DE4020294A1 - Electrical switch for computer or HI=FI system - provides time delays between outputs by clock-driven shift register - Google Patents

Electrical switch for computer or HI=FI system - provides time delays between outputs by clock-driven shift register

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Abstract

The electrical switching system is used to provide sequential on and off switching of a number of outputs that are used to operate different equipment modules, such as may be found in a computer or high-fi system. The unit is operated by a single switch (1) and the different outputs are generated with delays set by a potentiometer (7). The main connection unit has sockets (5) for connection to the modules. Internally the unit has a shift register to provide the sequential values. This is driven by an adjustable frequency clock signal. ADVANTAGE - Avoids overload by sequential switching of coupled loads.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, der mehrere Outputs durch Bedienen eines einzigen Schalters einschalten kann.The invention relates to an electrical switch, of multiple outputs by operating a single switch can turn on.

Bei bestimmten elektrischen Geräten ist es häufig der Fall, daß man beim Einschalten alle Teile einzeln einschalten muß, besonders bei Computer- oder Hi-Fi-Einrichtungen. Bei einem Hi-Fi-Gerät muß man vielleicht den Verstärker, das Tonband und den Plattenspieler einzeln einschalten. Bei vielen (frei zusammengestellten) Computersystemen sind die verschiedenen Netzschalter für Monitor(e), Drucker, Plotter, Graphik-Tablett, Modem usw. sehr "verstreut" und oft auch schwer zugänglich angeordnet.With certain electrical devices, it is often the case that you have to switch on all parts individually when switching on, especially with computer or hi-fi equipment. At a Hi-Fi equipment you may need the amplifier, the tape and turn on the turntable one by one. With many (free compiled) computer systems are the different Power switch for monitor (s), printer, plotter, Graphics tablet, modem, etc. very "scattered" and often too arranged difficult to access.

Alle Geräte auf eine gemeinsame Steckerleiste zu legen und mit einem Hauptschalter gleichzeitig einzuschalten, sollte aber aus folgenden Gründen tunlichst vermieden werden:Place all devices on a common power strip and with a main switch should turn on at the same time but should be avoided if possible for the following reasons:

  • 1) Beim gleichzeitigen Einschalten der verschiedenen Geräte werden deren Netzteile bzw. deren Netztransformatoren gleichzeitig ans Stromnetz gelegt und verursachen da­ durch einen extremen Einschaltsstromstoß der oft schon genügt den vorhandenen Sicherungsautomaten auszulösen.1) When the various devices are switched on at the same time become their power supplies or their power transformers at the same time connected to the power grid and cause due to an extreme inrush current that often already it is sufficient to trigger the existing automatic circuit breaker.
  • 2) Beim gleichzeitigen Ausschalten wird plötzlich eine re­ lativ große induktive Last (die Transformatoren) vom Netz getrennt, mit der Folge, daß eine sehr hohe induktive Abschaltspannung entsteht und die einzelnen Geräte durch Spannungsspitzen gefährdet sind.2) When switching off at the same time, suddenly a right relatively large inductive load (the transformers) from Network separated, with the result that a very high inductive shutdown voltage arises and the individual Devices are at risk from voltage peaks.
  • 3) Besonders bei Computersystemen, sollten die untereinan­ der durch Datenleitungen verbundenen Geräte zur Sicher­ heit in einer bestimmten Reihenfolge an- und abgeschal­ tet werden, wobei der eigentliche Rechner in der Regel als letztes Gerät ans Netz angeschlossen und als letztes Gerät auch wieder vom Netz getrennt werden sollte.3) Especially with computer systems, the one below the other of the devices connected by data lines for safety on and off in a certain order tet, the actual computer usually the last device connected to the mains and the last one Device should also be disconnected from the mains.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und die Einschaltvorbereitungen zum Betrieb ei­ nes Systems zu vereinfachen bzw. zu automatisieren.The object of the present invention is to overcome these disadvantages to avoid and the switch-on preparations for operation to simplify or automate the system.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Schalter der Er­ findung mehrere Outputs beim Schalten eines einzigen Schal­ ters eins nach dem anderen einschaltet, und zwar mit einer Zeitverzögerung zwischen dem Einschalten jedes einzelnen Outputs.This problem is solved in that the switch of the Er finding multiple outputs when switching a single scarf ters one by one, with one Time delay between switching on each one Outputs.

