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Die vorliegende Erfindung betrifft einen RFID-Schlüssel zur Betätigung eines mehrstufigen Schaltgeräts sowie ein solches Schaltgerät.
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Schaltgeräte für industrielle Applikationen, beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik oder der Starkstromtechnik, dienen oftmals dazu, direkt oder indirekt über Relais oder Schütze große Lasten ein- bzw. auszuschalten oder zwischen mehreren Schaltzuständen bzw. Betriebsarten großer Lasten umzuschalten. Beispiele hierfür sind einfache Ein-/Ausschalter oder auch Drehschalter, die mehr als zwei mögliche Schaltstellungen aufweisen.
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In der Regel werden solche Schaltgeräte in die Frontblenden von Schaltschränken, in Bedienpulte oder auch (für Laborbereiche) in Kabelkanäle eingebaut. So sind die Schaltgeräte gut zugänglich, während deren Verdrahtung und weitere technische Einrichtungen gut geschützt dahinter angeordnet sind.
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In bestimmten Fällen soll eine Schalthandlung nur durch autorisierte Personen vorgenommen werden können. Hier werden in der Regel mechanische Schlüsselschalter eingesetzt. Bei diesen können nur Personen, die einen passenden Schlüssel besitzen, den Schaltzustand nach dem Einlegen des Schlüssels verändern.
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Bei modernen Varianten von Schlüsselschaltern kann in Kombination mit einem mechanischen Schloss RFID-Technik zum Einsatz kommen. Hierbei kann der Schlüssel ein per Funk bzw. Magnetfeld abfragbares RFID-Tag aufweisen. Im zugehörigen Schaltgerät befindet sich neben dem mechanischen Schloss eine passende Leseeinrichtung für das RFID-Tag. Durch den Einsatz von RFID-Technik kann beispielsweise durch die Kombination aus mechanischem Schlüssel und RFID-Tag im Vergleich zu einem ausschließlich mechanisch arbeitenden Schlüsselschalter die Manipulationssicherheit des Systems erhöht werden. Auch lassen sich z.B. durch Anlernvorgänge am Schaltgerät leicht mehrere Nutzergruppen einrichten, die mit jeweils einem einzigen Schlüssel entsprechend ihrer jeweiligen Berechtigungen einige Schaltgeräte betätigen können, andere hingegen nicht. Bei Schlüsselschaltern mit mehr als zwei Schaltstellungen können Prioritäten vergeben werden, so dass bestimmte Schalthandlungen nur von einer ausgewählten Nutzergruppe vorgenommen werden können.
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Bislang verwendete Schlüssel für Schaltgeräte beruhen vorrangig auf mechanischen Schaltvorgängen, um komplexe Schalthandlungen durchzuführen. Da die bekannten Schlüssel-Systeme hierfür jedoch aufwändige mechanische Bauteile, wie z. B. ein mechanisches Schloss, benötigen, verursacht dies bei den Schaltgeräten vergleichsweise hohe Kosten sowie Aufwand bei der Herstellung.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Schaltgerät sowie einen entsprechenden Schlüssel bereitzustellen, die mit niedrigerem Aufwand sowie niedrigeren Kosten verbunden sind.
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Demgemäß wird ein RFID-Schlüssel zur Betätigung eines mehrstufigen Schaltgeräts vorgeschlagen, welches eine Mehrzahl von Einstellungsstufen und zumindest zwei Schaltflächen für eine Auswahl einer der Einstellungsstufen aufweist. Der RFID-Schlüssel weist einen Schlüsselkörper und einen RFID-Transponder auf, der an dem Schlüsselkörper angeordnet und zur Kommunikation mit dem Schaltgerät eingerichtet ist. Der RFID-Transponder ist dazu eingerichtet, während der Kommunikation eine der Schaltflächen des Schaltgeräts berührungslos zu betätigen, um eine der Einstellungsstufen auszuwählen.
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Der RFID-Transponder kann irgendeine Art von RFID-Tag sein, das geeignet ist, mit einem Schaltgerät zu kommunizieren. Hierbei werden von dem RFID-Transponder an das Schaltgerät Informationen gesendet, die von dem Schaltgerät als eine Auswahl bzw. Veränderung der Einstellungsstufen interpretiert werden kann. Beispielsweise kann der RFID-Transponder, je nachdem mit welcher Schaltfläche er kommuniziert, das heißt diese berührungslos betätigt, eine der Einstellungsstufen auswählen. Beispielsweise kann es sich bei den beiden Schaltflächen um eine Schaltfläche zum Heraufsetzen der Stufe sowie eine Schaltfläche zum Herabsetzen der Stufe handeln, so dass eine Betätigung der entsprechenden Schaltfläche bzw. Kommunikation mit dieser zu einem Herauf- oder Herabschalten der Einstellungsstufen führt. Es ist auch eine größere Anzahl von Schaltflächen möglich.
