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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Stromversorgungseinheiten, wie sie beispielsweise in Gestellen für Datenzentren verwendet werden.
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Beschreibung der verwandten Technik
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In einem üblichen Datenzentrum gibt es viele Gestelle. Bei einem Gestell handelt es sich um ein Standardformatgehäuse zum Aufnehmen von elektrisch betriebenen Einheiten. In jedem Gestell gibt es mehrere Steckplätze zum Aufnehmen von elektrisch betriebenen Einheiten mit Abmessungen einer Standard-„Gestelleinheit (Rack Unit)“. Übliche Gestelleinheiten haben Abmessungen von 19 Zoll bzw. 23 Zoll. Die Steckplätze können nach Bedarf verschiedene Arten von elektrisch betriebenen Einheiten aufnehmen, beispielsweise Server, Storage Area Networks (SANs) und Netzwerk-Switches. Die Anzahl der Steckplätze, z.B. in Gestelleinheiten, kann in einem üblichen Gestell zwischen sechs und zweiundvierzig liegen.
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Jedes Gestell kann somit verschiedene Arten von elektrisch betriebenen Einheiten aufnehmen, von denen jede einen Stromversorgungsanschluss zum Aufnehmen eines Endes eines Stromkabels enthält, dessen anderes Ende an eine Stromversorgungseinheit (PDU) angeschlossen ist. Derzeit sind Stromkabel an ihren Enden üblicherweise mit einem C14-Stecker oder aber einer C13-Buchse ausgerüstet. Ein C14-Stecker hat einen Erdungsstift (Massestift) und zwei Spannungsstifte. Die Stifte haben im Allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt. Eine C13-Buchse enthält entsprechend geformte Schlitze. Die Spezifikationen von C14-Steckern und C13-Buchsen sind in den Spezifikationen IEC 60320 der International Electrotechnical Commission (IEC) definiert.
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Bei einer PDU handelt es sich um eine allgemein bekannte Anlage, die mehrere Steckdosen zum Verteilen von elektrischer Energie an mehrere elektrisch betriebene Einheiten hat und selbst elektrisch durch einen Stromeingangsanschluss versorgt wird. Eine PDU kann von einer einfachen Einheit, wie sie traditionell im Haushalt zu finden ist, bis hin zu einer technisch anspruchsvolleren Einheit mit eingebauter Leistungsglättung, Überwachungsfunktionen und so weiter variieren.
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Die
JP 5 397 480 B2 offenbart eine Gleichstrom-Einspeisevorrichtung, bei der Steckerstifte und Verbindungsabschnitte sicher voneinander gelöst werden können, während Gleichstrom eingespeist wird. Die Gleichstrom-Einspeisevorrichtung ist versehen mit Stiftaufnehmern, die mindestens ein Paar von Verbindungsabschnitten sind, die mit Steckerstiften zu verbinden sind, die mit einer elektrischen Last verbunden sind; und einer Verriegelungseinrichtung, die in Übereinstimmung mit Gleichstrom arbeitet, der durch die Stiftaufnehmer fließt, und die zum Verriegeln der Steckerstifte mit den Stiftaufnehmern in verbundenem Zustand dient, wenn Strom durch die Stiftaufnehmer fließt.
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Die
US 2015 / 0 064 960 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern einer elektrischen Verbindung, die durch eine zusammenpassende Struktur gebildet wird, die Stifte einer männlichen Baugruppe und Buchsen einer weiblichen Baugruppe umfasst. Dabei kann die elektrische Verbindung durch Reibschluss zwischen dem Stecker- und dem Buchsengehäuse gesichert werden. Dies kann durch Einpressen eines Keils in eine Schnittstelle zwischen den Gehäusen oder durch Ausdehnung eines Verriegelungselements, z. B. eines Elastomerrings, in die Schnittstelle erreicht werden. Die sichere Verbindung kann mit einer Verriegelungsmutter verriegelt und gelöst werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine Stromversorgungseinheit bereitgestellt. Die Stromversorgungseinheit enthält einen Stromversorgungsanschluss zum Verbinden mit einer Eingangsstromversorgung und eine Mehrzahl von Stromausgangsbuchsen zum Aufnehmen von Steckern mit mehreren Stiften, wobei jede Stromsteckdose aufweist: einen mechanischen Verriegelungsmechanismus, der zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position bewegbar ist, wenn ein Stecker in die Stromsteckdose eingesteckt wird, um einen Steckerstift in der Stromsteckdose zu verriegeln und zu entriegeln, wobei bei fehlender Betätigung die verriegelte Position eingenommen wird, ein von außen manuell betätigbares erstes Freigabeelement, mit dem der mechanische Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position bewegt werden kann, und ein innen elektrisch betätigbares zweites Freigabeelement, mit dem der mechanische Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position bewegbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Gestell bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Gestelleinheiten-Steckplätzen zum Aufnehmen einer Mehrzahl von elektrisch betriebenen Einheiten in Kombination mit einer Stromversorgungseinheit aufweist. Die Stromversorgungseinheit enthält einen Stromversorgungsanschluss zum Verbinden mit einer Eingangsstromversorgung und eine Mehrzahl von Stromsteckdosen zum Aufnehmen von Steckern mit mehreren Stiften, wobei jede der Steckdosen aufweist: einen mechanischen Verriegelungsmechanismus, der zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position bewegbar ist, wenn ein Stecker in die Steckdose gesteckt wird, um einen Steckerstift in der Steckdose zu verriegeln und zu entriegeln, wobei bei fehlender Betätigung die verriegelte Position eingenommen wird, ein von außen manuell betätigbares erstes Freigabeelement, mit dem der mechanische Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position bewegt werden kann, und ein innen elektrisch betätigbares zweites Freigabeelement, mit dem der mechanische Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position bewegbar ist
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für eine Bedienperson zum Betreiben einer Gestelleinheit bereitgestellt, wenn die durch die Stromversorgungseinheit Strom fließt. Das Verfahren beinhaltet Festlegen eines Stromkabels, das von der Stromversorgungseinheit entfernt werden soll, Prüfen, ob durch das Stromkabel Strom fließt, auf der Grundlage einer visuellen Anzeige von der Stelle, an der das Stromkabel mit der Stromversorgungseinheit verbunden ist, und wenn die visuelle Anzeige angibt, dass durch das Stromkabel kein Strom fließt, Entfernen des Stromkabels aus der Stromversorgungseinheit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren veranschaulicht sind.