Da ähnliche Probleme auch beim Ausschalten gegeben sind, be­ steht mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, die Outputs ebenso (eins nach dem anderen) mit einer Zeitverzögerung auszuschalten.Since there are similar problems when switching off, be stands with a preferred embodiment of the present Invention the possibility of the outputs as well (one after the others) with a time delay.

Eine besondere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be­ sitzt einen Einsteller, mit dem man die Zeitverzögerung ein­ stellt. Bei Computersystemen ist es sinnvoll, die Zeitverzö­ gerung an die einzelnen Geräte anpassen zu können, da die Festplatten oft unterschiedliche Aufwärmezeiten haben. So kann man mit Erfahrung die schnellste und zuverlässigste Zeitverzögerung finden.A particularly preferred embodiment of the invention be sits an adjuster with which you enter the time delay poses. In computer systems, it makes sense to set the time delays to adapt to the individual devices because the Hard drives often have different warm-up times. So you can experience the fastest and most reliable Find time delay.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ganze Schalter in eine Mehrfachsteckdose eingebaut, wobei der Einsteller von außen leicht zugänglich ist.In a further preferred embodiment of the invention the whole switch is installed in a multiple socket, whereby the adjuster is easily accessible from the outside.

Besonders mit dem Shift-Register der beschriebenen Ausfüh­ rungsform der Erfindung ist sichergestellt, daß nur ein Output mit einem Mal ein- oder ausgeschaltet werden kann, so daß die Outputs/Geräte nicht nur in einer bestimmten Rei­ henfolge an- und abgeschaltet werden, sondern auch gegen Strömstoße und Spannungsspitzen geschützt sind.Especially with the shift register of the version described tion form of the invention ensures that only one Output can be switched on or off at once, so that the outputs / devices are not only in a certain row order can be switched on and off, but also against Current surges and voltage peaks are protected.

Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind:Further preferred features of the invention are:

  • i) die Zeitverzögerung liegt zwischen 0,1 und 10 Sekunden, zwischen 0,1 und 5 Sekunden, bevorzugter zwi­ schen 0,5 und 2 Sekunden.i) the time delay is between 0.1 and 10 Seconds, between 0.1 and 5 seconds, more preferably between  0.5 and 2 seconds.
  • ii) die Anzahl der outputs liegt zwischen 2-10, bevor­ zugter zwischen 3-6.ii) the number of outputs is between 2-10 before Zugter between 3-6.
  • iii) die Anlage ist vor Überspannung geschützt.iii) the system is protected against overvoltage.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention will become apparent from the following Figures described in detail. It shows:

Fig. 1 den Stromlaufplan des Schalters; Figure 1 shows the circuit diagram of the switch.

Fig. 2 eine Mehrfachsteckdose, die den Schalter der Erfin­ dung enthält. Fig. 2 is a multiple socket containing the switch of the inven tion.

Die Elektronik kann in 4 Einzelfunktionsgruppen untergliedert werden:The electronics can be divided into 4 individual function groups will:

  • 1) die Steuer-Elektronik im oberen Teil des Stromlaufplans1) the control electronics in the upper part of the circuit diagram
  • 2) der Leistungsteil (in der Mitte des Schaltbildes ange­ ordnet) mit den Leistungsrelais und den dazugehörigen Transistorschaltstufen.2) the power section (in the middle of the circuit diagram assigns) with the power relays and the associated Transistor switching stages.
  • 3) Die Fernbedienung mit der Anzeige und den Bedienungs­ elementen (am linken unteren Rand der Schaltskizze) und schließlich3) The remote control with the display and the controls elements (on the lower left edge of the circuit diagram) and in the end
  • 4) das Netzteil (am rechten unteren Rand des Schaltplans).4) the power supply (at the bottom right of the circuit diagram).