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Da der RFID-Transponder berührungslos mit dem Schaltgerät kommunizieren kann, ist es nicht erforderlich, in dem Schaltgerät eine Aufnahme für den RFID-Schlüssel vorzusehen. Aufwändige mechanische Aufnahmen für den RFID-Schlüssel sind daher nicht erforderlich. Um ein unbeabsichtigtes Betätigen der Schaltflächen zu vermeiden, kann die Lesereichweite eines RFID-Lesegeräts in dem Schaltgerät sehr unempfindlich eingestellt sein, so dass ein Lesen des RFID-Transponders lediglich in einem sehr geringen Abstand zwischen RFID-Schlüssel und Schaltgerät erfolgt.
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Ein solcher RFID-Schlüssel und ein entsprechendes Schaltgerät führen daher zu einer deutlichen Kostenreduzierung, da keine mechanische Aufnahme für den RFID-Schlüssel erforderlich ist und auch keine mechanische Betätigung des Schaltgeräts erfolgt. Bei dieser Ausgestaltung erhöht sich daher die mechanische Robustheit des Systems, welches auch unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen und Feuchtigkeit ist, da keine mechanische Aufnahme und daher Öffnung in dem Schaltgerät für den RFID-Schlüssel erforderlich ist. Die Auswahl der Einstellungsstufen kann durch den vorgeschlagenen RFID-Schlüssel rein auf RFID-Basis erfolgen, ohne weitere erforderliche mechanische Vorgänge.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der RFID-Transponder innerhalb des Schlüsselkörpers angeordnet.
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Auf diese Weise ist der RFID-Transponder vor Beschädigungen geschützt, da er sich innerhalb des Schlüsselkörpers befindet. Beispielsweise kann der RFID-Transponder in den Schlüsselkörper eingeschweißt sein. An einem entgegengesetzten Ende des Schlüsselkörpers kann beispielsweise eine Öse vorgesehen sein, mit der der RFID-Schlüssel an einem Schlüsselbund befestigt werden kann. Diese Anordnung des RFID-Transponders führt zu einer verbesserten mechanischen Robustheit des RFID-Schlüssels.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der RFID-Transponder eine Antenne auf, die dazu eingerichtet ist, mit zumindest einer Antenne des Schaltgeräts zu kommunizieren.
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Bevorzugt ist jeder Schaltfläche eine Antenne des Schaltgeräts zugeordnet, so dass, je nachdem mit welcher Antenne der RFID-Transponder kommuniziert, die entsprechende Aktion in dem Schaltgerät vorgenommen wird. Hierbei sind den einzelnen Schaltflächen bestimmte Aktionen zugeordnet, wie beispielsweise ein Herauf- oder Herunterschalten der Einstellungsstufen. Die Antenne des RFID-Transponders kann jede geeignete Antenne sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der RFID-Transponder eine Speichereinheit auf, in der eine Berechtigungsinformation eines Benutzers für das Schaltgerät gespeichert ist.
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So können mehrere RFID-Transponder bzw. RFID-Schlüssel mit dem Schaltgerät kommunizieren, wobei verschiedene Berechtigungsinformationen verschiedene Nutzergruppen zugeordnet sein können. So kann beispielsweise Benutzergruppe A lediglich manche Einstellungsstufen vornehmen, wohingegen Benutzergruppe B eine größere Menge an Einstellungsstufen vornehmen kann. Die Berechtigungsinformation kann beispielsweise verschlüsselt in dem RFID-Transponder bzw. der Speichereinheit des RFID-Transponders gespeichert sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der RFID-Transponder dazu eingerichtet, die Berechtigungsinformation an das Schaltgerät zu senden.
