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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul mit mindestens
einem datenverarbeitenden, datenübertragenden
oder datenspeichernden Gerät,
welches in ein Gerätefach
eines Geräterahmens
eines Flugzeugavionikgeräts
einschiebbar oder einsetzbar ist und ein Gehäuse mit einer ersten Datenschnittstelle
und mindestens eine Elektronikplatine mit einer zweiten Datenschnittstelle
umfasst.
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Stand der Technik
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Avionikgeräte in Flugzeugen
bestehen häufig
aus mehreren Komponenten, die zusammenwirkend ein gewünschtes
System ergeben. Diese Komponenten können etwa Server, Kommunikationsgeräte, Interfaces
und Stromversorgungsgeräte
sein, die zusammen in einen gemeinsamen Geräteträger montiert werden, welcher
im Allgemeinen in einen Geräterahmen
(im folgenden auch unter dem gängigen
Begriff „Avionics
Rack" aufgeführt) integriert wird.
Es existieren Avionikgeräte,
die einen schnellen Austausch einzelner Komponenten im Defektfall
oder bei gewünschter
Aufrüstung
(aufgrund dieser Fähigkeit
auch „Line
Replaceable Unit" genannt
und üblicherweise
durch „LRU" abgekürzt) erlauben,
wobei diese Komponenten häufig
sonderangefertigte Elektronikplatinen aufweisen. Teilweise werden
auch Elektronikplatinen des gängigen
Formats 6U CompactPCI verwendet, die durch ihre bauliche Breite
relativ große
Steckplätze
erfordern, wodurch das ausgerüstete
Avionikgerät
nicht mehr in die vorgesehenen Standardfächer des Avionics Rack passt
und einen sonderangefertigten Rahmen benötigt. So kann das Rockwell
Collins ISC-2100 („Information
Services Cabinet",
siehe auch http://www.rockwellcollins.com/products/cs/at/page982.html) über dessen Frontseite
zwar relativ leicht mit unterschiedlichen Elektronikplatinen ausgerüstet werden,
die Abmessungen des Umgehäuses
des ISC-2100 erfüllen
jedoch keinen ARINC-Standard.
Daher ist gerade für das
ISC-2100 ein eigens gestalteter Aufnahmerahmen im Flugzeug notwendig,
in den das Gehäuse fest
eingebaut werden kann. Das von Rockwell hergestellte „Airbus
Flight Information Service"-Gerät („AFIS") mit ARINC-konformen
Abmessungen besitzt nicht die Fähigkeit,
mit als LRUs ausgeführten
Komponenten ausgerüstet
zu werden. Das SAGEM A380 NSS („Network Server System", siehe auch http://www.sagem-ds.com/eng/bds_navio_200.htm) weist
zwar ein ARINC-konformes Gehäuse
auf, die integrierbaren Komponenten sind jedoch nicht schnell auswechselbar,
sondern bedürfen
unter anderem der Demontage des gesamten Geräts.
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Die
fehlende Fähigkeit
zum schnellen Austausch einzelner Komponenten ist hinsichtlich erschwerter
Wartung und kostenintensiver Bevorratung von Gesamtsystemen ein
Nachteil. Ein weiterer Nachteil bei üblichen Avionikgeräten ist
die verbreitete Verwendung von Komponenten, deren Abmessungen keinem
gängigen
Standard entsprechen, zum Beispiel sonderangefertigte Elektronikplatinen
und dergleichen. Zusätzlich
ist es nachteilig, Elektronikplatinen zu verwenden, die zwar standardisierte
Abmessungen aufweisen, welche jedoch unvorteilhaft für das aufzurüstende Avionikgerät sind.
Die Verwendung von etwa 6U-CompactPCI-Elektronikplatinen spart zwar Kosten
bei der Auswahl einer Elektronikplatine ein, durch die bauliche
Breite der Elektronikplatinen weisen die Avionikgeräte bislang
jedoch häufig
keine ARINC-konformen Abmessungen auf.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung von mindestens einem der
vorangehend geschilderten Nachteile, um die Wartungsfreundlichkeit durch
schnelle Austauschbarkeit von Komponenten und die Integrierbarkeit
neuer Funktionalitäten
durch Verwendbarkeit von Elektronikplatinen eines Standardformats
bei gleichzeitiger Raumeinsparung zu ermöglichen, damit ein gängiges Avionics
Rack zur Unterbringung eines ausgerüsteten Avionikgeräteträgers genutzt
werden kann.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das Gehäuse
der Elektronikplatine als Schnelleinbaugehäuse ausgeführt ist, beliebige Platinen
eines Standardformats in das Modul integrierbar sind und die Anschlussbelegung
der zweiten Datenschnittstelle mittels einer im Gehäuse an die
zweite Datenschnittstelle anschließende Adapterplatine auf eine
standardisierte Anschlussbelegung der ersten Datenschnittstelle
konvertierbar ist.
