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EP2113887B1 - Schlüsselschalter - Google Patents

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Publication number
EP2113887B1
EP2113887B1 EP08008284A EP08008284A EP2113887B1 EP 2113887 B1 EP2113887 B1 EP 2113887B1 EP 08008284 A EP08008284 A EP 08008284A EP 08008284 A EP08008284 A EP 08008284A EP 2113887 B1 EP2113887 B1 EP 2113887B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
key
coding
operated switch
key switch
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP08008284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2113887A1 (de
Inventor
Hans-Georg Dr. Köpken
Christiane Müller
Richard Schmidt
Günter Schwesig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP08008284A priority Critical patent/EP2113887B1/de
Priority to JP2009104035A priority patent/JP5111428B2/ja
Priority to US12/432,317 priority patent/US20090273437A1/en
Publication of EP2113887A1 publication Critical patent/EP2113887A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2113887B1 publication Critical patent/EP2113887B1/de
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00182—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with unidirectional data transmission between data carrier and locks
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C2009/00753—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by active electrical keys
    • G07C2009/00769—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by active electrical keys with data transmission performed by wireless means
    • G07C2009/00777—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by active electrical keys with data transmission performed by wireless means by induction

Definitions

  • the invention relates to a key switch.
  • FIG. 1 is a commercially available control device 1 for operating a machine from automation technology, such as a machine tool, production machine and / or a robot shown having a commercially available mechanical key switch 2.
  • a machine from automation technology such as a machine tool, production machine and / or a robot shown having a commercially available mechanical key switch 2.
  • mechanical key switches With mechanical key switches, the key is scanned mechanically.
  • mechanical key switches have the disadvantage that the frequently occurring in an automation environment dirt, which is usually in the form of liquids, dust particles or aggressive gases, can bring about the key switch in the operating device and can lead to malfunction. Furthermore, the mechanics of the key switch itself can be damaged.
  • the US 5 268 560 A shows that by means of multiple excitation devices, the magnetic encoding of a key after its insertion process in a time-parallel manner is read out.
  • the first excitation device is designed as a yoke wound around the one coil. This represents a particularly simple realization of the first excitation device.
  • the coil is designed as a planar coil.
  • the realization of the coil as a planar coil represents a particularly easy to manufacture way of realization of the coil.
  • the first coding and of an electrically conductive and / or magnetizable material influences the alternating magnetic field well.
  • the first coding as binary coding, bar coding, multilevel coding or is designed as an analog coding, since these codes are easy to implement.
  • the second coding is designed as analog coding. As a result, a particularly high level of security against manipulation of the key switch is achieved.
  • the key switch has a front plate with an opening for insertion of the key, wherein on the inside of the key switch, a non-electrically conductive and non-magnetizable separator is disposed at the opening, which spatially separates the opening of the first exciter , As a result, the ingress of dirt in the key switch and by the key switch in the interior of the control device is reliably prevented.
  • the key switch has a front plate with an opening for inserting the key, wherein on the inside of the key switch, a non-electrically conductive and non-magnetisable separating element is arranged at the opening which the opening of the first and the second Separates excitation device spatially.
  • the key switch has a plurality of access codes, wherein the key switch in accordance with an access code with the read first and / or second coding depending on the access code outputs a respective access code associated access signal.
  • a key 7 associated with the key switch is shown.
  • the key 7 consists of a non-conductive and non-magnetizable carrier element 8, on which a first coding 9 made of an electrically conductive and / or magnetizable material is attached.
  • the first coding 9 is read out serially by the key switch, by means of the first magnetic field B, the first code 9 attached to the key 7, by means of the first alternating magnetic field B, is scanned.
  • the first coding 9 is shown in FIG FIG. 2 from top to bottom through the yoke 3 and thus performed by the magnetic alternating field B.
  • the first coding 9 effects a change of the first inductance L of the first excitation device 6, as a result of which the first coding 9 is read out by the key switch.
  • the first coding 9 causes a change in the inductance L of the excitation device 6, as a result of which the current I changes, which is evaluated by the evaluation device 10.
  • the evaluation unit 10 measures the alternating current I which, as already mentioned, changes according to the first coding when the key is inserted into the key switch.
  • the first coding 9 is embodied as multilevel coding.
  • FIG. 3 Essentially the electronics of the key switch are shown in FIG. 3 essentially the passive components of the key switch shown.
  • the key switch has a front panel 11 which has an opening 14 for the introduction of the key 7.
  • the key is passed through the opening 14, which is represented by an arrow 12.
  • the key switch on a non-electrically conductive and non-magnetizable separator 13 which is disposed at the opening and the key from the first exciter spatially completely separate.
  • the partition member 13 is formed in the embodiment as a cuboid hollow body whose cavity is open only upwards in the direction of the opening 14.
  • the partition 13 forms a blind hole through which no dirt entering through the opening 14 continues to the electronics, which in FIG. 2 is shown, the key switch can penetrate.
  • the separating element 14 preferably separates the opening 14 airtight from the excitation device 6.
  • the separating element 13 is arranged guided through the horseshoe-shaped yoke 3.
  • FIG. 4 is a key 7 with a first coding 9, which is designed as multilevel coding, shown in detail.
  • a multilevel coding has a plurality of stages which are evaluated when they are exceeded by the evaluation unit 10. In the context of the embodiment, these are the four stages reset, clock, data and ready, which a certain amount of in FIG. 4 correspond to peg-shaped design of the first coding 9.
  • the evaluation unit 10 in this case has an excitation unit 16 which generates the alternating voltage U r .
  • an alternating current I is produced by the planar coil 4.
