerteelektronik 20 noch nicht geschaltet sind.
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Mit
dem Drehen des Schlüssels 12 schließt der Schließerkontakt 52 des
elektromechanischen Schaltelementes 16. Dieses Signal kann
mittels einer Verbindung an die Auswerteelektronik 20 gegeben werden.
Dies bewirkt, dass der gelesene Code in einem Zwischenspeicher (32A)
abgelegt wird. Gleichzeitig wird der aktive (einlesende) Betrieb
der Auswerteelektronik 20 – bestehend aus den Komponenten
Antenne 28 und Auslese IC 36 – unterbrochen. Ab diesem Zeitpunkt
können
andere RFID-Signale aktiv (einlesend) nicht empfangen werden.
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Die
im Zwischenspeicher abgelegten Informationen setzen den oder die
RFID-Relais-Ausgänge 48, 50 mit
einem Zeitversatz beispielsweise von 1 sec. Durch den Zeitversatz
wird festgestellt, dass der oder die RFID-Relais-Ausgänge 48, 50 abgefallen gewesen
sind, d. h., es wird überwacht,
dass zuerst der elektromechanische Schließer-Kontakt 52 aktiviert
und erst dann die oder der RFID-Relais-Ausgang 48, 50.
Eine umgekehrte Reihenfolge würde nicht
akzeptiert und zu einer Freigabe führen.
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In
der gedrehten „Ein"-Stellung ist der Schlüssel 12 abziehbar.
Bleibt der Schlüssel 12 gesteckt
oder wird der Schlüssel 12 gezogen,
bleibt auch die Code-Information gesetzt. Wird der Schlüssel 12 allerdings
gezogen, erfolgt ein erneutes Einlesen des Codes innerhalb einer
Zeitspanne.
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Beim
Zurückdrehen
des Schlüssels 12 öffnet der
Schließer-Kontakt 52 wieder.
In der „Null"-Stellung erfolgt
ein erneutes Auslesen und wenn der gespeicherte Code wiedererkannt
wird, erfolgt ein Zurücksetzen
des gespeicherten Codes. Der RFID-Relais-Ausgang 48, 50 wird
ausgeschaltet und ein erneuter Lesevorgang kann beginnen.
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Wird
allerdings beim Zurückdrehen
des Schlüssels 12 ein
Schlüssel
mit einer anderen Codierung erkannt, wird der Ausgang nicht zurückgesetzt mit
der Folge, dass der Vorgang mit Schritt 1, d. h. dem Einlesen
des Codes in der Null-Stellung nicht wieder neu initiiert werden
kann. Bei der nächsten Sonderbetriebsauswahl
wird der nicht abgeschaltete RFID-Relais-Ausgang 48, 50 erkannt
werden.