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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlüsselwahlschalter zur Steuerung von Maschinen und Anlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
US 6 522 251 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung einer Maschine mit einem Maschinen-Sicherheits-System. Das Maschinen-Sicherheits-System umfasst einen Hauptkontroller, einen mit dem Hauptkontroller gekoppelten Schlüsselschalter zur Aufnahme eines Schlüssels, wobei der Schlüsselschalter eine Vielzahl von Positionen einnehmen kann. In Abhängigkeit von der Stellung des Schlüsselschalters wird der Hauptcontroller mit Energie versorgt, um das Sicherheitssystem zu aktivieren. Ferner umfasst das Verfahren die Erkennung einer ersten Betriebscharakteristik der Maschine, die Erkennung, ob das Sicherheitssystem als Antwort auf die erste Betriebscharakteristik weiter aktiviert werden muss, Empfangen eines Identifikationscodes von dem Schlüssel und die Erfassung ob als Antwort auf den empfangenen Schlüsselcode eine Maschinenbetriebsweise freigegeben werden soll.
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Die
DE 196 53 113 A1 betrifft eine Steuereinrichtung, die einen Schlüsselverriegelungs-Elektromagneten zur Verriegelung eines Schlüssels derart ansteuert, dass der Schlüssel nicht aus einem Schlosszylinder herausgezogen werden kann, wenn sich ein Schalthebel nicht in einer Parkposition befindet, oder während ein Identifikationscode zu einem in dem Schlüssel angebrachten Transponder gesendet wird.
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Die
CA 2 522 038 A1 bezieht sich auf ein modulares Kraftfahrzeug-Zündsystem. Das Zündsystem umfasst eine Vielzahl von Komponenten wie einen Schließzylinder, einen Keyless-Zugangs-Transceiver, einen Hochfrequenz-Identifikations(RF-ID)-Transceiver, ein Betriebs-Identifikationssystem, ein Lenkradschloss, einen Zündschalter.
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Ein weiterer Schlüsselwahlschalter gemäß dem Stand der Technik ist 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 der 1 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 299 11 960 U1 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 100 37 003 A1 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 Art 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 durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Schloss ist mechanisch mit zumindest einem elektromechanischen Schaltelement zur Erzeugung zumindest eines ersten Freigabe-Signals bei Drehung des Schlüssels in dem Schloss gekoppelt.
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Das mit dem Schloss gekoppelte elektromechanische Schaltelement weist 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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Vorzugsweise ist die Codierung des Schlüssels als in den Schlüssel integrierter Transponder ausgebildet. 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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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 Gerätes-vorbestimmte 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 (32 A) 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.