  • the first excitation device 6 has an inductance L of several milihenri, which changes when carrying out the first coding 9 by the magnetic field B (The changing inductance L is in FIG. 5 symbolically represented by a black rectangle with an oblique arrow).
  • the alternating current I which is measured by the excitation unit 16, changes accordingly.
  • the first coding 9 is thus sampled inductively by means of the alternating magnetic field B.
  • the excitation unit 16 generates on the output side in accordance with the changing current I and thus according to the changing inductance L a correspondingly changing output voltage U (L).
  • the output voltage U (L) is compared via comparators 17, 18, 19 and 20 with different voltages U1, U2, U3 and U4. If the voltage U (L) exceeds the voltage U1, the signal ready is set to logic "1", the voltage U (L) exceeds the voltage U2, the signal data is set to logic "1", the voltage U exceeds L) the voltage U3, the signal clock is set to logic "1" and exceeds the voltage U (L), the voltage U4, the signal reset is set to logic "1".
  • the reset signal clears the flip-flops 25-29, which form a shift register.
  • the first tooth b0 of the key 7 via the signal data to set the flip-flop 34.
  • the tooth back edge leads to a falling edge of the signal clock, resulting in the transfer of the data bit from flip-flop 34 in the flip-flop 25 of the shift register and to clear the flip-flop 34 leads.
  • the next tooth b1 of the key does not lead to the setting of the flip-flop 34, so that at the next tooth trailing edge a zero is taken over into the flip-flop 25 of the shift register, at the same time b0 in the shift register from flip-flop 25 to flip-flop Flop 26 pushed further.
  • the rising edge of the ready signal will cause the code checker 31 to clear. If all the bits read in are in the shift register have the correct value, the output Z of the code verifier 31 is set to logical "1" and thus the validity of the key is reported.
  • FIG. 6 an example is shown which allows a parallel read out of the first coding. Unlike the in FIG. 2 shown serial readout of the first coding, in which only a single excitation means 6 is required, several first excitation means are required in parallel readout.
  • the key switch has in FIG. 6 the three first excitation means 6a, 6b and 6c with the respectively associated planar coils 4a, 4b and 4c and the respectively associated yokes 3a, 3b and 3c.
  • the operation with respect to each first initiator is identical to the in FIG. 2 illustrated and described first excitation means 6, the evaluation unit 10 evaluates the analog of the height of the currents I 1 and I 2 and I 3 , which in detail in FIG. 7 is described.
  • FIG. 6 the evaluation unit 10 evaluates the analog of the height of the currents I 1 and I 2 and I 3 , which in detail in FIG. 7 is described.
  • a first coding 9 is attached, wherein the first coding is formed as a binary coding.
  • the first coding 9 has either an electrically conductive and / or magnetizable region at the positions at which the first excitation devices later scan the key, or no such region is provided at the relevant point, which is shown in FIG FIG. 6 shown in dashed lines.
  • An attached area corresponds, for example, to a logical "1"
  • a non-attached area corresponds, for example, to a logical "0" or vice versa.
  • the evaluation unit 10 belonging to the parallel readout is shown.
  • the first excitation device 6a has the inductance L 1
  • the first excitation device 6b has the inductance L 2
  • the first excitation device 6c has the inductance L 3 .
  • the inductances L 1 , L 2 and L 3 then change again according to the first coding 9 of the key 7.
  • the excitation unit 16 generates the alternating voltages U r1 , U r2 and U r3 , so that, corresponding to the changing inductances L 1 , L 2 and L 3 change the alternating currents I 1 , I 2 and I 3 , which is evaluated in the excitation unit 16.
  • the excitation unit 16 then generates, according to the changing inductances L 1, L 2 and L 3 to the inductances L 1, L 2 and L respectively associated three voltages U 1 (L 1), U 2 (L 2) and U 3 (L 3 ), which are supplied to a comparator 24 as an input.
  • the comparator 24 then compares the three voltages U 1 (L 1 ), U 2 (L 2 ) and U 3 (L 3 ) with an internal reference voltage, for example, when the reference voltage is exceeded, a logical "1" or alternatively a logical "0 " is produced.
  • Each of the three voltages U 1 (L 1 ), U 2 (L 2 ) and U 3 (L 3 ) is thus compared with the internal reference voltage and generates the binary output signals b0, b1 and b2 in parallel. These are fed to a comparator 25 as input, which compares them with the binary numbers c0, c1 and c2, which represent the access code within the scope of the exemplary embodiment. If they match, an access signal Z is set to logic "1" by the comparator 25 on the output side, and thus the key is recognized as suitable.
  • the access signal Z can subsequently be used, for example, to control a relay or, for example, be read directly from an operating device and / or a controller and / or a control device.
  • FIG. 8 the invention is shown, in which two codes are read in simultaneously.
  • first coding 9 and a second coding 9 'on both sides attached to the key On the carrier element 8 of the key 7 is a first coding 9 and a second coding 9 'on both sides attached to the key.
  • the first coding 9 is designed to detect the instantaneous position of the key in the key switch during the insertion of the key as a location track, while the second coding 9 'is in the form of any curve. From the operation corresponds to the embodiment according to FIG. 8 the embodiment according to FIG. 2 However, in contrast to the embodiment according to FIG. 2 a second excitation means 6 'with a second planar coil 4' and a second yoke 3 'is present.
  • the first coding 9 and the second coding 9 ' are read out at the same time, it being recognized by means of the first coding 9 during insertion of the key into the key switch at which position the key is currently located and thus the second coding 9' can be correspondingly evaluated ,
  • the first coding 9 contains the information of the bit number, while the second coding 9 'contains the associated bit value.