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Es
ist vorteilhaft, die Elektronikplatine im CompactPCI-Format auszuführen. Dieses
Format ist weit verbreitet und es kann aus einer Vielzahl von Produkten
einer Reihe von Herstellern ausgewählt zu werden, wodurch sich
niedrige Marktpreise ergeben und keine Abhängigkeit von einem einzelnen
Hersteller eingegangen wird.
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Weiterhin
ist es zu bevorzugen, mindestens einen Netzwerkanschluss und einen
Stromversorgungsanschluss mittels der Adapterplatine aus der zweiten
Schnittstelle an die erste Schnittstelle zu überführen. Dadurch kann die Elektronikplatine
mit den benötigten
Spannungen versorgt werden und mit den umgebenden Komponenten kommunizieren.
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Günstigerweise
ist der Netzwerkanschluss ein Ethernetanschluss, da dies die kommerzielle
Verfügbarkeit
erhöht
und die Bereitstellungskosten senkt.
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Ferner
ist das verwendete Gerätefach
im Geräterahmen
mittels einer elektronischen Vorrichtung identifizierbar. Dies hilft
zur Identifizierung der Position jedes eingesetzten Einschubmoduls.
Die Identifizierung kann auch durch eine mechanische Vorrichtung
erfolgen, oder durch eine Kombination aus beidem.
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Zum
Abführen
der im Betrieb auftretenden Wärme
weist das Gehäuse
des Einschubmoduls zum Einströmen
von Kühlluft
bevorzugt mehrere Bohrungen auf.
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Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn das Gehäuse
eine Frontplatte aufweist. Die Frontplatte kann mit der Gerätebezeichnung,
Statusanzeigen und ferner mit zusätzlichen Anschlüssen ausgerüstet werden.
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Besonders
bevorzugt besitzt die Frontplatte mindestens einen Einschub oder
einen Steckplatz für ein
Elektronikgerät.
Dieses Elektronikgerät
kann beispielsweise eine Speichereinheit sein.
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Vorteilhaft
ist außerdem,
dass die Frontplatte einen Anschluss zu einem seriellen Bus oder
einen Netzwerkanschluss aufweist.
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Es
zeigen
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1:
eine Vorderansicht eines ausgerüsteten
Avionikgeräteträgersystems;
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2:
eine dreidimensionale Ansicht eines Einschubmoduls;
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3:
eine Rückansicht
und einen Schnitt eines Einschubmoduls 4 mit eingesetzten
Elektronikplatinen;
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4:
eine schematische Ansicht der Rückwand-Verbindungsarchitektur.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
die Vorderansicht eines ausgerüsteten
Avionikgeräteträgersystems 2 mit
Einschubmodulen 4, 6 und 8, die in Rahmen 10, 11 und 13 eingeschoben
sind, welche sich im Gehäuse 12 befinden.
Der Rahmen 10 befindet sich über dem Rahmen 11 und
beherbergt die Einschubmodule 4. Im unteren Rahmen 11 befinden
sich die Einschubmodule 6. In einem weiteren Rahmen 13,
der sich links an die zuvor genannten anschließt, befinden sich zwei übereinanderliegende
Einschubmodule 8.
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Um
das Nachrüsten
zusätzlicher
Geräte oder
das Modernisieren eines Avionik-Baugruppenrahmens 1 (im
folgenden mit dem üblichen
Begriff „Avionics
Rack" bezeichnet)
zu erleichtern, weist das Gehäuse 12 des
Avionikgeräteträgersystems 2 Abmessungen
auf, die einen in Bezug auf verbreitete Avionics Racks gängigen Standard
erfüllen,
wie etwa ARINC 600. Es ist demnach möglich, das Gehäuse 12 in
einen freien Bereich eines Avionics Racks einzuschieben und dort
durch geeignete Mittel zu verriegeln bzw. zu befestigen, wodurch
bei entsprechendem frei zugänglichem
Einbau der schnelle Austausch eines zu ersetzenden Avionikgeräts ermöglicht wird.