- 1A ist eine Vorderansicht, die eine Stromversorgungseinheit (PDU) mit sechzehn C13-Buchsen zeigt;
- 1 B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie AA von 1A, die eine Standard-C13-Buchse mit einem angeschlossenen Standard-C14-Stecker zeigt;
- 2A ist eine Querschnittsansicht, die eine vom Standard abweichende C13-Buchse nach dem Stand der Technik zeigt, bei der im Vergleich zu einer Standard-C13-Buchse ein mechanischer Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln eines Standard-C14-Steckers an der Verwendungsstelle hinzugefügt wurde, der daran in Eingriff ist;
- Die 2B bis 2D sind Querschnittsansichten, die den Stecker und die Buchse von 2A zeigen, wenn der C14-Stecker gerade eingeführt wird, nachdem der C14-Stecker eingeführt und an der Verwendungsstelle verriegelt wurde und nachdem der Verriegelungsmechanismus entriegelt worden ist, um ein Entfernen des Steckers zu ermöglichen;
- 3A ist eine Querschnittsansicht, die eine C13-Buchse zeigt, die einen elektromechanischen Verriegelungsmechanismus enthält und bei der sich der Verriegelungsmechanismus gemäß den vorliegenden Grundgedanken in einer verriegelten Position befindet;
- 3B ist eine Querschnittsansicht, die die C13-Buchse von 3A zeigt, wobei der Verriegelungsmechanismus gemäß den vorliegenden Grundgedanken in einer entriegelten Position ist;
- 3C ist eine Vorderansicht, die eine Rückansicht der C13-Buchse von den 3A und 3B gemäß den vorliegenden Grundgedanken zeigt;
- Die 4A bis 4D sind Querschnittsansichten, die die Buchse der 3A bis 3C gemäß den vorliegenden Grundgedanken zeigen; und
- 5 ist ein Schaltbild, das die Schaltung zeigt, die in der Buchse der 3A bis 3C enthalten ist, um den Verriegelungsmechanismus gemäß den vorliegenden Grundgedanken zu steuern.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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In der folgenden genauen Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Beschränkung spezifische Details dargelegt, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsformen praktiziert werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen.
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1A zeigt eine beispielhafte generische PDU 1 mit sechzehn C13-Buchsen 2, die in einer einzigen Spalte angeordnet sind, wobei das linke Feld der Darstellung die gesamte PDU 1, das mittlere Feld eine vergrößerte Darstellung von vier der Buchsen 2 und das rechte Feld eine der Buchsen 2 zeigt. PDUs kommen in vielen Formaten vor und können mehrere Spalten enthalten. Die PDU 1 hat ihren eigenen Stromversorgungsanschluss 4 mit zugehörigem Stromversorgungskabel 6 und Stecker 8, die schematisch im nicht eingesteckten Zustand dargestellt sind. Die PDU 1 enthält außerdem einen RJ45-Netzwerkstecker (nicht gezeigt), so dass sie mit dem Gesamtnetzwerk verbunden werden kann und ihre interne Logik abgefragt und möglicherweise in Abhängigkeit von der internen Logik, mit der die PDU 1 ausgestattet ist, auch neu konfiguriert werden kann. Jede Buchse 2 hat in ihrer Stirnplatte 20 einen Erdungsstiftschlitz 12 mit rechteckigem Querschnitt und zwei Netzspannungsstiftschlitze 14 mit rechteckigem Querschnitt zum Aufnehmen der jeweiligen Stifte mit rechteckigem Querschnitt eines C14-Steckers sowie einen Kanal 16 zum Aufnehmen der Steckerumhüllung eines C14-Steckers. Wenn ein C14-Stecker vollständig in die C13-Buchse eingeführt ist, liegt er an einer Buchsenstirnfläche 18 an, die mit der Buchsenstirnplatte 20 koplanar ist oder parallel dazu verläuft und relativ zu dieser geringfügig eingelassen ist.
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1 B veranschaulicht einen vertikalen Schnitt längs einer Linie AA von 1A, z.B. durch die Mitte des Erdungsstiftschlitzes 12, wobei eine Standard-C13-Buchse gemeinsam mit einem Standard-C14-Stecker gezeigt ist.
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In der Buchse 2 sind der Erdungsstiftschlitz 12 und der Kanal 16 der Steckerumhüllungsaussparung sichtbar sowie ein Erdungskontakt 24 des Klingentyps, mit dem der Erdungssteckerstift 7 eine elektrische Verbindung bildet, wenn er eingesetzt ist. Der Kontakt 24 des Erdungsverbinders ist mit einem Erdungskabel 22 elektrisch verbunden. Ein Stecker 3 mit integriertem Kabel 5 enthält einen Erdungsstift 7 und ein Paar Netzspannungsstifte 9 (nicht sichtbar im Schnitt AA), das von einer Steckerumhüllung 11 umgeben ist.
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In einem Datenzentrum steht der Betreiber, der für das Installieren und Warten von Gestelleinheiten verantwortlich ist, häufig vor der Aufgabe, Einheiten zu verlagern und auszutauschen, wofür es erforderlich ist, dass Stromkabel für die auszutauschenden Einheiten eingesteckt, getrennt, verlagert werden und so weiter.
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Die Bedienperson möchte idealerweise die Freiheit haben, Kabel einfach und schnell einzustecken und zu trennen, um die Einrichtung und Neukonfiguration zu erleichtern. Die Bedienperson möchte jedoch auch keinen Schaden oder eine Störung verursachen, indem sie versehentlich ein Stromkabel von einer im Betrieb befindlichen Einheit trennt.