  • the evaluation unit 10 simultaneously processes the alternating currents I and I 'from the first excitation device 6 and the second excitation device 6'.
  • FIG. 9 is the invention according to FIG. 8 associated evaluation unit 10 shown schematically.
  • the first excitation device 6 has the inductance L that changes when the key is inserted, while the second excitation device 6 'has the variable inductance L' when the key is inserted.
  • the excitation unit 16 generates the two voltages U r and U r ', whereby the two alternating currents I and I' are produced by the respectively associated planar coil 4 and 4 '.
  • the excitation unit 16 On the output side, the excitation unit 16 generates by evaluating the inductances L and L 'changed upon insertion of the key in accordance with FIG alternating currents I and I 'changed, the voltages U (L) and U (L') ', the voltage U (L) representing the first coding 9, while the output voltage U (L') 'representing the second coding 9' , The two voltages U (L) and U (L ')' are evaluated by a decoder 32, which reads in the voltages U (L) and U (L ')' and links the two voltages together, the first coding Number (location information) while the second encoding provides the bit number associated with the bit value.
  • the decoder 32 can thus extract the bit number from the first coding 9, while it can extract the associated bit value from the second coding 9 '.
  • the decoder 32 outputs the corresponding bits b0, b1 and b2 thus determined, which are then compared by means of the comparator 25 with the access code c0, c1 and c2, which are in the form of individual bits, for example. If they match, the access signal Z is set to logic "1" by the comparator 25.
  • the first coding 9 and the second coding 9 ' are preferably evaluated in a quantized manner, ie if, for example, the second coding 9' exceeds a certain height at a position, a logic "1" is recognized and if a certain height is undershot, a value is selected logical "0" or vice versa detected.
  • a key 7 is shown in which on the support member 8, a first coding 9 is attached in the form of a bar code.
  • An evaluation of the barcode can be done eg by means of in FIG. 2 and FIG. 5
  • the output voltage of the excitation unit 16 output voltage U (L) is evaluated by a downstream bar decoder that decodes the bar code, and then compared the thus decoded bar code by means of a comparator with the access code becomes. If they match, then the access signal Z at the output of the comparator is again set to logic "1".
  • FIG. 11 schematically illustrates a key that can be applied to all of the previously described possible keys in all described coding.
  • the coding is covered with an opaque layer 33, so that the coding from the outside is no longer visually recognizable. As a result, a replica of the key is difficult. Otherwise, the key corresponds to FIG. 11 the keys described above. The same elements are therefore provided with the same reference numerals as in the preceding figures.
  • key switch By key switch according to the invention can be realized a high degree of protection against contamination. Furthermore, the sampling of the coding is wear-free, which allows a long life of the key switch and the key. Furthermore, the key switch requires only little space. Since the key switch reads out the coding exclusively via an alternating magnetic field, it has a high immunity to electromagnetic interference, which is e.g. from radio transmission systems. Furthermore, the security against manipulation is very high.
  • the key switch can be easily parameterized to different keys, for example by software. Furthermore, the key function can be combined with an electromechanical switching function.
  • the key switch can have, for example, a plurality of code checkers 31 and / or comparators 25 connected in parallel, for example, each check a different access code and output a respective access signal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Lock And Its Accessories (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schlüsselschalter.
  • In der Automatisierungstechnik werden häufig Schlüsselschalter eingesetzt, um bestimmte Bedienungen an Anlagen und/oder Maschinen auf bestimmte Nutzer einzuschränken.
  • In FIG 1 ist eine handelsübliche Bedieneinrichtung 1 zur Bedienung einer Maschine aus der Automatisierungstechnik, wie z.B. einer Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder eines Roboters dargestellt, die einen handelsüblichen mechanischen Schlüsselschalter 2 aufweist. Bei mechanischen Schlüsselschaltern wird der Schlüssel mechanisch abgetastet. Mechanische Schlüsselschalter weisen jedoch den Nachteil auf, dass der in einer Automatisierungsumgebung häufig auftretende Schmutz, der üblicherweise in Form von Flüssigkeiten, Staubpartikeln oder aggressiven Gasen vorliegt, über den Schlüsselschalter in die Bedieneinrichtung einbringen kann und dort zu Fehlfunktionen führen kann. Weiterhin kann auch die Mechanik des Schlüsselschalters selbst beschädigt werden.
  • Weiterhin unterliegen mechanische Schlüsselschalter bedingt durch die mechanischen sich bewegenden Bauteile einem hohen Verschleiß und sind relativ einfach zu manipulieren.
  • Anstatt eines Schlüsselschalters werden auch andere Indentifikationssysteme eingesetzt, wie z.B. berührungslose RFID-Systeme. Diese Systeme sind jedoch relativ aufwendig und teuer.
  • Die US 5 268 560 A zeigt, dass mittels mehrerer Anregungsvorrichtungen die magnetische Codierung eines Schlüssels nach dessen Einführungsvorgang in zeitlich paralleler Weise ausgelesen wird.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine besonders hohe Sicherheit gegen eine unzulässige Manipulation eines Schlüssels bzw. Schlüsselschalters zu gewährleisten.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schlüsselschalter gemäß Anspruch 1.