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Um sicherzustellen, dass das Schaltgerät nur Aktionen durchführt, die für den entsprechenden Benutzer freigegeben sind, ist der RFID-Transponder dazu eingerichtet, die Berechtigungsinformation, bevorzugt vor einer Kommunikation in Bezug auf das Auswählen einer der Einstellungsstufen, an das Schaltgerät zu senden. Das Schaltgerät kann entsprechend nach Erhalt der Berechtigungsinformation feststellen, welche Aktionen der Benutzer durchführen darf, und andere Aktionen verweigern. Aktionen können sich in diesem Fall auf ein Umschalten der Einstellungsstufen beziehen, wobei manche der Einstellungsstufen für manche Benutzergruppen gesperrt sein können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der RFID-Transponder eine Verschlüsselungseinheit auf.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann die Kommunikation zwischen dem RFID-Schlüssel und dem Schaltgerät verschlüsselt stattfinden, wobei das Schaltgerät eine korrespondierende Verschlüsselungseinheit aufweist. Die Verschlüsselungseinheiten des RFID-Schlüssels bzw. -Transponders und des Schaltgeräts sind ebenfalls zur Entschlüsselung der empfangenen Informationen geeignet. Als Verschlüsselung kann irgendeine Art von kryptographischer Verschlüsselung verwendet werden, die dazu geeignet ist, eine Kommunikation gegenüber einem Zugriff von Dritten abzusichern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein mehrstufiges Schaltgerät mit einer Mehrzahl von Einstellungsstufen und zumindest zwei Schaltflächen für eine Auswahl einer der Einstellungsstufen vorgeschlagen, wobei das Schaltgerät dazu eingerichtet ist, mit einem RFID-Schlüssel zu kommunizieren, wie er oben beschrieben ist.
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Das mehrstufige Schaltgerät kann einen Schlüsselschalter aufweisen, der dazu eingerichtet ist, mittels des RFID-Schlüssels das Schaltgerät bzw. die Auswahl der Einstellungsstufen des Schaltgeräts vorzunehmen. Das Schaltgerät kann mehrere Einstellungsstufen aufweisen, die durch den RFID-Schlüssel ausgewählt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das mehrstufige Schaltgerät eine Frontblende auf, auf der die zumindest zwei Schaltflächen angeordnet sind.
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Die Frontblende ist irgendeine Art von Abdeckung, auf der die Schaltflächen angeordnet sind. Die Schaltflächen sind für den Benutzer erreichbar bzw. zugreifbar, wohingegen das Innere des Schaltgeräts verdeckt und in einem Gehäuse geschützt sein kann. Das Schaltgerät kann neben der Einbaumöglichkeit in eine Frontplatte auch für die Montage auf einer Hutschiene vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Frontblende eine Mehrzahl von Anzeigeelementen auf, wobei jeweils ein Anzeigeelement einer Einstellungsstufe des Schaltgeräts zugeordnet ist.
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Je nachdem welche Einstellungsstufe ausgewählt ist, kann das entsprechende Anzeigeelement angeben, dass diese Einstellungsstufe ausgewählt ist. Beispielsweise können die Anzeigeelemente Leuchten wie LEDs sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass ein Display vorgesehen ist, auf dem die jeweilige Einstellungsstufe angezeigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das mehrstufige Schaltgerät Antennen auf, die dazu eingerichtet sind, den RFID-Transponder des RFID-Schlüssels abzufragen.
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Wie bereits oben beschrieben, kann jeweils eine Antenne einer Schaltfläche zugeordnet sein, so dass ein Erfassen des RFID-Transponders mit einem Betätigen der Schaltfläche korrespondiert. Sobald eine Antenne des Schaltgeräts einen RFID-Transponder erfasst, kann dies als Betätigung der Schaltfläche aufgefasst bzw. interpretiert werden, und die entsprechende Aktion durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Leiterplatte an der Rückseite der Frontblende angeordnet, an der die Antennen angebracht sind.
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Beispielsweise können die Antennen montiert bzw. aufgelötet sein. Ebenfalls denkbar wäre es, die Antennen durch Leiterschleifen oder mäanderförmige Strukturen direkt auf der Leiterplatte zu realisieren.
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Beispielsweise können die Antennen direkt im Anschluss an die Schaltflächen angeordnet sein, wobei die Leiterplatte hinter den Antennen angeordnet ist, so dass die Antennen zwischen der Frontblende mit den Schaltflächen und der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann von den Antennen Signale empfangen und diese an einen Mikrocontroller weiterleiten. Auf diese Weise kann eine kompakte Anordnung erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das mehrstufige Schaltgerät eine Mehrzahl von Relais auf, die mit den Schaltflächen gekoppelt sind, wobei die Relais den Einstellungsstufen zugeordnet sind.
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Wird über die Antennen ein gültiger RFID-Transponder erfasst, so werden entsprechend dem beabsichtigten Schaltvorgang über die erste Leiterplatte Schaltsignale an die Relais weitergegeben, die dann die entsprechenden Aktionen, wie eine Aktivierung einer entsprechenden Einstellungsstufe, vornehmen. Anstelle von Relais sind auch andere Elemente möglich, die eine entsprechende Aktivierung vornehmen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine zweite Leiterplatte in dem Schaltgerät angeordnet, die mit den Relais bestückt ist, wobei die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte parallel zueinander angeordnet sind.