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Um Unfälle zu vermeiden, verfügen Stromkabel in Datenzentren häufig über einen mechanischen Verriegelungsmechanismus, der ein einfaches Herausziehen verhindert. Um ein Kabel zu entfernen, muss eine Bedienperson die Verriegelung physisch freigeben, z.B. durch Zusammendrücken einer Seite des Steckers, um federbelastete Verriegelungen niederzudrücken, oder indem eine drahtförmige Verriegelung hochgeschwenkt wird, die an der Einheit angebracht ist und über den Stecker geschwenkt werden kann.
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Eine Stromsteckdose des C13-Formats kann einen mechanischen Verriegelungsmechanismus enthalten, der dem Erdungsstiftschlitz zugehörig ist. Der Verriegelungsmechanismus ist zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position bewegbar. Wenn die Stifte eines Steckers des C14-Formats in die Stromsteckdose eingeführt werden, drängt der Einsteckvorgang den mechanischen Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position, so dass der Erdungsstift (und somit auch die Spannungsstifte) in den entsprechenden Erdungsstiftschlitz der Steckdose ungehindert eingesteckt werden können. Sobald der Stecker vollständig eingeführt ist, wirkt eine Druckfeder, um den Verriegelungsmechanismus zurück in seine verriegelte Position zu drücken, wodurch der Erdungsstift und somit der Stecker an der Verwendungsstelle verriegelt werden. Um den Stecker aus der Steckdose freizugeben, ist ein von außen manuell betätigbares Freigabeelement vorgesehen, welches eine Bedienperson drücken kann, um den mechanischen Verriegelungsmechanismus von seiner verriegelten Position in seine entriegelte Position zu bewegen. Mit diesem Bedienereingriff kann der Stecker dann aus der Steckdose gezogen werden.
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2A zeigt eine C13-Buchse zusammen mit einem zugehörigen Standard-C14-Stecker. Gemeinsame Teile mit der bereits oben beschriebenen Standard-C13-Buchse sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden der Einfachheit halber hier nicht nochmals beschrieben. Die Hauptteile des mechanischen Verriegelungsmechanismus sind eine schwenkbare Verriegelungsplatte 34 und ein Gleitelement 28. Diese werden in Bezug auf einen feststehenden Teil (oder Teile) der Buchse 2 beschrieben, der im Folgenden als Buchsenkörper 26 bezeichnet wird. Die schwenkbare Verriegelungsplatte 34 ist an dem Sockelkörper 26 durch ein Scharnier und an ihrem anderen Ende entfernt von dem Scharnier an dem Gleitelement 28 angebracht. Das Gleitelement 28 ist in dem Sockelkörper 26 in der Einsteckrichtung derart beweglich, dass seine Gleitbewegung die Verriegelungsplatte 34 über einen Winkelbereich auf einer Seite der Vertikalen bewegt. Die Verriegelungsplatte 34 hat ein Durchgangsloch 38, das so geformt und dimensioniert ist, dass es einen Erdungsstift 7 aufnimmt, wenn die Verriegelungsplatte 34 sich in einer vertikalen Ausrichtung befindet, um jedoch einen Erdungsstift 7 einzuklemmen und dadurch zu verriegeln, ist die Verriegelungsplatte 34 deutlich von der Vertikalen weg geneigt. Das Kippen der Verriegelungsplatte 34 bewirkt, dass die oberen und unteren Kanten der Durchgangsöffnung 38 einen Stift ergreifen, der durch sie hindurchgeführt ist. Die vertikale Ausrichtung ist daher eine entriegelte Position und eine angewinkelte oder geneigte Ausrichtung ist eine verriegelte Position. Eine Druckfeder 40 spannt die schwenkbare Verriegelungsplatte 34 von der Vertikalen weg vor, z.B. in Richtung auf die verriegelte Position. Die Druckfeder 40 ist zwischen dem Buchsenkörper 26 und einem bestimmten Teil des Gleitelements 28 montiert, wodurch das Gleitelement 28 gezwungen wird, die schwenkbare Verriegelungsplatte 34 in eine verriegelte Position zu bewegen. Das Gleitelement 28 enthält außerdem ein von außen manuell betätigbares Freigabeelement 42, das sich aus der Buchsenstirnplatte 20 durch eine darin befindliche Öffnung erstreckt, zumindest wenn sich der Verriegelungsmechanismus in der verriegelten Position befindet, so dass ein Benutzer das Freigabeelement 42 drücken und das Gleitelement 28 gegen die Vorspannung der Druckfeder 40 manuell bewegen kann, bis das Gleitelement 28 auf ein Widerlager 44 trifft, das seine Einwärtsbewegung an einer Position arretiert, an der sich die schwenkbare Verriegelungsplatte 34 in einer vertikalen Ausrichtung befindet. Die Bewegung des Gleitelements 28 nach außen wird durch Anschlagen der Innenfläche 46 der Buchsenstirnfläche 18 begrenzt, die daher den maximalen Winkel weg von der Vertikalen definiert, den die schwenkbare Verriegelungsplatte 34 einnehmen kann. Das Drücken des manuellen Freigabeelements 42 entriegelt daher jeden Stecker, der sich in der Buchse befindet, wodurch ermöglicht wird, dass er herausgezogen, z.B. aus der Steckdose gezogen wird. Das manuelle Freigabeelement 42 muss für eine Bedienperson sichtbar sein, daher ist es leuchtendrot gefärbt.
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Wie in 2A gezeigt, drückt die Druckfeder 40 das Gleitelement 28 so weit wie möglich nach außen in den maximal zulässigen Winkel weg von der Vertikalen der angelenkten Verriegelungsplatte 34, wenn kein Stecker in der Buchse ist. Dies ist die verriegelte Position, obwohl natürlich kein Verriegeln stattfindet.
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Die Vorgänge des Einführens eines Steckers 3 in die Buchse 2 und des anschließenden Herausziehens werden nun unter Bezugnahme auf die 2B, 2C und 2D beschrieben.