  • Durch die Verwendung von zwei Codierungen wird eine besonders hohe Sicherheit gegen eine unzulässige Manipulation des Schlüsselschalters gewährleistet.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die erste Anregungseinrichtung als ein Joch um das eine Spule gewickelt ist, ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache Realisierung der ersten Anregungseinrichtung dar.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Spule als Planarspule ausgebildet ist. Die Realisierung der Spule als Planarspule stellt eine besonders einfach herzustellende Art der Realisierung der Spule dar.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Codierung und aus einem elektrisch leitenden und/oder magnetisierbaren Material ist. Ein elektrisch leitendes und/oder magnetisierbares Material beeinflusst dass magnetische Wechselfeld gut.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Codierung als Binärcodierung, Bar-Codierung, Multilevelcodierung oder als Analogcodierung ausgebildet ist, da diese Codierungen einfach zu realisieren sind.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die zweite Codierung als Analogcodierung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Sicherheit gegen Manipulation des Schlüsselschalters erreicht.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Schlüsselschalter eine Frontplatte mit einer Öffnung zum Einführen des Schlüssels aufweist, wobei auf der Innenseite des Schlüsselschalters ein nicht elektrisch leitendes und nicht magnetisierbares Trennelement an der Öffnung angeordnet ist, welches die Öffnung von der ersten Anregungseinrichtung räumlich trennt. Hierdurch wird das Eindringen von Schmutz in den Schlüsselschalter und durch den Schlüsselschalter in das Innere der Bedieneinrichtung zuverlässig verhindert.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Schlüsselschalter eine Frontplatte mit einer Öffnung zum Einführen des Schlüssels aufweist, wobei auf der Innenseite des Schlüsselschalters ein nicht elektrisch leitendes und nicht magnetisierbares Trennelement an der Öffnung angeordnet ist, welches die Öffnung von der ersten und der zweiten Anregungseinrichtung räumlich trennt. Hierdurch wird das Eindringen von Schmutz in den Schlüsselschalter und durch den Schlüsselschalter in das Innere der Bedieneinrichtung zuverlässig verhindert.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Schlüsselschalter mehrere Zugangscodes aufweist, wobei der Schlüsselschalter bei Übereinstimmung eines Zugangscodes mit der ausgelesen ersten und/oder zweiten Codierung in Abhängigkeit vom Zugangscode ein dem jeweiligen Zugangscode zugehöriges Zugangssignal ausgibt. Hierdurch können z.B. mit einem Schlüssel welcher ein normaler Anwender besitzt nur Standardanwendungen freigeschalten werden, während mit einem anderen Schlüssel, welcher nur ein Fachmann besitzt weitergehende, z.B. gefährlichere Bedienhandlungen freigeschaltet werden können, welche nur von Fachpersonal ausgeführt werden dürfen.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, eine Bedieneinrichtung zur Bedienung einer Maschine und/oder Anlage aus der Automatisierungstechnik zu schaffen, wobei die Bedieneinrichtung einen erfindungsgemäßen Schlüsselschalter aufweist. Hierdurch wird eine gegenüber Schmutz unempfindliche Bedieneinrichtung geschaffen
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Bedieneinrichtung mit einem aus dem Stand der Technik bekannten mechanischen Schlüsselschalter,
    FIG 2
    die Codierung wird seriell vom Schlüsselschalter während des Einführvorgangs des Schlüssels ausgelesen,
    FIG 3
    ein Trennelement zum Abtrennen der Elektronik des Schlüsselschalters von der Öffnung des Schlüsselschalters,
    FIG 4
    ein Schlüssel mit einer Multilevelcodierung,
    FIG 5
    eine Auswerteeinheit zum Auswerten einer Multilevelcodierung,
    FIG 6
    ein Beispiel zum parallelen Auslesen eines Schlüssels mit einer Binärcodierung,
    FIG 7
    eine Auswerteeinheit zum parallelen Auswerten einer Codierung,
    FIG 8
    Ein Schlüssel mit zwei Codierungen,
    FIG 9
    eine Auswerteeinheit für einen Schlüssel mit zwei Codierungen,
    FIG 10
    einen Schlüssel mit einer Barcodierung, und
    FIG 11
    einen Schlüssel bei dem die Codierung mit einer lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt ist.
  • In FIG 2 sind in Form einer schematisierten Darstellung im Wesentlichen die elektrischen Komponenten eines Schlüsselschalters dargestellt sind. Der Schlüsselschalter weist eine erste Anregungseinrichtung 6 auf, die ein erstes magnetisches Wechselfeld B erzeugt und eine erste Induktivität L von z.B. einigen Millihenri besitzt. Die Anregungseinrichtung 6 besteht aus einer Spule, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Planarspule 4 ausgebildet ist und einem vorzugsweise hufeisenförmigen Joch 3, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels aus Ferrit besteht. Die Anregungseinrichtung 6, d.h. die Planarspule 4 zusammen mit den Joch 3 weisen dabei, wie schon oben erwähnt, eine erste Induktivität L auf. Die Planarspule 4 ist auf einer Leiterplatte 5 zusammen mit einer Auswerteeinheit 10 angeordnet. Die Auswerteeinheit 10 erzeugt eine Wechselspannung Ur, wodurch entsprechend der Beziehung I = U r 2 ⁢ πfL
    Figure imgb0001
    • L: Induktivität
    • f: Frequenz des Wechselstroms
    ein Wechselstrom I durch die Planarspule 4 fliest. Die Planarspule 4 erzeugt folglich zusammen mit dem Joch 3 ein magnetisches Wechselfeld B, d.h. ein sich zeitlich veränderndes Magnetfeld.