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Durch diese Stapelung der Leiterplatten und der Relais wird eine sehr kompakte Bauweise erreicht. Auf diese Weise kann das Schaltgerät mit einer geringen Bauhöhe realisiert werden, und daher auch in kleinen Geräten eingesetzt werden, da es einen geringen Platzbedarf hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine mechanische Schutzvorrichtung um zumindest eine der Schaltflächen angeordnet, die dazu eingerichtet ist, ein unabsichtliches Berühren der Schaltfläche zu verhindern.
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Bei der Schutzvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Schutzkragen handeln, das heißt eine Erhöhung um die Schaltfläche herum, so dass der RFID-Schlüssel gezielt zu der Schaltfläche innerhalb des Schutzkragens geführt werden muss. Ein solcher Schutzkragen kann auch um jede der Schaltflächen herum angeordnet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schaltflächen leicht versenkt in der Frontblende anzuordnen, so dass die Schutzvorrichtung durch die Frontblende selbst dargestellt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Schaltsystem mit einem Schaltgerät, mit den oben beschriebenen Merkmalen, und einer Mehrzahl von RFID-Schlüsseln, mit den oben beschriebenen Merkmalen, vorgeschlagen, wobei die RFID-Schlüssel dazu eingerichtet ist, mit dem Schaltgerät zu kommunizieren.
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Ein solches Schaltgerät kann mit einer Mehrzahl von RFID-Schlüsseln kommunizieren, die beispielsweise verschiedenen Benutzergruppen zugeordnet sind.
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Durch das hier vorgeschlagene Schaltsystem kann eine beträchtliche Reduzierung des Aufwandes in den Bereichen Mechanik und Elektronik erzielt werden. Es ist nicht erforderlich, den RFID-Schlüssel in eine zylinderförmige Vertiefung im Schaltgerät einzulegen und ihn zum Ändern des Schaltzustandes zu drehen, sondern es wird zum Ändern des Schaltzustandes der RFID-Schlüssel in Reichweite der Schaltflächen gebracht. Die Registrierung dieser Aktion durch das Schaltgerät erfolgt berührungslos nur durch Erfassen des in den Schlüssel eingebauten RFID-Transponders.
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Des Weiteren kann der Platzbedarf für Technik zur Schlüsselerkennung und Auswertung der gewünschten Aktion im Schaltgerät reduziert werden, so dass im Schaltgerät mehr Platz zur Verfügung steht, z. B. um besonders leistungsfähige Relais unterzubringen. Das Schaltsystem stellt eine höhere Robustheit gegenüber Verschmutzung und Feuchtigkeit bereit. Da nur eine geringe Lesereichweite zwischen Schaltgerät und RFID-Schlüssel notwendig ist, kann dies zu einer niedrigen Stromaufnahme zur Versorgung des Antennenkreises im Schaltgerät und daher zu einem einfachen Aufbau der Stromversorgung und zu einer niedrigen Verlustleistung im Schaltgerät führen. Des Weiteren werden geringe mechanische Anforderungen an das Gehäuse des Schlüssels, d.h. den Schlüsselkörper, gestellt, was zu großen Freiheitsgraden bei der Gestaltung und damit ebenfalls zu Kostenersparnis führen kann. Durch das vorgeschlagene Schaltsystem, den vorgeschlagenen RFID-Schlüssel sowie das Schaltgerät wird eine intuitive Bedienung ermöglicht. So wird beispielsweise der Benutzer nicht dazu verleitet, bei eingelegtem Schlüssel den kompletten Schlüsselbund am Schaltgerät zu belassen und gegebenenfalls zu vergessen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Verwendung eines RFID-Schlüssels zur Betätigung eines mehrstufigen Schaltgeräts vorgeschlagen. Das mehrstufige Schaltgerät weist eine Mehrzahl von Einstellungsstufen und zumindest zwei Schaltflächen für eine Auswahl einer der Einstellungsstufen auf. Der RFID-Schlüssel weist einen Schlüsselkörper und einen RFID-Transponder auf, der an dem Schlüsselkörper angeordnet und zur Kommunikation mit dem Schaltgerät eingerichtet ist. In einem ersten Schritt des Verfahrens kommuniziert der RFID-Transponder mit dem Schaltgerät, indem eine der Schaltflächen des Schaltgeräts berührungslos betätigt wird. In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine der Einstellungsstufen ausgewählt.
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Bei der Kommunikation zwischen RFID-Schlüssel und Schaltgerät kann zwischen verschiedenen Zuständen des Schaltgeräts gewechselt werden. Hierbei können die Gültigkeit eines Schlüssels und die betätigte Schaltfläche berücksichtigt werden. Ein Beispiel eines Zustandsdiagramms für ein solches Verfahren ist in 7 erläutert.