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Die 2B bis 2D zeigen den Stecker 3 und die Buchse 2 von 2A: wenn der C14-Stecker 3 gerade eingeführt wird; wenn der C14-Stecker 3 eingesteckt wurde und an der Verwendungsstelle verriegelt ist; und wenn der Verriegelungsmechanismus entriegelt wurde, um das Entfernen des Steckers 3 zu ermöglichen.
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Wie die 2B zeigt, kann, wenn ein Stecker 3 in die Buchse 2 gedrückt wird, der Erdungsstift 7 anfänglich nicht durch das Durchgangsloch 38 der Verriegelungsplatte 34 hindurchtreten, und er verschiebt daher die Verriegelungsplatte 34 aus ihrer geneigten Ausrichtung in Richtung auf die Vertikale. Sobald die Verriegelungsplatte 34 ausreichend nahe zur Vertikalen ist, ist der Erdungsstift 7 in der Lage, durch das Durchgangsloch 38 zu gleiten, und dann kann der Stecker 3 weiter über den Rest des notwendigen Weges eingeführt werden, bis er vollständig eingeführt ist.
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2C zeigt, was nach dem Einführen des Steckers 3 passiert. Wenn der Stecker 3 vollständig eingeführt ist oder genauer gesagt, nachdem der Erdungsstift 7 das Gleiten durch das Durchgangsloch 38 beendet hat, drückt die Druckfeder 40 das Gleitelement 28 wieder in die verriegelte Position, sie drückt z.B. die Verriegelungsplatte 34 so weit wie möglich weg von der Vertikalen, bis die Kanten des Durchgangsloches 38 auf den Erdungsstift 7 aufsetzen und diesen an der Verwendungsstelle verriegeln. In dieser verriegelten Position ist es, wie in 2C gezeigt, wahrscheinlich, dass sich die Verriegelungsplatte 34 in einem bestimmten Zwischenwinkel ihres Weges zwischen der Vertikalen, z.B. wie in 2B gezeigt, und dem Winkel befindet, den sie einnimmt, wenn kein Stecker 3 eingesetzt ist, wie z.B. in 2A gezeigt. Wenn eine Bedienperson in dem in 2C gezeigten
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Zustand an dem Stecker 3 zieht, um ihn zu entfernen, trifft sie auf einen Widerstand von dem Verriegelungsmechanismus, was sie auf die Tatsache aufmerksam machen sollte, dass es vielleicht nicht ratsam ist, den Stecker 3 ohne Überprüfen des Spannungszustands der Einheit zu entfernen, die über diesen Stecker 3 versorgt wird.
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2D zeigt, wie ein Stecker 3 aus der Buchse freigegeben wird. Wie bereits erwähnt, erfolgt dies durch Drücken des manuellen Freigabeelements 42 mit einem Finger oder einem Werkzeug, das das Gleitelement 28 hineindrückt und die Verriegelungsplatte 34 in ihre vertikale Position bewegt. Der Benutzer kann dann den Stecker 3 ohne Widerstand herausziehen. Der Verriegelungsmechanismus bedeutet daher, dass ein Benutzer trotzdem Stecker 3 aus den Buchsen 4 in einer PDU 1 ungehindert herausziehen kann, jedoch nur, wenn das mit einer bewussten Aktion des Drückens des manuellen Freigabeelements 42 verbunden ist.
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Die 3A und 3B zeigen die gleiche C13-Buchse gemäß einer Ausführungsform, die einen elektromechanischen Verriegelungsmechanismus enthält. 3A zeigt die Buchse mit dem Verriegelungsmechanismus in einer verriegelten Position. 3B zeigt die Buchse mit dem Verriegelungsmechanismus in einer entriegelten Position. 3C ist eine Stirnansicht derselben Buchse. Entsprechende Teile mit den bereits oben beschriebenen Buchsen nach dem Stand der Technik sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bevor auf die in den 3A und 3B gezeigten Merkmale Bezug genommen wird, wird die Buchse dieser Ausführungsform zum Vergleich mit der Buchse nach dem Stand der Technik kurz zusammengefasst. Die Buchse nach dem Stand der Technik kann modifiziert werden, indem ein innen elektrisch betätigbares zweites Freigabeelement hinzugefügt wird, das eine alternative und zusätzliche Möglichkeit zum Bewegen des Gleitelements 28 zwischen seiner verriegelten und entriegelten Position bereitstellt, wenn die PDU 1 mit Strom versorgt wird. Das zweite Freigabeelement weist einen Elektromagneten mit einer elektromagnetischen Spule und einem Anker auf, wobei der Anker durch Erregen der Spule gedrückt wird, um das zweite Freigabeelement zu betätigen, damit das Gleitelement 28 in die entriegelte Position bewegt wird. Wenn eine PDU 1, von der die Buchse ein Bestandteil darstellt, nicht mit Strom versorgt wird, haben die zweiten Freigabeelemente keinen Einfluss auf die mechanischen Verriegelungsmechanismen. Bei vorhandener Stromversorgung wird das zweite Freigabeelement aktiv. Jede Buchse ist mit einem Stromsensor versehen, um zu erkennen, ob Strom durch einen darin eingesetzten Stecker 3 fließt. Wenn kein Stromfluss erkannt wird, wird das zweite Freigabeelement dahingehend betätigt, dass der Elektromagnet erregt wird, um den mechanischen Verriegelungsmechanismus in seine entriegelte Position zu bewegen, indem die Vorspannung der Druckfeder 40 übersteuert wird. Wenn Stromfluss erkannt wird, wird das zweite Freigabeelement dahingehend betätigt, dass der Elektromagnet nicht erregt wird, wodurch die Druckfeder 40 wirksam werden und den mechanischen Verriegelungsmechanismus in seine verriegelte Position bewegen kann. Beispielsweise kann die Stromversorgungseinheit für die Stromsteckdosen, bei denen kein Stromfluss erkannt wird, außerdem so ausgebildet sein, dass die ersten Freigabeelemente über die zweiten Freigabeelemente betätigt werden. Wenn die PDU 1 mit Strom versorgt wird, ist die Bedienperson folglich in der Lage, einen Stecker 3 aus der Buchse 2 zu ziehen, wenn kein Strom fließt, jedoch nicht, wenn Strom fließt. Gleichzeitig kann die durch den Elektromagneten bereitgestellte elektromechanische Verriegelung trotzdem durch Drücken des manuellen Freigabeelements 42 manuell übersteuert werden.