Das Avionics Rack kann bei konsequenter Verwendung erfindungsgemäßer Avionikgeräteträgersysteme
durchgehend nach einem einzigen Standard gestaltet und zukünftig ohne
aufwändige
Modifikationen mit neuen Funktionalitäten aufgerüstet werden. Das durch ein
ausgerüstetes
erfindungsgemäßes Avionikgeräteträgersystem
bereitgestellte Avionikgerät
kann daher als „LRU" bezeichnet werden.
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Zusätzlich hierzu
kann, wie vorangehend beschrieben, auch das Avionikgeräteträgersystem 2 selbst
mit zusätzlichen
oder ersetzenden Einschubmodulen ausgerüstet werden, um innerhalb eines aus
mehreren Einschubmodulen 4, 6 und 8 bestehenden
Avionikgeräts
neue Funktionalitäten
bereitzustellen. Die Geräte
innerhalb der Einschubmodule 4, 6 und 8 weisen
jeweils ein in die Rahmen 10, 11 und 13 einschiebbares
Gehäuse
auf. Hierdurch sind die Geräte
gekapselt, um die zum Teil empfindlichen Gerätebauteile, wie etwa Elektronikplatinen,
zu schützen
und so den Austausch defekter Einschubmodule 4, 6 und 8 wesentlich
zu erleichtern. Die Einschubmodule 4, 6 und 8 sind
aufgrund des jeweiligen Gehäuses
ohne besondere Vorsicht greif- bzw. anfassbar und können mit
geeigneten Verriegelungs- oder Befestigungselementen so ausgerüstet werden, dass
sie durch leicht aus dem jeweiligen Rahmen herausnehmbar oder durch
Einschieben und anschließendes
Sichern in den Rahmen integrierbar sind. Bevorzugt werden die Einschubmodule
werkzeuglos befestigt, wie etwa durch Schnapp- und Spannmittel oder
durch Verriegelungshebel und dergleichen. Zur Integration der Einschubmodule 4, 6 und 8 weisen die
dazugehörigen
Rahmen 10, 11 und 13 zumindest teilweise
Gleitflächen
auf, an denen die Einschubmodule 4, 6 und 8 geführt in ihre
vorbestimmte Endposition gelangen. Die Einschubmodule 4, 6 und 8 sind daher
schnell austauschbar und ebenfalls „LRUs". Das erfindungsgemäße Konzept kann gemäß der vorgestellten
Abkürzung
demnach als „LRU
in LRU" bezeichnet
werden.
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Bei
den erfindungsgemäßen Einschubmodulen 4 des
gezeigten Geräteträgers, wobei
die Bezeichnung „Geräteträger" als Kombination
aus Gehäuse 12 und
dem Rahmen 10 zu verstehen ist, handelt es sich überwiegend
um datenverarbeitende und datenübertragende
Geräte,
insbesondere um Geräte zur
drahtlosen Datenübertragung
(insbesondere WLAN und GSM), Server, Router, Switches, Firewall und
Geräte
zur Kommunikationssteuerung. Aufgaben wie Videostreaming für In-Flight-Entertainment-Systeme,
die Bereitstellung verschiedener Kommunikationsdienste und eine
Vielzahl anderer Anforderungen können
dadurch erfüllt
werden. Wie weiter nachfolgend beschrieben wird, bestehen die Einschubmodule 4 im
Wesentlichen aus durch Umgehäuse 14 gekapselten
Elektronikplatinen. Wie einige der Frontplatten der erfindungsgemäßen Einschubmodule 4 zeigen,
sind Einschubschlitze für Festspeichergeräte, wie
etwa Compact-Flash-Karten und Netzwerk- oder USB-Anschlüsse für Wartungszwecke
möglich.
Mechanisch unempfindliche Festspeichergeräte können unter anderem zur Bestückung des
Einschubmoduls mit Programm- oder Betriebssystem-Daten genutzt werden.
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Die
Einschubmodule 6 beinhalten in der Darstellung von 1 datenspeichernde
Geräte,
hier sind dies von einem Gehäuse
ummantelte mechanische Festplatten. Die übereinanderlie genden Einschubmodule 8 dienen
zur Stromversorgung der in den Rahmen 10 eingebauten Geräte. Durch
die Verwendung zweier Stromversorgungsgeräte 8 wird die Ausfallsicherheit
erhöht.
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2 zeigt
exemplarisch den inneren Aufbau eines erfindungsgemäßen Einschubmoduls 4. Dieser
Aufbau ist für
die meisten Einschubmodule 4 im Wesentlichen gleich. Zur
Bereitstellung einer gewünschten
Funktionalität
wird eine entsprechende Elektronikplatine 16 in das Einschubmodul 4 integriert.