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Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schaltsystems mit einem RFID-Schlüssel und einem Schaltgerät;
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Schaltgeräts;
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3 zeigt eine weitere schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels des Schaltgeräts von 2;
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4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltgeräts;
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5 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild eines Teils des Ausführungsbeispiels des Schaltgeräts von 4;
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Verwendung eines RFID-Schlüssels; und
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zustandsdiagramms bei der Verwendung eines RFID-Schlüssels und Schaltgeräts.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein Schaltsystem 100 mit einem Schaltgerät 20 und einem RFID-Schlüssel 10, die miteinander kommunizieren können.
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Der RFID-Schlüssel 10 weist einen Schlüsselkörper 11 auf. In diesem ist ein RFID-Transponder 12 angeordnet. An einem entgegengesetzten Ende des Schlüsselkörpers 11 ist eine Öse 13 angebracht. Diese kann verwendet werden, um den RFID-Schlüssel 10 an einem Schlüsselbund zu befestigen.
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Das Schaltgerät 20, im Folgenden auch Stufenschalter genannt, weist eine Frontblende 26 auf. Auf dieser sind Anzeigeelemente, wie beispielsweise Anzeigelampen 24, angeordnet, die den aktuellen Schaltzustand wiedergeben. Die Anzeigelampen 24 können mit Beschriftungen 25 kombiniert werden. Im Folgenden werden die Anzeigeelemente 24 auch als Anzeigeflächen Nr. 1 bis Nr. 5 bezeichnet, wobei Anzeigefläche Nr. 1 dem untersten Anzeigeelement 24 entspricht und Anzeigefläche Nr. 5 dem obersten Anzeigeelement 24 entspricht.
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Auf der Frontblende 26 sind zwei Schaltflächen 21, 22 angeordnet. Diese können jeweils mit einer Schutzvorrichtung 23, wie einem Schutzkragen, versehen sein, um ein unabsichtliches Betätigen zu verhindern.
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Das Schaltgerät 20 wird in Zusammenhang mit 2 näher erläutert, die einen Schnitt durch die Linie II-II in 1 darstellt. Die Frontblende 26 ist fest mit dem Gehäuse des RFID-Schaltgeräts 20 verbunden. Mit Hilfe eines Befestigungsrahmens 30 wird das Schaltgerät an einer Schalttafel 28 befestigt. Im dargestellten Beispiel befinden sich im Schaltgerät 20 fünf Starkstromrelais 32, die jeweils einen Schließkontakt aufweisen. Die Schließkontakte der Relais 32 sind mit den Anschlussklemmen 33 an der Rückseite des Schaltgeräts 20 verbunden. Das Schaltgerät 20 kann fünf mögliche Schaltzustände aufweisen, wobei jeweils das dem Schaltzustand entsprechende Relais 32 angeregt wird und die zugehörige Anzeigelampe 24 leuchtet.
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Nach dem Anlegen der Betriebsspannung befindet sich das Schaltgerät 20 im Schaltzustand „1", d. h. das Relais 32 Nr. 1 ist angeregt und die Anzeigenlampe 24 Nr. 1 leuchtet. Möchte nun ein Nutzer in einen höheren Schaltzustand wechseln, so muss er kurz den (im Beispiel zylinderförmigen) Schlüssel 10 mit der Spitze in die Nähe vor die Schaltfläche 21 mit dem Aufwärtspfeil bringen. Die verschiedenen Schaltzustände können in dem hier beispielhaft gezeigten Schaltgerät 20 nur sequentiell erreicht werden, d. h. der Nutzer muss gegebenenfalls entsprechend mehrmals hintereinander die Schlüsselspitze vor die entsprechende Schaltfläche 21, 22 halten, um den gewünschten Schaltzustand zu erreichen. Über die Schaltfläche 22 mit dem Abwärtspfeil kann entsprechend in den jeweils niedrigeren Schaltzustand gewechselt werden.
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Der Nutzer muss mit der Spitze des Schlüssels 10 in den Bereich innerhalb des zugehörigen Schutzkragens 23 „zielen“, damit der Schaltvorgang ausgelöst wird. Zum Schutz vor unbeabsichtigten Schalthandlungen, z.B. durch Anlehnen an das Schaltgerät 20 mit dem Schlüsselbund in der Tasche ist die Reichweite zur Erkennung des RFID-Tags 12 in der Schlüsselspitze stark begrenzt. Die Reichweite sollte geringer als die Höhe des Schutzkragens 23 sein. Aufgrund der erforderlichen magnetischen Kopplung zwischen Antennenspule 27 im Schaltgerät 20 und RFID-Tag 12 im Schlüssel 10 funktioniert die Erkennung des Schlüssels 10 vor dem entsprechenden Feld 21, 22 auch nur, wenn der Schlüssel nicht allzu weit verkippt vor das Feld 21, 22 gehalten wird. Ein senkrechter Austritt des magnetischen Feldes aus der Antennenspule 27 und dementsprechend auch aus dem Feld 21, 22 in der Frontblende 26 erfordert eine bestimmte Überlappung der Querschnittsflächen beider Spulen.