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In den 3A und 3B sind die Hauptteile des elektromechanischen Verriegelungsmechanismus eine angelenkte Verriegelungsplatte 34, ein Gleitelement 28, eine Druckfeder 40 und ein Elektromagnet 50. Der Elektromagnet 50 weist eine elektromagnetische Spule 52 und eine Ankerstange 54 auf, wobei die Spule 52 durch Zuführen von Strom über ein Stromkabel 56 erregt wird. Die Ankerstange 54 kann sich axial relativ zu der Spule 52 in eine Ankeröffnung an einem Ende der Spule 52 hinein und aus dieser heraus frei bewegen. Das andere Ende der Spule 52 ist geschlossen. Die Druckfeder 40 ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass sie über die Ankerstange 54 geschoben ist, z.B. axial konzentrisch dazu. In der Buchse 2 ist der Schlitz 12 des Erdungsstifts und der Aussparungskanal 16 der Steckerumhüllung sowie ein Erdungsverbinderkontakt 24 des Klingentyps sichtbar, mit dem der Erdungssteckerstift 7 eine elektrische Verbindung bildet, wenn er eingeführt ist. Der Erdungsverbinderkontakt 24 ist mit einem Erdungskabel 22 elektrisch verbunden.
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Die beweglichen Teile, z.B. das Gleitelement 28, die angelenkte Verriegelungsplatte 34 und der Anker 54 werden in Bezug auf einen festen Teil (oder Teile) der Buchse 2 beschrieben, die im Folgenden als Buchsenkörper 26 bezeichnet wird. Die angelenkte Verriegelungsplatte 34 ist an dem Buchsenkörper 26 durch ein Scharnier und an ihrem anderen Ende entfernt von dem Scharnier an dem Gleitelement 28 angebracht. Das Gleitelement 28 ist in dem Buchsenkörper 26 in der Einsteckrichtung derart beweglich, dass seine Gleitbewegung die Verriegelungsplatte 34 über einen Bereich von Winkeln auf einer Seite der Vertikalen bewegt. Die Verriegelungsplatte 34 hat ein Durchgangsloch 38, das so geformt und dimensioniert ist, dass es einen Erdungsstift 7 aufnimmt, der hindurch verläuft, wenn sich die Verriegelungsplatte 34 in einer vertikalen Ausrichtung befindet, um jedoch einen Erdungsstift 7 einzuklemmen und dadurch zu verriegeln, wird Verriegelungsplatte 34 deutlich von der Vertikalen weg geneigt. Das Neigen der Verriegelungsplatte 34 bewirkt, dass die oberen und unteren Kanten der Durchgangsöffnung 38 einen Stift ergreifen, der durch sie hindurchgeführt ist. Die vertikale Ausrichtung ist daher eine entriegelte Position und eine angewinkelte oder geneigte Ausrichtung ist eine verriegelte Position.
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Eine Druckfeder 40 spannt die angelenkte Verriegelungsplatte 34 von der Vertikalen weg, z.B. in Richtung auf die verriegelte Position vor. Die Druckfeder 40 sollte zwischen dem Buchsenkörper 26 und einem Teil des Gleitteils 28 angebracht sein, wodurch das Gleitelement 28 gezwungen wird, die angelenkte Verriegelungsplatte 34 in eine verriegelte Position zu bewegen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Druckfeder 40 über den Anker 54 geschoben, wie bereits oben erwähnt, aber auch ein anderer Einbauort ist denkbar. Das Gleitelement 28 enthält außerdem ein von außen manuell betätigbares Freigabeelement 42, das sich aus der Buchsenstirnplatte 20 durch eine darin befindliche Öffnung erstreckt, zumindest wenn sich der Verriegelungsmechanismus in der verriegelten Position befindet, so dass ein Benutzer das Freigabeelement 42 drücken und das Gleitelement 28 gegen die Vorspannung der Druckfeder 40 manuell bewegen kann, bis das Gleitelement 28 auf einen Anschlag 44 trifft, der seine Einwärtsbewegung an einer Position arretiert, an der sich die angelenkte Verriegelungsplatte 34 in einer vertikalen Ausrichtung befindet. Die Bewegung des Gleitelements 28 nach außen wird durch Anschlagen der Innenfläche 46 der Buchsenstirnfläche 18 begrenzt, die daher den maximalen Winkel weg von der Vertikalen definiert, den die angelenkte Verriegelungsplatte 34 einnehmen kann. Drücken des manuellen Freigabeelements 42 entriegelt daher einen Stecker 3, der sich in der Buchse befindet, wodurch ermöglicht wird, dass er herausgezogen, z.B. aus der Steckdose gezogen wird.
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Die Druckfeder 40 ist eine Schraubenfeder und weist daher einen entlang ihrer Hauptachse verlaufenden zylindrischen Freiraum auf. In diesen zylindrischen Freiraum ist die Ankerstange 54 eingepasst, so dass die Druckfeder 40 darüber geschoben ist. Das Ende des Elektromagneten 50, das von der Ankeröffnung entfernt ist, ist an einem Teil des Buchsenkörpers 26 befestigt. Das andere Ende des Elektromagneten 50, genauer das distale Ende der Ankerstange 54, ist an dem Gleitelement 28 befestigt.
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Wenn die Magnetspule 52 erregt wird (was erfolgt, wenn die Buchse 2 keinen Strom aufnimmt oder die PDU 1 selbst nicht mit Strom versorgt wird), zieht die resultierende elektromotorische Kraft die Ankerstange 54 in die Ankeröffnung (z.B. von links nach rechts in 3B) und bewegt das Gleitelement 28 in die in 3B gezeigte Position. Hier ist anzumerken, dass die elektromotorische Kraft stark genug sein muss, um die Vorspannkraft der Druckfeder 40 zu überwinden, die in die entgegengesetzte Richtung wirkt.