Die Steuerelektronik besteht aus zwei integrierten Schalt­ kreisen der C-MOS-Familie - nämlich aus dem Shift-Register 4015 (IC1) und 4 NAND- Gattern im IC2 des CMOS-Typs 4093 (Schmitt-Trigger). Diese Schaltkreise sind wie folgt geschal­ tet:
Mit dem Gatter IC2b wurde ein Oszillator aufgebaut, der stän­ dig mit etwa 0.3 bis 1 Hz Taktfrequenz schwingt. Die Frequenz ist mit dem von außen zugänglichen Einsteller P1 nach Belie­ ben veränderbar, daß dann die Zeitverzögerung verändert. Die äußeren Grenzen der Zeitverzögerung kann mit Änderung der Werte P1s, R2s und/oder C2s gestellt werden. Die erzeugte Taktfrequenz steuert nun die Clock-Eingänge der beiden in IC1 enthaltenen kaskadierten Shift-Register (pin 1 und pin 9 von IC1). Die Dateninformation des Registers wird von der Fernbe­ dienung aus mit dem Haupt-Betriebs-Schalter festgelegt, ge­ langt an pin 7 von IC1 und bewirkt an den Ausgängen des Regi­ sters (Q1 bis Q7) die "AUS- bzw. EIN-Information" für die Leistungsstufen ("EIN" entspricht logisch "High").The control electronics consist of two integrated circuits of the C-MOS family - namely the shift register 4015 (IC 1 ) and 4 NAND gates in IC 2 of the CMOS type 4093 (Schmitt trigger). These circuits are switched as follows:
With the gate IC 2 b, an oscillator was built that oscillates constantly with a clock frequency of about 0.3 to 1 Hz. The frequency is adjustable with the externally accessible adjuster P 1 according to Belie that then the time delay changes. The outer limits of the time delay can be set by changing the values P1s, R2s and / or C2s. The generated clock frequency now controls the clock inputs of the two cascaded shift registers contained in IC 1 (pin 1 and pin 9 of IC 1 ). The data information of the register is set from the remote control with the main operation switch, reaches pin 7 of IC 1 and causes the "OFF" or "ON" at the outputs of the register (Q 1 to Q 7 ). Information "for the power levels (" ON "corresponds logically to" High ").

Es werden also nacheinander die Leistungsfähigkeiten (Q1 und Q6) je nach Schalterstellung des Hauptschalters angesteuert und bringen die Leistungsrelais (A bis F) über die Transisto­ ren T1 bis T6 zum Anziehen bzw. zum Abfallen. Die 6 Leistungs­ stufen sind in Funktion und Design identisch und legen über die Kontakte a bis f der entsprechenden Relais die Netzspan­ nung an die Verbraucher, (RLI bis RL VI) bzw. an die Ausgänge der Steckdosenleiste.So the capacities (Q 1 and Q 6 ) are controlled one after the other depending on the switch position of the main switch and cause the power relays (A to F) via the transistors T 1 to T 6 to pick up or drop off. The 6 power levels are identical in function and design and apply the mains voltage to the consumers (RLI to RL VI) or to the outputs of the socket strip via contacts a to f of the corresponding relays.

Die Ausgänge der Shift-Register steuern gleichzeitig mit den Leistungsstufen-Transistoren auch noch die Anzeige-LEDs in der Fernbedienung (LED1 bis LED6) in der Weise, daß eine leuchtende LED auch einem angeschalteten Verbraucher ent­ spricht.The outputs of the shift register control the display LEDs in the remote control (LED 1 to LED 6 ) simultaneously with the power stage transistors in such a way that a lit LED also speaks to a connected consumer.