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Der Nutzer kann nur Schalthandlungen ausführen, für die sein Schlüssel 10 aus Sicht des Schaltgerätes 20 auch berechtigt ist. RFID-Tags 12 sind als funktionsfähige Bauteile mit internem RFID-IC und Antennenspule sehr preiswert und in hohen Stückzahlen erhältlich und können zum Aufbau eines Schlüssels leicht in einen Kunststoffkörper 11 eingebracht werden. In Bezug auf das Zuordnen von Berechtigungen zu einzelnen Schlüsseln 10 und Nutzergruppen und auch im Hinblick auf Maßnahmen für erhöhte Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise Verschlüsselung, können verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung stehen, wie beispielsweise Auslieferung des Schaltgerätes 20 zusammen mit einigen wenigen Schlüsseln 10, die nur zu diesem Schaltgerät 20 passen. Der Datenaustausch und die Authentifizierung können verschlüsselt erfolgen, was zu einer höheren Sicherheitsstufe führt. Hierzu können RFID-Tags 12 mit Crypto-ICs verwendet werden. Das Schaltgerät 20 kann dazu mit Bausteinen zur Verschlüsselung und Authentifizierung ausgestattet werden.
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Verschiedene Schlüssel 10, die verschiedenen Benutzergruppen und Berechtigungsstufen zugeordnet sind, können farblich codiert werden. Die Schlüssel 10 bzw. die Gruppe von Schlüsseln 10 können am Schaltgerät 20 angelernt werden. Hierbei kann eine Speicherung der entsprechenden ID-Nummern der Schlüssel 10 und der zugehörigen Berechtigungen im Schaltgerät 20 erfolgen. Diese Speicherung kann auch im Rahmen eines Einrichtungsvorgangs am Schaltgerät 20 erfolgen. Hierzu können Berechtigungen durch das Schaltgerät 20 in dem Schlüssel 10 gespeichert werden, beispielsweise in mehrfach beschreibbaren Speicherbereichen der RFID-Tags 12.
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Zurückkehrend zu 2 wird im Folgenden der innere Aufbau des Schaltgeräts 20 näher erläutert. Die Antennenspulen 27 sind im Schaltgerät 20 hinter den entsprechenden Feldern 21, 22 mit dem Aufwärts- und dem Abwärtspfeil angeordnet. Da neben der Ausgestaltung der Frontblende 26 selbst für die Erkennung des Schlüssels 10 und des Betätigungswunsches keine weiteren mechanischen Bauteile im Inneren des Schaltgeräts 20 erforderlich sind, kann nahe hinter der Frontblende 26 eine Leiterplatte 29 angeordnet sein, die die üblicherweise eingesetzten elektronischen Bauteile, wie z. B. Bausteine zur Spannungsversorgung, Mikrocontroller, Anzeigenlampen 24 und auch den RFID-Lesebaustein sowie die zugehörigen Antennenspulen 27 trägt. Als Antennenspulen 27 können sogenannte z-Achsen-Antennenspulen verwendet werden, die horizontal auf der Leiterplatte 29 aufliegen. Das zugehörige Magnetfeld tritt, wie benötigt, senkrecht zur Grundfläche der Spule 27 aus.
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Hinter der ersten Leiterplatte 29 befindet sich in engem Abstand, über entsprechende Steckverbinder 31 angebunden, eine weitere Leiterplatte 34, auf der im Wesentlichen die Starkstromrelais 32 und die Anschlussklemmen 33 zum restlichen Schaltgerät 20 untergebracht sind.
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Auf die beschriebene Art lassen sich die Elektronik-Baugruppen des Schaltgeräts 20 sehr kompakt und kostengünstig herstellbar auslegen. Selbstverständlich sind neben einer Ausführung des Schaltgerätes 20 mit Starkstromrelais 32 auch alternative Varianten aus dem Schaltgeräte-Bereich möglich, wie z.B. wesentlich schwächer belastbare Transistorschaltausgänge für niedrigere Spannungsniveaus. Außerdem kann, alleine oder zusätzlich auch eine Schnittstelle für ein standardisiertes Bussystem für solche Einrichtungen (z. B. I0-Link) vorhanden sein, um die Schaltzustände an andere Geräte übermitteln zu können.