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Wenn die Magnetspule 52 nicht erregt ist (was erfolgt, wenn die Buchse 2 Strom aufnimmt), unterliegt die Ankerstange 54 keiner elektromotorischen Kraft von der Spule 52, daher folgt sie lediglich dem Gleitelement 28. Da die Kraft von der Druckfeder 40 vorhanden ist, überwiegt bei Fehlen einer elektromotorischen Kraft (oder einer äußeren Betätigung über das Element 42) die Kraft von der Druckfeder 40 und bewegt das Gleitelement 28 in die verriegelte Position und zieht mit ihm die Ankerstange 54 (z.B. von rechts nach links in 3A) aus der Spule 52 heraus in die in 3A gezeigte Position.
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In der Stirnansicht von 3C sind außerdem Leuchtdioden 80 und 82 gezeigt, die in der Buchsenstirnplatte 20 angeordnet sind, deren Funktion später in Bezug auf 5 beschrieben wird. Das manuelle Freigabeelement 42 ist ebenfalls bezeichnet.
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Diese Konstruktion kann einer Bedienperson auf einfache und intuitive Weise anzeigen, welche Stromkabel sicher entfernt und darüber hinaus einfach herausgezogen werden können, da sie nicht verriegelt sind. Verglichen mit der oben beschriebenen rein mechanischen Lösung kann dies die Häufigkeit, mit der eine Bedienperson ein Freigabeelement während der Installation und Wartung von außen manuell betätigen muss, deutlich verringern. Dies ist zusätzlich vorteilhaft, da diese Freigabeelemente oft schwer zugänglich sind, insbesondere wenn benachbarte Steckdosen an einer PDU besetzt sind, was bedeutet, dass Stecker nahe beieinander liegen.
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4A zeigt die gleiche C13-Buchse 2, wie oben unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben, zusammen mit einem Standard-C14-Stecker 3, wenn sie voneinander getrennt sind, z.B. vor dem Einsetzen des Steckers 3 in die Buchse 2. Die Buchse 2 von 4A ist in dem gleichen Zustand wie der von 3A. Der Stecker 3 von 4A ist identisch mit dem von 1 B oder 2A.
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Die Vorgänge des Einführens eines Steckers 3 in den Buchse 2 und des anschließenden Herausziehens werden nun unter Bezugnahme auf die 4B, 4C und 4D beschrieben
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Die 4B bis 4D zeigen den Stecker 3 und die Buchse 2 von 4A, während der C14-Stecker 3 gerade eingeführt wird, wenn der C14-Stecker 3 eingeführt und an der Verwendungsstelle verriegelt wurde und wenn der Verriegelungsmechanismus entriegelt ist, um das Entfernen des Steckers 3 zu ermöglichen.
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4B zeigt, wie der Erdungsstift 7 beim Eindrücken des Steckers 3 in die Buchse 2 anfänglich nicht durch das Durchgangsloch 38 der Verriegelungsplatte 34 hindurchgehen kann und so die Verriegelungsplatte 34 aus ihrer geneigten Ausrichtung in Richtung auf die Vertikale verschiebt. Sobald die Verriegelungsplatte 34 ausreichend nahe zur Vertikalen ist, kann der Erdungsstift 7 durch das Durchgangsloch 38 gleiten, und dann kann der Stecker 3 weiter über den Rest des notwendigen Weges eingeführt werden, bis er vollständig eingeführt ist.
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4C zeigt, was nach dem Einstecken des Steckers in dem Fall geschieht, dass Strom durch das Stromkabel 56 fließt. Sobald der Stecker 3 vollständig eingeführt ist oder genauer gesagt, sobald der Erdungsstift 7 das Gleiten durch das Loch 38 beendet hat, drückt die Druckfeder 40 das Gleitelement 28 zurück in die Verriegelungsposition, drückt beispielsweise die Verriegelungsplatte 34 von der Vertikalen so weit wie möglich weg, bis die Kanten des Durchgangslochs 38 auf den Erdungsstift 7 auftreffen und diesen an der Verwendungsstelle verriegeln. In dieser Verriegelungsposition ist es wie in 4C gezeigt wahrscheinlich, dass sich die Verriegelungsplatte 34 in einem bestimmten Zwischenwinkel auf ihrem Weg z.B. wie in 4B gezeigt zwischen der Vertikalen und dem Winkel befindet, den sie einnimmt, wenn kein Stecker 3 eingeführt ist, wie z.B. in 4A gezeigt. Wenn in dem in 4C gezeigten Zustand eine Bedienperson an dem Stecker 3 zieht, um ihn zu entfernen, trifft sie auf einen Widerstand von dem Verriegelungsmechanismus. In diesem Fall wird, wenn ein Stromfluss erkannt wird, das zweite Freigabeelement dahingehend betätigt, dass der Elektromagnet 50 nicht erregt wird, was ermöglicht, dass die Druckfeder 40 dominant wird und den mechanischen Verriegelungsmechanismus in seine verriegelte Position bewegt. Mit anderen Worten, der Verriegelungsmechanismus funktioniert so, als ob das zweite Freigabeelement nicht vorhanden wäre. Es wird angemerkt, dass die elektromechanische Verriegelung, die in dieser Ausführungsform durch den Elektromagneten 50 bereitgestellt wird, trotzdem durch Drücken des manuellen Freigabeelements 42 manuell überschrieben werden kann.