An LED3, LED4 und LED5 sind in der Fernbedienung noch Schal­ ter angeordnet mit denen es möglich ist (durch Anlegen von "Low-Potential" an die Basiswiderstände R15, R16 und R17) die Leistungsstufen Q3, Q4 und Q5 vorzuprogrammieren bzw. nach be­ endeter Einschaltsequenz nachträglich aus- oder (durch öffnen dieser Programmierschalter) wieder einzuschalten.At LED 3 , LED 4 and LED 5 there are switches in the remote control with which it is possible (by applying "low potential" to the base resistors R 15 , R 16 and R 17 ) the power levels Q 3 , Q 4 and pre-program Q 5 or switch it off or on again (by opening this programming switch) after the switch-on sequence has ended.

Mit dieser bis jetzt beschriebenen Anordnung wäre die Schal­ tung bis auf eine spezielle Zusatzfunktion bereits betriebs­ fähig.With this arrangement described so far, the scarf would be with the exception of a special additional function able to.

Es sollte jedoch noch eine besondere Anzeige realisiert wer­ den, die eine laufende "EIN- oder AUS-Schaltphase" mit einer blinkenden grünen Leuchtdiode indiziert. Während der beiden Ruhestände des Gerätes (EIN oder AUS) soll diese LED nicht leuchten.However, there should be a special display those who have an ongoing "ON or OFF switching phase" with a blinking green LED is indicated. During the two This LED should not be in the idle state of the device (ON or OFF)  to shine.

Zu diesem Zweck muß der erste und letzte Ausgang des Shift-Registers IC1 auf Pegelgleichheit untersucht werden. Nur in Zeiten der Ungleichheit dieser Ausgänge befindet sich die Sequenz in der "Ein- oder Ausschaltphase" und die grüne LED in der Fernbedienung (LED7) wird über einen Taktgenerator IC2d und einen Inverter IC2a zum Blinken gebracht.For this purpose, the first and last output of the shift register IC 1 must be examined for level equality. Only when these outputs are unequal is the sequence in the "on or off phase" and the green LED in the remote control (LED 7 ) is made to flash via a clock generator IC 2 d and an inverter IC 2 a.

Die angedeutete Untersuchung auf Pegelgleichheit könnte na­ türlich am einfachsten mit einem EXCLUSIV-ODER-GATTER reali­ siert werden. Dies wurde jedoch aus Platz- und Kostengründen (zusätzliches IC) verworfen.The indicated analysis for level equality could be na The easiest way, of course, is with an EXCLUSIVE-OR-GATE reali be settled. However, this was due to space and cost reasons (additional IC) discarded.

Der Taktgenerator arbeitet im Prinzip genauso wie der ein­ gangs bereits beschriebene Generator, (mit dem Gatter IC2b) mit dem Unterschied, daß an den beiden Eingängen (pin 12 und 13) mit LOW-Potential gestoppt werden kann.The clock generator works in principle exactly like the one already described above, (with the gate IC 2 b) with the difference that at the two inputs (pin 12 and 13) can be stopped with LOW potential.

Die "High"-Erkennung der Shift-Register-Ausgänge Q1 und Q6 wird einfach mit dem NAND-Gatter IC2c (pin 8 und 9) bewerkstelligt. Nach Definition eines NAND-Gatters wird am Ausgang von IC2c nur dann ein "Low-Signal" erzeugt, wenn beide Eingänge mit "High" angesteuert werden. Das "Low-Signal" am IC2c/pin 10 würde dann in diesem Fall den Taktoszillator IC2d an pin 12 anhalten.The "high" detection of the shift register outputs Q 1 and Q 6 is simply accomplished with the NAND gate IC 2 c (pin 8 and 9). After defining a NAND gate, a "low signal" is only generated at the output of IC 2 c if both inputs are controlled with "high". The "low signal" at the IC 2 c / pin 10 would then stop the clock oscillator IC 2 d at pin 12 in this case.