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In 3 wird der Leseabstand zwischen RFID-Schlüssel 10 und Schaltgerät 20 dargestellt. Der für eine Erkennung des Schlüssels 10 maximal mögliche Leseabstand zwischen einer der beiden Antennenspulen 27 im Schaltgerät 20 und dem im Schlüssel 10 eingelassenen RFID-Tag 12 ist als dmax bezeichnet. Der maximale Leseabstand kann so klein gewählt werden, dass sich für einen gültigen Lesevorgang die Spitze des Schlüssels 10 innerhalb des Schutzkragens 23 befinden muss und der Schlüssel 10 auch nicht allzu weit verkippt sein darf. Der Nutzer kann über die Anzeigenlampen 24 eine sofortige Rückmeldung von erfolgten oder nicht erfolgten Schaltvorgängen erhalten. daktuell zeigt einen aktuellen Abstand, zu dem noch keine Erfassung des Schlüssels 10 erfolgen kann.
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4 zeigt ein Blockschaltbild 40 einer möglichen Ausführung des RFID-Schaltgerätes 20. Üblicherweise wird an dem RFID-Reader-IC 44 nur ein Antennen-Schwingkreis angeschlossen. Beim dargestellten Blockschaltbild sind zwei Antennen-Schwingkreise 41, 42 angeschlossen, die, vom Mikrocontroller 46 gesteuert, wahlweise hinzugeschaltet werden können. Somit wird der Betrieb mit zwei anstelle von nur einer Antennenspule 27 ermöglicht, um die oben beschriebene Funktionalität mit nur einem RFID-Reader-IC 44 zu erzielen. Der Mikrocontroller 46 ist mit einem Quarz 45 gekoppelt.
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Der erste Antennen-Schwingkreis 41 ist mit der ersten Antennenspule 21 und der zweite Antennen-Schwingkreis 42 ist mit der zweiten Antennenspule 22 gekoppelt. Die verschieden Bauteile des Schaltgeräts 20 werden von einer Stromversorgung 43 mit Strom versorgt. Der Mikrocontroller 46 steuert die verschiedenen Treiber an. Zu diesen zählen Treiber 47 für die Anzeigelampen 24 und Relaistreiber 48 zur Ansteuerung der Relais 32. Über weitere Schnittstellen 49, z. B. in Form einer IO-Link-Schnittstelle, kann der Mikrocontroller mit anderen Systemen im Umfeld des RFID-Schaltgerätes kommunizieren.
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5 zeigt einen Teil der Beschaltung des RFID-Reader-ICs 44. Die Antennenschwingkreise 41, 42 werden bei dieser Ausführung eines RFID-Reader-ICs 44 mit einer Seite an die Betriebsspannung VCC angeschlossen. Um auf einfache Art zwei Antennen-Schwingkreise (L1 und C1 bzw. L2 und C2) betreiben zu können, werden die Antennen-Schwingkreise nicht direkt, sondern über die PNP-Transistoren V1 und V2 an die Betriebsspannung angeschlossen und können somit über die Steuersignale Ctrl1 und Ctrl2 vom Mikrocontroller 46 aus zugeschaltet werden. Die Widerstände R1 und R2 begrenzen den Strom über den Basisanschluss der Transistoren V1 und V2. Zwischen dem RFID-Reader-IC 44 sowie dem Mikrocontroller 46 kann eine Kommunikationsschnittstelle 50 vorgesehen sein.
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Abwechselnd wird einer der beiden Antennen-Schwingkreise 41, 42 zugeschaltet, dann der RFID-Reader-IC 44 eingeschaltet und nach einer kurzen Wartezeit (Aufschwingen des Antennenkreises) festgestellt, ob Daten von einem RFID-Tag 12 gelesen werden können. Gegebenenfalls werden dessen Identifikationsnummer und weitere Daten einer Weiterverarbeitung unterzogen. Die Datenübertragung erfolgt hierbei über eine transformatorische Kopplung zwischen einer der beiden Antennenspulen 27 im Schaltgerät 20 und der Antennenspule im RFID-Tag 12. Es kann eindeutig festgestellt werden, über welcher Antennenspule 27 im Schaltgerät 20 sich das RFID-Tag 12 und damit der Schlüssel 10 befindet. Der Umschaltvorgang von einem auf den anderen Antennenkreis 41, 42 erfolgt stets erst nach Abschalten des RFID-Reader-ICs 44 und einer kurzen Wartezeit für den Abbau der im Antennenkreis 41, 42 gebundenen Leistung. Nach dem Umschaltvorgang und dem Anlauf des RFID-Reader-ICs 44 vergeht noch eine gewisse Zeit für das Aufschwingen des Antennenkreises 41, 42, bis hier gültige Daten aus einem RFID-Tag 12 gelesen werden können.