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4D zeigt, wie ein Stecker 3 aus der Buchse 2 freigegeben wird. Wenn durch das Stromkabel 56 kein Strom fließt und angenommen wird, dass die PDU 1 mit Strom versorgt wird, wird das zweite Freigabeelement dahingehend betätigt, dass der Elektromagnet 50 erregt wird, um den mechanischen Verriegelungsmechanismus in seine entriegelte Position zu bewegen, indem die Vorspannung der Druckfeder 40 überschrieben wird. Folglich ist die Bedienperson in der Lage, den Stecker 3 herauszuziehen, da kein Strom fließt. Das manuelle Freigabeelement 42 wird somit automatisch durch den Elektromagneten 50 niedergedrückt, der das Gleitelement 28 gedrückt und die Verriegelungsplatte 34 in ihre vertikale Position bewegt hat. Wenn andererseits die PDU 1 nicht mit Strom versorgt wird, kann der Elektromagnet 50 nicht betätigt werden, und die Buchse 2 kehrt zu der mechanischen Freigabeoption zurück, wodurch ein Benutzer das manuelle Freigabeelement 42 mit einem Finger oder einem Werkzeug drücken kann, um den Verriegelungsmechanismus zu entriegeln.
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5 ist ein Schalplan, der die in der Buchse 2 der 3A bis 3C enthaltenen Schaltung zeigt, um den Verriegelungsmechanismus zu steuern, z.B. um den Elektromagneten 50 abhängig vom Lastzustand einer Stromsteckdose zu steuern. Der zuvor beschriebene Elektromagnet 50 mit seiner Spule 52 und der Stange 54 sind auf der rechten Seite der Figur gezeigt. Die externe Last wird durch eine Last 60 dargestellt, die mit dem zuvor beschriebenen Stromkabel 56 verbunden sein kann, das Wechselspannung führende und Erdungsleitungen 62 und 64 aufweist. Eine Stromversorgungseinheit (PSU) 66 ist mit dem Stromkabel 56 verbunden und stellt einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zum Erzeugen einer Niederspannungs-Gleichspannung von z.B. 5 V oder 12 V zum Betreiben des Elektromagneten 50 dar. Strom wird von der PSU 66 an den Elektromagneten 50 abhängig von dem Status eines Schalters 86 geliefert, der Teil eines induktiven Näherungssensors 70 ist, der eine induktive Spule 72 enthält, die so angeordnet ist, dass sie das durch den Strom in der aktiven Wechselstrom leitung 62 erzeugte Magnetfeld erfasst. Der Schalter 86 ist somit geschlossen, wenn Strom in der spannungsführenden Wechselstromleitung 62 fließt. Die Treiberschaltung des Elektromagneten 50 weist eine positive und eine Masseleitung 74 bzw. 76 zu der Magnetspule 52 auf. Ein Strombegrenzungswiderstand 78 ist außerdem gezeigt, der in der positiven Gleichstromleitung 74 angeordnet ist.
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Zusätzlich ist eine erste Leuchtdiode 80 in der positiven Gleichstromleitung 74 angeordnet, um als erste Lichtquelle zu wirken, die den Status des Elektromagneten 50 anzeigt, z.B. um Licht in Abhängigkeit vom Erkennen zu emittieren, dass durch einen Stecker 3, der in die relevante Stromsteckdose eingeführt ist, Strom fließt. In diesem Zustand handelt es sich bei der ersten Leuchtdiode 80 um eine Warnleuchte, z.B. mit einer roten Farbe, um einem Installateur oder Wartungstechniker anzuzeigen, dass das Kabel nicht entfernt werden sollte. Eine zweite Leuchtdiode 82 mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 84 ist außerdem vorgesehen. Die zweite Leuchtdiode 82 dient als zweiter Lichtemitter und ist mit dem induktiven Näherungssensor 70 derart verbunden, dass sie erregt wird, wenn kein Magnetfeld von der Induktionsspule 72 erfasst wird, z.B. wenn in der spannungführenden Wechselspannungsleitung 62 kein Strom fließt. Bei dem zweiten Lichtemitter 82 handelt es sich um eine Erlaubnis-Leuchtdiode, z.B. mit grüner Farbe, um einem Installateur oder Wartungsingenieur anzuzeigen, dass kein Strom durch diese Steckdose fließt, so dass ein Stromkabel, das in diese Buchse 2 eingesteckt ist, sicher aus der PDU 1 entfernt werden kann.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn jede Stromsteckdose 2 eine Lichtemitter-Anordnung enthält, um Licht abhängig von dem Stromsensor 70, 72 zu emittieren, der erfasst, ob durch die Stromsteckdose 2 Strom fließt. Das Licht kann des Weiteren unter der Bedingung emittiert werden, dass ein Stecker 3 in seine Stromsteckdose 2 eingesetzt ist. Das Licht kann beispielsweise in einer ersten Farbe emittiert werden, abhängig davon, ob durch eine Steckdose 2 Strom fließt, und in einer zweiten Farbe in Abhängigkeit vom Erkennen emittiert werden, dass durch die Stromsteckdose kein Strom fließt. Zu einer Alternative zum Verwenden von Farben beim Ermitteln, ob durch die Steckdose Strom fließt, kann ein Blinken (z.B. wenn Strom fließt) und ein Nicht-Blinken (z.B. wenn kein Strom fließt) derselben Leuchte oder derselben Lichtfarbe gehören.
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Ein zusätzlicher Schalter 86 kann für die zweite Leuchtdiode 82 vorgesehen sein, der geöffnet ist, wenn kein Stecker 3 in die Steckdose 2 eingesetzt ist, und der geschlossen ist, wenn ein Stecker 3 in die Steckdose 2 eingesetzt ist. Der zusätzliche Schalter wird somit gemäß dem physischen Zustand der Steckdose 2, z. B. ob ein Stecker 3 in sie eingesetzt ist, und nicht gemäß dem elektrischen Zustand geschaltet. Ein geeigneter zusätzlicher Schalter 86 wäre eine optische Unterbrecherschaltung mit einem Lichtemitter- und Sensorpaar, wobei das Einsetzen eines Steckers 3 den Lichtweg vom Sender zum Sensor unterbricht. Ein anderer geeigneter zusätzlicher Schalter 86 wäre ein Schalter, der durch den mechanischen Zustand der Steckdose 2 ausgelöst wird, beispielsweise durch den Winkel der angelenkten Verriegelungsplatte 34 oder durch das Gleitelement 28, das auf den Anschlag 44 trifft. Die Funktion des zusätzlichen Schalters 86 besteht somit darin zu verhindern, dass der zweite Lichtemitter 82 angesteuert wird, wenn kein Stecker 3 in die Buchse 2 eingesetzt ist. Mit anderen Worten, bei freien Buchsen in der PDU 1 sind keine Leuchtelemente aktiviert, weder Erlaubnis- noch Warnleuchten. Andererseits ist bei belegten Buchsen in der PDU 1 entweder eine aktive (rote) Warnleuchte oder eine (grüne) Erlaubnis-Leuchte aktiviert.