Vorteilhafterweise weist die Elektronikplatine 16 ein gängiges Standardformat
auf, wodurch beliebige diesem Standard entsprechende Elektronikplatinen
eines beliebigen Herstellers in einem Einschubmodul 4 verwendet
werden können.
Exemplarisch weisen die Elektronikplatinen vorliegender Anmeldung
das 3U-CompactPCI-Format auf. Diese sind im Vergleich zu in gängigen Avionikgeräten verwendeten
Elektronikplatinen kleiner, so besitzen etwa 6U-CompactPCI-Karten
eine doppelt so große
Höhe.
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3U-CompactPCI-Elektronikplatinen
beinhalten zum Herausführen
der diversen Ein- und Ausgänge üblicherweise
Anschlussleiste mit einer Reihe von Pins. Die Anschlussleiste von
CompactPCI-Karten ist zwar standardisiert, jedoch beschränkt sich
diese Standardisierung auf die Form der Anschlussleiste, die Abstände der
einzelnen Pins und die Pinbelegung innerhalb eines bestimmten Bereichs
der Anschlussleiste. Die Pinbelegung in einem verbleibenden Bereich
kann vom Hersteller der Elektronikplatine selbst gewählt werden.
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Eine
gleiche Anschlussbelegung aller Einschubmodule ist notwendig und
folgt aus den Anforderungen an die Modularität und beliebigen Ersetzbarkeit
untereinander. Zur Gewährleistung
der stets gleichen Anschlussbelegung ist eine Anpassung der Anschlussbelegung
der verwendeten CompactPCI-Karte je nach Modell notwendig. Dies
wird durch eine Adapterplatine 18 realisiert, die mit ihrer
Steckerleiste 20 an einer Buchsenleiste 22 der
Elektronikplatine 16 anschließbar ist. Die Adapterplatine vertauscht
die vom Hersteller frei gewählten
Anschlusspins und stellt an der Buchsenleiste 24 der Adapterplatine
ein für
alle Einschubmodule geltende Anschlussbelegung bereit. Durch dieses
Verfahren kann jede beliebige Elektronikplatine 16 auf
die Verwendung innerhalb des Einschubmoduls 4 angepasst
werden.
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3 stellt
eine Rückansicht
und den Schnitt eines Einschubmoduls 4 mit in das Gehäuse eingesetzten
Platinen dar. Die Buchsenleiste 24 des Einschubmoduls schließt mit dem
Umgehäuse 14 zur Hinterseite
des Einschubmoduls 4 ab, wobei die Hinterseite das in den
Rahmen 10 eingeführte
Ende des Einschubmoduls 4 ist. Die Elektronikplatine 16 und die
in 3 nicht erkennbare Adapterplatine 18 befinden
sich gelagert in Platinenführungen 26,
die neben der Halterung zur Ausrichtung der Anschlussleisten dienen.
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Die
Seitenflächen
des Einschubmoduls 4 weisen eine Vielzahl von Bohrungen 15 auf,
die ein Durchströmen
des Einschubmoduls 4 mit Kühlluft ermöglichen. Da die Einschubmodule
bevorzugt hochkant in den Einschubrahmen 11 eingebaut werden, wodurch
die von unten in das Gehäuse 12 des
Avionikgeräteträgersystems 2 einströmende Kühlluft das Einschubmodul 4 durchströmen kann.
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In 4 wird
ein zu einem Avionikgerät
ausgerüstetes
Avionikgeräteträgersystem 2 mit
Einschubmodulen 4, 6 und 8 in einem seitlichen
Schnitt gezeigt. Im Rahmen 10 ist ein Einschubmodul 4 dargestellt,
welches mit einer Elektronikplatine 16 und einer Adapterplatine 18 ausgerüstet ist.
An der Unterseite des Rahmens 10 schließt sich der vibrationsgedämpft im
Gehäuse 12 aufgehängte Rahmen 11,
der zur Unterbringung von Festplatten 6 dient.
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Rückwärtig an
die Einschubmodule 4 schließt sich die Rückwandplatine 30 an,
die für
jedes anzuschließende
Einschubmodul 4 eine in 4 nicht
dargestellte Steckerleiste 32 aufweist, in die die Buchsenleiste 24 der
das Einschubmodul 4 abschließenden Buchsenleiste einrastet.
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Um
die Funktionalitäten
der im Rahmen 10 befindlichen Einschubmodule bereitzustellen,
bedarf es neben den eigentlichen Geräten in den Einschubmodulen
auch einer besonderen Verbindungsarchitektur, durch die unabhängig vom
jeweiligen Einsatzzweck des Einschubmoduls ein Zusammenwirken zwischen
dem Einschubmodul und dem Avionikgeräteträgersystem ermöglicht wird.