  • In FIG 2 oben ist ein dem Schlüsselschalter zugeordneter entsprechender Schlüssel 7 dargestellt. Der Schlüssel 7 besteht aus einem nicht leitenden und nicht magnetisierbaren Trägerelement 8, auf den eine erste Codierung 9 aus einem elektrisch leitenden und/oder magnetisierbaren Material angebracht ist. Während einem Einführvorgang des Schlüssels in den Schlüsselschalter, was durch einen Pfeil 12 dargestellt ist, wird die erste Codierung 9 seriell vom Schlüsselschalter ausgelesen, indem mittels des ersten magnetischen Feldes B, die an dem Schlüssel 7 angebrachte erste Codierung 9, mittels des ersten magnetischen Wechselfeldes B, abgetastet wird. Die erste Codierung 9 wird dabei in der Darstellung gemäß FIG 2 von oben nach unten durch das Joch 3 und damit durch das magnetische Wechselfeld B durchgeführt. Die erste Codierung 9 bewirkt eine Änderung der ersten Induktivität L der ersten Anregungseinrichtung 6, wodurch solchermaßen die erste Codierung 9 vom Schlüsselschalter ausgelesen wird. Die erste Codierung 9 bewirkt, wie schon gesagt eine Änderung der Induktivität L der Anregungseinrichtung 6, wodurch sich der Strom I ändert, was von der Auswerteeinrichtung 10 ausgewertet wird. Die Auswerteeinheit 10 misst hierzu den Wechselstrom I, der sich, wie schon gesagt, entsprechend der ersten Codierung beim Einführen des Schlüssels in den Schlüsselschalter verändert. Im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels ist die erste Codierung 9 dabei als Multilevelcodierung ausgebildet.
  • Während in FIG 2 im Wesentlichen die Elektronik des Schlüsselschalters dargestellt ist, sind in FIG 3 im Wesentlichen die passiven Bauteile des Schlüsselschalters dargestellt. Der Schlüsselschalter, weist eine Frontplatte 11 auf, die zur Einführung des Schlüssels 7 eine Öffnung 14 aufweist. Beim Einführen des Schlüssels 7 wird der Schlüssel durch die Öffnung 14 geführt, was durch einen Pfeil 12 dargestellt ist. An der Innenseite des Schlüsselschalters weist der Schlüsselschalter ein nicht elektrisch leitendes und nicht magnetisierbares Trennelement 13 auf, die an der Öffnung angeordnet ist und den Schlüssel von der ersten Anregungseinrichtung räumlich vollständig trennt. Das Trennelement 13 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels als quaderförmiger Hohlkörper ausgebildet, dessen Hohlraum nur nach oben in Richtung der Öffnung 14 hin geöffnet ist. Solchermaßen bildet das Trennelement 13 ein Sackloch, durch das kein Schmutz, der durch die Öffnung 14 eindringt, weiter zur Elektronik, die in FIG 2 dargestellt ist, des Schlüsselschalters vordringen kann. Vorzugsweise trennt dabei das Trennelement 14 die Öffnung 14 luftdicht von der Anregungseinrichtung 6 ab. Das Trennelement 13 ist dabei durch das hufeisenförmige Joch 3 hindurchgeführt angeordnet.
  • In FIG 4 ist ein Schlüssel 7 mit einer ersten Codierung 9, die als Multilevelcodierung ausgebildet ist, im Detail dargestellt. Im Gegensatz zu einer Binärcodierung weist eine Multilevelcodierung mehrere Stufen auf, die beim Überschreiten von der Auswerteeinheit 10 ausgewertet werden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind dies die vier Stufen reset, clock, data und ready, welche einer gewissen Höhe der in FIG 4 zapfenförmigen Ausbildung der ersten Codierung 9 entsprechen.
  • In FIG 5 ist die für die Multilevelcodierung zugehörige Auswerteeinheit in Detail dargestellt. Die Auswerteeinheit 10 weist dabei eine Erregungseinheit 16 auf, die die Wechselspannung Ur erzeugt. Es entsteht, wie schon oben gesagt, ein Wechselstrom I durch die Planarspule 4. Die erste Anregungseinrichtung 6 besitzt eine Induktivität L von einigen Milihenri, welche sich beim Durchführen der ersten Codierung 9 durch das Magnetfeld B verändert (Die sich ändernde Induktivität L ist in FIG 5 durch ein schwarzes Rechteck mit einem schrägen Pfeil symbolisch dargestellt). Hierdurch verändert sich entsprechend der Wechselstrom I, der von der Erregungseinheit 16 gemessen wird. Die ersten Codierung 9 wird solchermaßen mittels des magnetischen Wechselfelds B induktiv abgetastet. Die Erregungseinheit 16 erzeugt ausgangsseitig entsprechend dem sich ändernden Strom I und damit entsprechend der sich ändernden Induktivität L eine sich entsprechend ändernde Ausgangsspannung U(L). Die Ausgangsspannung U(L) wird über Komparatoren 17, 18, 19 und 20 mit unterschiedlichen Spannungen U1, U2, U3 und U4 verglichen. Überschreitet die Spannung U(L) die Spannung U1 so wird das Signal ready auf logisch "1" gesetzt, überschreitet die Spannung U(L) die Spannung U2, so wird das Signal data auf logisch "1" gesetzt, überschreitet die Spannung U(L) die Spannung U3, so wird das Signal clock auf logisch "1" gesetzt und überschreitet die Spannung U(L) die Spannung U4, so wird das Signal reset auf logisch "1" gesetzt.