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Es versteht sich, dass es sich bei 5 um ein vereinfachtes Schaltbild für den Zweck des Veranschaulichens der Gestaltungsgrundgedanken handelt, und dass kompliziertere Schaltungselemente verwendet werden können, wie beispielsweise ein intelligenter Spulentreiber unter Verwendung von Impulsbreitenmodulation. Es versteht sich außerdem, dass der erste und der zweite Lichtemitter 80, 82 in eine einzelne lichtemittierende Einheit, z.B. eine einzelne Linse integriert sein können, die so betreibbar ist, dass sie zwei verschiedene Farben emittiert. Es ist ferner anzumerken, dass die Funktionen des ersten und des zweiten Lichtemitters 80, 82 in einem einzelnen Lichtemitter enthalten sein können, z.B. Blinken zum Warnen und konstantes Leuchten zum Zulassen oder umgekehrt. Die Lichtemitter und die zugehörigen Treiberschaltungen bilden eine Lichtemitteranordnung für jede Buchse 2 der PDU 1.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Gestell vorgesehen, das eine Mehrzahl von elektrisch betriebenen Einheiten mit jeweiligen Stromanschlüssen beherbergt, die durch entsprechende Leitungen mit einer Stromversorgungseinheit verbunden sind. In einigen Ausführungsformen enthält das Gestell eine Mehrzahl von Gestelleinheiten-Steckplätzen zum Aufnehmen einer Mehrzahl von elektrisch betriebenen Einheiten in Kombination mit einer Stromversorgungseinheit 1.
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Zusammenfassend wurde eine PDU 1 beschrieben, deren Stromsteckdosen 2 mit einem rein mechanischen und elektromechanischen Hybrid-Verriegelungsmechanismus anstatt mit dem rein mechanischen Verriegelungsmechanismus versehen sind. Wenn die PDU 1 nicht mit Strom versorgt wird, befinden sich alle Steckdosen 2 in der Betriebsart „Verriegelt“. Wenn jedoch eine PDU 1 an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, werden alle Buchsen 2, bei denen kein Stromfluss festgestellt wird, elektromechanisch aus der Betriebsart „Verriegelt“ in die Betriebsart „Entriegelt“ versetzt. Dies ermöglicht dem Installateur, diese Kabel problemlos zu entfernen, ohne befürchten zu müssen, versehentlich eine im Betrieb befindliche Gestelleinheit zu trennen. Wenn jedoch die PDU 1 einen Stromfluss von einer ihrer verriegelten Buchsen 2 erkennt, „verriegelt“ diese Buchse 2 dann den Stecker 3 an der Verwendungsstelle. Wenn ein Installateur/eine Wartungsperson dann an dieser Stromleitung zieht, lässt sich der Stecker 3 nicht problemlos lösen, und dem Installateur wird angezeigt, dass das Stromkabel mit einer im Betrieb befindlichen Gestelleinheit verbunden ist. Die Steckdosen 2 haben außerdem noch ein Stellelement 42 zur manuellen Freigabe, das es ermöglicht, den Stecker 3 bei Bedarf freizugeben, selbst wenn die PDU 1 nicht mit Strom versorgt wird.
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Die Ausführungsformen und Zeichnungen, die oben beschrieben wurden, beziehen sich auf eine C13/C14-Stecker/Buchse-Kombination, es ist jedoch klar, dass die Grundgedanken bei jeder Kombination Stecker/Buchse mit einem Stift angewendet werden können, der wie beschrieben festgesetzt werden kann. Insbesondere kann eine C19/C20-Stecker/Buchse-Kombination als eine Alternative verwendet werden.
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Eine alternative Ausgestaltung, bei der die elektromechanischen Elemente in einem Stecker 3 anstelle einer Buchse 2 untergebracht sind, kann außerdem realisiert werden, beispielsweise für eine PDU, die mit Steckern ausgerüstet ist.
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Zusammenfassend enthält eine PDU 1 einen Stromversorgungsanschluss 4 zum Verbinden mit einer Eingangsstromversorgung und eine Mehrzahl von Stromausgangsbuchsen 2 zum Aufnehmen von Steckern 3 mit einer Anzahl von Stiften 7, 9. Jede Stromausgangsbuchse 2 hat einen mechanischen Verriegelungsmechanismus 28, 34, 38, 40, der zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position bewegbar ist, wenn ein Stecker 3 in die Stromausgangsbuchse 2 eingeführt wird, um einen Steckerstift in der Stromausgangsbuchse 2 zu verriegeln und zu entriegeln. Ohne Betätigung wird die verriegelte Position eingenommen. Jede Stromausgangsbuchse 2 hat zusätzlich ein von außen manuell betätigbares erstes Freigabeelement 42 sowie ein innen elektrisch betätigbares zweites Freigabeelement 50, 52, 54. Ein Stromsensor 70, 72 ist funktionsmäßig in der Lage zu erkennen, ob Strom fließt, und bei den Buchsen 2, die momentan einen Stecker 3 beherbergen und durch die kein Strom fließt, wird das zweite Freigabeelement 50, 52, 54 durch die PDU 1 betätigt, um den mechanischen Verriegelungsmechanismus 28, 34, 38, 40 zu entriegeln, wodurch die zugehörigen Stecker 3 zum Entfernen freigegeben werden.