Die "Low"-Erkennung der Shift-Register-Ausgänge Q1 und Q6 wurde mit Hilfe einer Dioden-Widerstands-Konstruktion reali­ siert. Die "Hilfs-ODER-Funktion" arbeitet wie folgt:
Nur wenn an beiden Ausgängen Q1 und Q6 gleichzeitig "Low-Potential" anliegt, wird über die Dioden D1 oder D2 keine Spannung an den Hilfswiderstand übertragen, so daß an diesem Widerstand ebenfalls "Low-Potential" erhalten bleibt.The "low" detection of the shift register outputs Q 1 and Q 6 was realized with the aid of a diode resistor construction. The "auxiliary OR function" works as follows:
Only if "low potential" is present at both outputs Q 1 and Q 6 , is no voltage transmitted to the auxiliary resistor via diodes D 1 or D 2 , so that "low potential" is also maintained at this resistor.

Dieses "Low-Potential" stoppt nun im "AUS-Zustand" des Gerä­ tes über die Diode D3 den Taktgenerator IC2d an pin 13. Sobald jedoch einer der Shift-Register-Ausgänge Q1 oder Q6 ein "High-Signal", erhält wird dieses Signal über eine der Dioden D1 bzw. D2 an den Hilfswiderstand R3 übertragen und beeinflußt über die Diode D3 (in Sperrrichtung) das Arbeiten des Taktgenerators nicht mehr.This "low potential" now stops in the "OFF state" of the device via the diode D 3, the clock generator IC 2 d at pin 13. However, as soon as one of the shift register outputs Q 1 or Q 6 a "high signal"", this signal is transmitted to the auxiliary resistor R 3 via one of the diodes D 1 or D 2 and no longer influences the operation of the clock generator via the diode D 3 (in the blocking direction).

Das kleine eingebaute Netzteil wurde speziell auf die Bedürf­ nisse der Schaltung ausgelegt:
Der vergossene Printplatten-Transformator erzeugt über einen Brückengleichrichter und einen Siebkondensator von 1000 Mikrofarad eine Leerlaufspannung von ca. 20 V (DC).The small built-in power pack was specially designed for the needs of the circuit:
The encapsulated printed circuit board transformer generates an open circuit voltage of approx. 20 V (DC) via a bridge rectifier and a filter capacitor of 1000 microfarads.

Auf Grund der Strombelastung bei allen angeschalteten Relais-Spulen bricht diese Leerlaufspannung am Brückengleich­ richter von ca. 20 V (DC) auf ca. 13.5 V (DC) zusammen.Due to the current load on all switched on Relay coils break this open circuit voltage at the bridge level converters from approx. 20 V (DC) to approx. 13.5 V (DC) together.

Um während des Betriebes eine mögliche Überlastung der Relais-Spulen auszuschließen, wurde noch der Schutzwiderstand R26 zwischen Netzteil und "Relais-Belastung" geschaltet.In order to rule out possible overloading of the relay coils during operation, the protective resistor R 26 was connected between the power pack and the "relay load".

Dieser Widerstand reduziert die Betriebsspannung der Relais auf einen akzeptablen Wert von 11.5 V (DC).This resistance reduces the operating voltage of the relays to an acceptable value of 11.5 V (DC).

Die Versorgungsspannung der Logik mußte noch mit einem Stabilisator konstant gehalten werden, weil sich bei verän­ derlicher Versorgungsspannung die Ladezeit der Zeitkonstanten für den Taktgenerator IC2b zu stark mitverändern würde. Dies hätte eine unzumutbare Schwankung der Sequenzschaltzeiten zur Folge gehabt.The supply voltage of the logic had to be kept constant with a stabilizer, because with changing supply voltage the loading time of the time constant for the clock generator IC 2 b would change too much. This would have resulted in an unreasonable fluctuation in the sequence switching times.