  • Ist kein Schlüssel gesteckt, so löscht das Signal reset die FLip-Flops 25-29, die ein Schieberegisters bilden. Beim Einstecken des Schlüssels gemäß FIG 4 führt der erste Zahn b0 des Schlüssels 7 über das Signal data zum Setzen des Flip-Flops 34. Die Zahnrückflanke führt zu einer fallenden Flanke des Signals clock, was zur Übernahme des Datenbits aus Flip-Flop 34 in das FLip-Flop 25 des Schieberegisters und zum Löschen des Flip-Flops 34 führt. Der nächste Zahn b1 des Schlüssels führt nicht zum Setzen des Flip-Flops 34, so dass bei der nächsten Zahnrückflanke eine null in das in das FLip-Flop 25 des Schieberegisters übernommen wird, gleichzeitig wird b0 im Schieberegister von Flip-Flop 25 nach Flip-Flop 26 weitergeschoben.
  • Ist der Schlüssel vollständig eingeschoben, so führt die steigende Flanke des Signals ready zur Freigabe des Codeüberprüfers 31. Wenn alle eingelesenen Bits im Schieberegister den richtigen Wert haben, wird der Ausgang Z des Codeüberprüfers 31 auf logisch "1" gesetzt und somit die Gültigkeit des Schlüssels gemeldet.
  • Sobald der Schlüssel auch nur ein wenig herausgezogen wird, führt die Fallende Flanke des Signals ready zum Setzen des Flip-Flops 30, welches die Codeüberprüfung sperrt. Erst nach vollständigem entnehmen des Schlüssels löscht das Signal reset das Sperr-Flip-Flop 30 wieder.
  • In FIG 6 ist ein Beispiel dargestellt, die ein paralleles Auslesen der ersten Codierung ermöglicht. Im Gegensatz zu der in FIG 2 dargestellten seriellen Auslesung der ersten Codierung, bei dem nur eine einzige Anregungseinrichtung 6 benötigt wird, werden beim parallelen Auslesen mehrere erste Anregungseinrichtungen benötigt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Schlüsselschalter dabei in FIG 6 die drei ersten Anregungseinrichtungen 6a, 6b und 6c mit dem jeweilig zugehörigen Planarspulen 4a, 4b und 4c und den jeweilig zugehörigen Jochen 3a, 3b und 3c auf. Die Funktionsweise bezüglich jeder ersten Anregeeinrichtung ist dabei identisch mit der in FIG 2 dargestellten und beschriebenen ersten Anregungseinrichtung 6, die Auswerteeinheit 10 wertet analog die Höhe der Ströme I1 und I2 und I3 aus, was im Detail in FIG 7 beschrieben ist. In FIG 6 oben ist weiterhin ein Schlüssel 7 dargestellt, auf dessen Trägerelement 8 eine erste Codierung 9 angebracht ist, wobei erste Codierung als Binärcodierung ausgebildet ist. Die erste Codierung 9 weist hierzu an den Positionen, an denen später die ersten Anregungsanordnungen den Schlüssel abtasten entweder einen elektrisch leitenden und/oder magnetisierbaren Bereich auf, oder es ist an der betreffenden Stelle kein solcher Bereich angebracht, was in FIG 6 gestrichelt gezeichnet dargestellt ist. Ein angebrachter Bereich entspricht z.B. einer logischen "1", während ein nicht angebrachter Bereich z.B. einer logischen "0" oder umgekehrt entspricht.
  • In FIG 7 ist die für die parallele Auslesung zugehörige Auswerteeinheit 10 dargestellt. Die erste Anregungseinrichtung 6a weist dabei die Induktivität L1 auf, die erste Anregungseinrichtung 6b, weist die Induktivität L2 auf und die erste Anregungseinrichtung 6c weist die Induktivität L3 auf. Die Induktivitäten L1, L2 und L3 ändern sich dann wieder entsprechend der ersten Codierung 9 des Schlüssels 7. Die Erregungseinheit 16 erzeugt die Wechselspannungen Ur1, Ur2 und Ur3, so dass sich, entsprechend den sich ändernden Induktivitäten L1, L2 und L3 sich die Wechselströme I1, I2 und I3 ändern, was in die Erregungseinheit 16 ausgewertet wird. Die Erregungseinheit 16 erzeugt dann, entsprechend den sich ändernden Induktivitäten L1, L2 und L3 die zu den Induktivitäten L1, L2 und L3 jeweilig zugehörigen Spannungen U1(L1), U2(L2) und U3(L3), die einem Komparator 24 als Eingangsgröße zugeführt werden. Der Komparator 24 vergleicht dann die drei Spannungen U1(L1), U2(L2) und U3(L3) mit einer internen Referenzspannung, wobei z.B. beim Überschreiten der Referenzspannung eine logische "1" oder alternativ eine logische "0" erzeugt wird. Jede der drei Spannungen U1(L1), U2(L2) und U3(L3) wird solchermaßen mit der internen Referenzspannung verglichen und entsprechend parallel die binären Ausgangssignale b0, b1 und b2 erzeugt. Diese werden einem Vergleicher 25 als Eingangsgröße zugeführt, der diese mit den Binärzahlen c0, c1 und c2, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels den Zugangscode darstellen, vergleicht. Bei Übereinstimmung wird ein Zugangssignal Z ausgangseitig vom Vergleicher 25 auf logisch "1" gesetzt und somit den Schlüssel als passend erkannt. Das Zugangssignal Z kann nachfolgend z.B. zur Ansteuerung eines Relais dienen oder z.B. direkt von einer Bedieneinrichtung und/oder einer Steuerung und/oder einer Regeleinrichtung eingelesen werden.
  • In FIG 8 ist die Erfindung dargestellt, bei der seriell zwei Codierungen gleichzeitig eingelesen werden.