In 5 wird schematisch eine solche Verbindungsarchitektur
gezeigt.
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Bevorzugt
werden die Verbindungen zwischen den Einschubmodulen 4 durch
eine gemeinsame Rückwandplatine
innerhalb des Avionikgeräteträgersystems
realisiert, die für
jedes Einschubmodulfach eine Steckerleiste 32 aufweist,
in die die jeweilige Buchsenleiste 24 der Einschubmodule 4 einrasten kann.
Die Rückwandplatine
stellt die Kommunikation durch ein Netzwerk in Form einer Ethernetverbindung
bereit. Dies bedeutet, dass jede Steckerleiste eines Einschubmodulfachs
eine Ethernetverdrahtung aufweist, durch die das betreffende eingerastete
Einschubmodul zum Teilnehmer eines Netzwerkes oder eines Subnetzwerkes
wird. Die entsprechenden Pins an der Anschlussleiste gängiger 3U-CompactPCI-Karten
werden hierzu über
die jeweilige Adapterplatine 18 mit der Steckerleiste 32 des
entsprechenden Einschubmodulfachs an der Rückwandplatine des Avionikgeräteträgersystems
in Verbindung gebracht. Zur Versorgung einer CompactPCI-Karte mit den
erforderlichen Betriebsspannungen werden weitere Pins der Anschlussleiste über die
jeweilige Adapterplatine 18 und die Steckerleiste 32 der
Rückwandplatine
mit den Stromversorgungsgeräten 8 verbunden.
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Der
Betrieb einer CompactPCI-Platine erfordert keine weiteren Ein- und
Ausgänge,
optional können
jedoch weitere Signalleitungen hinzugefügt werden, die bspw. Das Überwachen
des Systemzustands erlauben. Das Vorsehen eines eigenen PCI-Bus
innerhalb des Avionikgeräteträgersystems 2 ist
zur Integration von CompactPCI-Karten jedoch nicht erforderlich.
Hinsichtlich der Fähigkeit,
beliebige Komponenten während
des laufenden Betrieb auswechseln zu können ist eine Ethernetverbindung außerdem zu
bevorzugen. Zur eindeutigen Identifizierung eines in einem beliebigen
Fach befindlichen Einschubmoduls stehen elektronische und mechanische
Mittel zur Verfügung,
so dass der Erhalt einer bekannten und vorgesehenen Netzwerkadresse
für jedes
Gerät gewährleistbar
ist.
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Weiterhin
werden zur Steuerung der Netzwerkverbindungen, zum Beispiel Beschränkungen des
Datenverkehrs oder etwa die Einrichtung von Subnetzen, entsprechende
Geräte
in Einschubmodulfächer
gesteckt, die sodann verwaltende Aufgaben übernehmen. In 5 wird
ein Switch („Backplane
Switch") dargestellt,
der mit allen Steckerleisten 32 der Rückwandplatine in Verbindung
steht. Mittels eines im Rahmen 10 einbaubaren Netzwerkverteilers kann über den
Backplane Switch der Datenverkehr zwischen den Einschubmodulen 4 gesteuert
werden. Dadurch ist es möglich,
die Kommunikation über
Gerätegruppen
hinaus voneinander zu trennen. Geräte zur Überwachung von Bordküchen-Funktionen
können
beispielsweise von der Kommunikation mit einem In-Flight-Entertainment-System
ausgeschlossen werden, obwohl die Geräte an der gleichen Rückwandplatine
angeschlossen sind. Über
ein zusätzliches
Netzwerkverwaltungsgerät
kann jedoch bei Bedarf eine subnetzübergreifende Datenübertragung
gestattet werden.
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Die
im Rahmen 11 befindlichen Festplatten 6 (s. 1)
werden über
eine gemeinsame Steckerleiste 34 und eine optional separate
Rückwandplatine
mit den Geräten
der Einschubmodule 4 im Rahmen 10 verbunden. Bevorzugt
wird eine Schnittstelle gewählt,
die den Austausch der Festplatten während des Betriebs ermöglicht,
wie etwa bei einer seriellen ATA-Schnittstelle
(SATA).
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Die
vorangehend dargestellten Anwendungsbereiche, die aufgezählten Geräte, die
genannten Elektronikplatinenformate und die jeweils gängigen Standards
sind nur als Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zu verstehen und dienen nicht der Beschränkung der
Erfindung. Dem Schutzumfang der Erfindung liegen die nachfolgenden
Patentansprüche
zugrunde.