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Ein erkannter Schlüssel 10 wird nun vom Mikrocontroller 46 im Schaltgerät 20 auf seine Gültigkeit hin überprüft und die entsprechende Schalthandlung ausgelöst. Erst wenn der erkannte Schlüssel 10 wieder aus dem Lesebereich entfernt wurde, startet das abwechselnde Zuschalten der Antennen-Schwingkreise 41, 42 und die Schlüsselerkennung von neuem. So wird verhindert, dass ungewollt kurz hintereinander mehrere Schaltvorgänge ausgelöst werden.
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Für ein sicheres Funktionieren des beschriebenen Systems ist es erforderlich, die erzielte Lesereichweite bewusst auf einen ausreichend kleinen Wert zu reduzieren. Eine einfache Möglichkeit dazu besteht darin, Widerstände in die Zuleitungen zu den Bauteilen der Antennenschwingkreise 41, 42 zu schalten. Somit werden die Ströme durch die Antennenkreise 41, 42 begrenzt, und durch die vorwiegend induktive Kopplung zwischen Antennenspule 27 und RFID-Tag 12 ergibt sich eine vergleichsweise scharfe Abgrenzung des gewünschten Lesebereichs.
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6 zeigt ein Verfahren zur Verwendung eines RFID-Schlüssels zur Betätigung eines mehrstufigen Schaltgeräts 20. Hierbei kommuniziert in einem ersten Schritt 201 kommuniziert der RFID-Transponder 12 mit dem Schaltgerät 20, indem eine der Schaltflächen 21, 22 des Schaltgeräts 20 berührungslos betätigt werden. In einem zweiten Schritt 202 wird eine der Einstellungsstufen ausgewählt.
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7 zeigt ein Zustandsdiagramm für eine mögliche Funktionsweise am Beispiel des in 1 bis 5 beschriebenen RFID-Schaltgerätes 20 mit fünf Schaltzuständen SZ1 bis SZ5. Es wird im Folgenden von fünf Relais ausgegangen, die mit Relais Nr. 1 bis Relais Nr. 5 bezeichnet werden. Auch andere Mengen an Relais und korrespondieren Schaltzuständen sind möglich. Nach dem Anlegen der Betriebsspannung (Start 70) geht das Schaltgerät 20 automatisch in den Schaltzustand SZ1 über. Hierbei ist das Relais Nr. 1 aktiv geschaltet und die zugehörige Anzeigefläche Nr. 1 leuchtet. Wird kein Schlüssel erkannt (72) oder ist ein erkannter Schlüssel nicht zur Durchführung von Schalthandlungen berechtigt (73), so verbleibt das Schaltgerät 20 im Schaltzustand SZ1. Wird hingegen ein Schlüssel erkannt und ist dieser Schlüssel zu einer Schalthandlung berechtigt, so wird festgestellt, ob sich der Schlüssel vor der Schaltfläche 21 („up“) oder 22 („down“) befindet. Befindet sich der Schlüssel vor der Schaltfläche 22 („down“), so wird der aktuelle Schaltzustand SZ1 beibehalten (74), da es sich ja bereits um den niedrigsten möglichen Schaltzustand handelt. Befindet sich hingegen der Schlüssel vor der Schaltfläche 21 („up“), so wird in den Schaltzustand SZ2 gewechselt (75). Nun sind Relais Nr. 1 und Anzeigefläche Nr. 1 deaktiviert und Relais Nr. 2 und Anzeigefläche Nr. 2 eingeschaltet. In ähnlicher Weise verhält es sich mit dem Übergang zu weiteren möglichen Schaltzuständen SZ3, SZ4, SZ5. In diesen sind entsprechend Relais Nr. 3 und Anzeigefläche Nr. 3, Relais Nr. 4 und Anzeigefläche Nr. 4 oder Relais Nr. 5 und Anzeigefläche Nr. 5 aktiv. Aus den Schaltzuständen SZ2, SZ3 und SZ4 heraus kann jeweils durch Auswahl der entsprechenden Schaltfläche in einen niedrigeren (Übergänge 76) oder höheren (Übergänge 75) Schaltzustand gewechselt werden. Befindet sich das Schaltgerät 20 im Schaltzustand SZ5, so ist eine weitere Erhöhung des Schaltzustandes nicht möglich, so dass bei einer weiteren Betätigung über die Schaltfläche 21 („up“) das Schaltgerät 20 im Schaltzustand SZ5 verbleibt (77).
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