  • Auf dem Trägerelement 8 des Schlüssels 7 ist dabei, eine erste Codierung 9 und eine zweite Codierung 9' auf beiden Seiten des Schlüssels angebracht. Die erste Codierung 9 und die zweite Codierung 9' sind dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Analogcodierungen ausgebildet. Die erste Codierung 9 ist dabei zur Erkennung der momentanen Lage des Schlüssels im Schlüsselschalter während des Einführvorgangs des Schlüssels als Lagespur ausgebildet, während die zweite Codierung 9' in Form einer beliebigen Kurve vorliegt. Von der Funktionsweise entspricht die Ausführungsform gemäß FIG 8 der Ausführungsform gemäß FIG 2, wobei jedoch im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß FIG 2 eine zweite Anregungseinrichtung 6' mit einer zweiten Planarspule 4' und einen zweiten Joch 3' vorhanden ist. Die erste Codierung 9 und die zweite Codierung 9' werden dabei gleichzeitig ausgelesen, wobei anhand der ersten Codierung 9 während des Einführens des Schlüssels in den Schlüsselschalter erkannt wird an welcher Position sich gerade der Schlüssel befindet und somit die zweite Codierung 9' entsprechend ausgewertet werden kann. Die erste Codierung 9 enthält quasi die Information der Bit-Nummer, während die zweite Codierung 9' den zugehörigen Bit-Wert enthält.
  • Ansonsten entspricht die Funktionsweise, der schon in FIG 2 dargestellten Form, wobei die Auswerteeinheit 10 die Wechselströme I und I' von der ersten Anregungseinrichtung 6 und der zweiten Anregungseinrichtung 6' gleichzeitig verarbeitet.
  • In FIG 9 ist die zur Erfindung gemäß FIG 8 zugehörige Auswerteeinheit 10 schematisiert dargestellt. Die erste Anregungseinrichtung 6 weist die sich beim Einführen des Schlüssels verändernde Induktivität L auf, während die zweite Anregungseinrichtung 6' beim Einführen des Schlüssels die veränderbare Induktivität L' aufweist. Analog zu den schon beschriebenen vorangegangenen Beispielen erzeugt die Erregungseinheit 16 die beiden Spannungen Ur und Ur', wodurch die beiden Wechselströme I und I' durch die jeweilig zugehörige Planarspule 4 und 4' entstehen. Ausgangsseitig erzeugt die Erregungseinheit 16 durch Auswertung der sich beim Einführen des Schlüssels änderten Induktivitäten L und L' entsprechend den sich änderten Wechselströme I und I', die Spannungen U(L) und U(L')', wobei die Spannung U(L) die erste Codierung 9 abbildet, während die Ausgangsspannung U(L')' die zweite Codierung 9' abbildet. Die beiden Spannungen U(L) und U(L')' werden von einem Decoder 32 ausgewertet, der die Spannungen U(L) und U(L')' einliest und die beiden Spannungen miteinander verknüpft, wobei die erste Codierung den Bit-Nummer (Lageinformation) liefert, während die zweite Codierung den zur Bit-Nummer zugehörigen Bit-Wert liefert. Der Decoder 32 kann solchermaßen aus der ersten Codierung 9 die Bit-Nummer entnehmen, während er aus der zweiten Codierung 9' den zugehörigen Bit-Wert entnehmen kann. Ausgangsseitig gibt der Decoder 32 die entsprechenden solchermaßen ermittelten Bits b0, b1 und b2 aus, die dann mittels des Vergleichers 25 mit dem Zugangscode c0, c1 und c2, die z.B. in Form von einzelnen Bits vorliegen, verglichen werden. Bei Übereinstimmung wird vom Vergleicher 25 das Zugangssignal Z auf logisch "1" gesetzt. Die erste Codierung 9 und die zweite Codierung 9' werden dabei vorzugsweise quantisiert ausgewertet, d.h. wenn z.B. die zweite Codierung 9' an einer Position eine gewisse Höhe überschreitet, wird eine logische "1" erkannt und wenn eine gewisse Höhe unterschritten wird, wird auf eine logische "0" oder umgekehrt erkannt.
  • In FIG 10 ist ein Schlüssel 7 dargestellt, bei dem auf dem Trägerelement 8 eine erste Codierung 9 in Form einer Barcodierung angebracht ist. Eine Auswertung der Barcodierung kann dabei z.B. mittels der in FIG 2 und FIG 5 dargestellten Auswerteeinheit 10 erfolgen, wobei jedoch die ausgangsseitig von der Erregungseinheit 16 ausgegebene Spannung U(L) von einem nachgeschalteten Bar-Decodierer, der den Bar-Code decodiert, ausgewertet wird und anschließend der solchermaßen decodierte Bar-Code mittels eines Vergleichers mit dem Zugangscode verglichen wird. Bei Übereinstimmung wird dann wiederum das Zugangssignal Z am Ausgang des Vergleichers auf logisch "1" gesetzt.
  • In FIG 11 ist schematisiert ein Schlüssel dargestellt, die für alle der vorhergehenden beschriebenen möglichen Schlüssel bei allen beschrieben Codierungen angewendet werden kann. Bei dem Schlüssel gemäß FIG 11 wird erfindungsgemäß die Codierung mit einer lichtundurchlässigen Schicht 33 abgedeckt, so dass die Codierung von außen nicht mehr optisch erkennbar ist. Hierdurch wird ein Nachbau des Schlüssels erschwert. Ansonsten entspricht der Schlüssel gemäß FIG 11 den vorangehend beschriebenen Schlüsseln. Gleiche Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorangegangenen Figuren.
  • Durch den erfindungsgemäßen Schlüsselschalter lässt sich eine hohe Schutzart gegen Verschmutzung realisieren. Weiterhin erfolgt die Abtastung der Codierung verschleißfrei, was eine hohe Lebensdauer des Schlüsselschalters und des Schlüssels ermöglicht. Weiterhin benötigt der Schlüsselschalter nur wenig Platz. Da der Schlüsselschalter ausschließlich über ein magnetisches Wechselfeld die Codierung ausliest, weist er eine hohe Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischer Störungen, die z.B. von Funksendesystemen ausgehen, auf. Ferner ist die Manipulationssicherheit sehr hoch. Der Schlüsselschalter kann zu dem leicht beispielsweise per Software auf verschiedene Schlüssel parametriert werden. Weiterhin kann die Schlüsselfunktion mit einer elektromechanischen Schaltfunktion kombiniert werden.
  • Ferner können mit verschiedenen Schlüsseln, die unterschiedliche Codierungen aufweisen unterschiedliche Bedienhandlungen freigeschalten werden. So können z.B. mit einem Schlüssel welcher ein normaler Anwender besitzt nur Standartanwendungen freigeschalten werden, während mit einem anderen Schlüssel, welcher nur ein Fachmann besitzt weitergehende, z.B. gefährlichere Bedienhandlungen freigeschaltet werden, welche nur von Fachpersonal ausgeführt werden dürfen. Der Schlüsselschalter kann hierzu z.B. mehrere z.B. parallel geschaltete Codeüberprüfer 31 und/oder Vergleicher 25 aufweisen, die jeweils einen unterschiedlichen Zugangscode überprüfen und ein jeweilig zugehöriges Zugangssignal ausgeben.

Claims (10)

  1. Schlüsselschalter (2), wobei der Schlüsselschalter (2) eine erste Anregungseinrichtung (6) aufweist, welche ein erstes magnetisches Wechselfeld (B) erzeugt und eine erste Induktivität aufweist, wobei der Schlüsselschalter (2) derart aufgebaut ist, dass mittels des ersten magnetisches Wechselfelds (B) eine erste Codierung (9) eines Schlüssels (7) abtastbar ist, wobei die erste Codierung (9) eine Änderung der ersten Induktivität der ersten Anregungseinrichtung (6) bewirkt und solchermaßen die erste Codierung (9) vom Schlüsselschalter (2) ausgelesen wird, wobei mittels der ersten Anregungseinrichtung (6) die erste Codierung (9) seriell vom Schlüsselschalter (2) während des Einführvorgangs des Schlüssels (7) ausgelesen wird, wobei der Schlüsselschalter (2) eine zweite Anregungseinrichtung (6') aufweist, welche ein zweites magnetisches Wechselfeld (B') erzeugt und eine zweite Induktivität aufweist, wobei der Schlüsselschalter (2) derart aufgebaut ist, dass mittels des zweiten magnetisches Wechselfelds (B') eine zweite Codierung (9') des Schlüssels (7) abtastbar ist, wobei die zweite Codierung (9') eine Änderung der zweiten Induktivität der zweiten Anregungseinrichtung (6') bewirkt und solchermaßen die zweite Codierung (9') vom Schlüsselschalter (7) ausgelesen wird, wobei die erste (19) und die zweite (9') Codierung gleichzeitig ausgelesen werden, wobei der Schlüsselschalter (2) mittels der ersten Codierung (9) die Lage des Schlüssels (7) im Schlüsselschalter (3) während des Einführvorgangs des Schlüssels (7) ermittelt.
  2. Schlüsselschalter nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Anregungseinrichtung (6) als ein Joch (3), um das eine Spule (4) gewickelt ist, ausgebildet ist.
  3. Schlüsselschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (4) als Planarspule ausgebildet ist.
  4. Schlüsselschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Codierung (9) aus einem elektrisch leitenden und/oder magnetisierbaren Material ist.
  5. Schlüsselschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Codierung (9) als Binärcodierung, Bar-Codierung, Multilevelcodierung oder als Analogcodierung ausgebildet ist.
  6. Schlüsselschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Codierung (9') als Analogcodierung ausgebildet ist.
  7. Schlüsselschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüsselschalter (2) eine Frontplatte (11) mit einer Öffnung (14) zum Einführen des Schlüssels (7) aufweist, wobei auf der Innenseite des Schlüsselschalters (2) ein nicht elektrisch leitendes und nicht magnetisierbares Trennelement (13) an der Öffnung (14) angeordnet ist, welches die Öffnung (14) von der ersten Anregungseinrichtung (6) räumlich trennt.
  8. Schlüsselschalter (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüsselschalter (2) eine Frontplatte (11) mit einer Öffnung (14) zum Einführen des Schlüssels (7) aufweist, wobei auf der Innenseite des Schlüsselschalters (2) ein nicht elektrisch leitendes und nicht magnetisierbares Trennelement (13) an der Öffnung (14) angeordnet ist, welches die Öffnung (14) von der ersten und der zweiten Anregungseinrichtung (6,6') räumlich trennt.
  9. Schlüsselschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet , dass der Schlüsselschalter (2) mehrere Zugangscodes aufweist, wobei der Schlüsselschalter (2) bei Übereinstimmung eines Zugangscodes mit der ausgelesen ersten und/oder zweiten Codierung in Abhängigkeit vom Zugangscode ein dem jeweiligen Zugangscode zugehöriges Zugangssignal ausgibt.
  10. Bedieneinrichtung (1) zur Bedienung einer Maschine und/oder Anlage aus der Automatisierungstechnik, wobei die Bedienrichtung einen Schlüsselschalter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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