Der Kondensator C3 dient lediglich zur zusätzlichen Siebung der Betriebsspannung und zur möglichen Störausblendung.The capacitor C 3 is used only for additional screening of the operating voltage and for possible suppression.

Parallel zum Primärkreis des Netztransformators befindet sich noch ein Varistor mit einer Grenzspannung von 250 V (AC) zum Schutz der Anlage vor Uberspannungen.Is located parallel to the primary circuit of the mains transformer another varistor with a limit voltage of 250 V (AC) for  Protection of the system against overvoltages.

In Fig. 2 ist eine Mehrfachdose 6 zu sehen, die den Schalter 1 der Erfindung enthält. Der Schalter schaltet die Netzspan­ nung 8 an Steckdosen 5 ein und/oder aus. Der manuelle Hauptschalter 3 befindet sich in der Fernbedienung 2, die auch Lämpchen 4 besitzt, die zeigen, ob Steckdosen 5 ein oder aus sind. Lämpchen 9 blinkt während der "Ein- oder Ausschaltphase". Die Zeitverzögerung ist mit dem Einsteller 7 (Potentiometer P1) einstellbar.In Fig. 2 a multiple socket 6 can be seen which contains the switch 1 of the invention. The switch switches the mains voltage 8 at sockets 5 on and / or off. The manual main switch 3 is located in the remote control 2 , which also has lights 4 , which show whether sockets 5 are on or off. Lamp 9 flashes during the "on or off phase". The time delay can be set using adjuster 7 (potentiometer P 1 ).

Claims (12)

1. Ein Verfahren mehrere Outputs einzuschalten, ohne daß die Outputs, und/oder die der Outputs verbundenen Ge­ räte, durch Stromstöße beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Betätigung eines einzigen Schalters alle Outputs eins nach dem anderen eingeschaltet werden, mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen jedem Ein­ schalten.1. A method of switching on several outputs without the outputs, and / or the devices connected to the outputs, being influenced by current surges, characterized in that, when a single switch is actuated, all outputs are switched on one by one, with a specific one Switch time delay between each on. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Betätigung des einzigen Schalters alle Outputs eins nach dem anderen ausgeschaltet werden, mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen jedem Aus­ schalten.2. The method according to claim 1, characterized, that when the single switch is operated all outputs are switched off one by one, with a certain time delay between each off switch. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung einstellbar ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the time delay is adjustable. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung zwischen 0.1 und 10 Sekunden liegt.4. The method according to claims 1 to 3, characterized, that the time delay is between 0.1 and 10 seconds lies. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung zwischen 0.1 und 5 Sekunden liegt.5. The method according to claims 1 to 4, characterized, that the time delay is between 0.1 and 5 seconds lies. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung zwischen 0.5 und 2 Sekunden liegt. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized, that the time delay between 0.5 and 2 seconds lies.   7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Outputs zwischen 2 und 10 liegt.7. The method according to claims 1 to 6, characterized, that the number of outputs is between 2 and 10. 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Outputs zwischen 3 und 6 liegt.8. The method according to claims 1 to 7, characterized, that the number of outputs is between 3 and 6. 9. Ein Schalter mit mehreren Outputs, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten des einzigen Schalters die Outputs eins nach dem anderen eingeschaltet werden mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen jedem Ein­ schalten.9. A switch with multiple outputs, characterized in that Outputs one when the only switch is turned on be turned on one by one with a certain time delay between each on switch. 10. Ein Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschalten des einzigen Schalters die Outputs eins nach dem anderen ausgeschaltet werden, mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen jedem Aus­ schalten.10. A switch according to claim 9, characterized in that when the only switch is turned off, the outputs one be turned off one by one with a certain time delay between each off switch. 11. Ein Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einen Einsteller besitzt, womit die Zeit­ verzögerung eingestellt werden kann.11. A switch according to claim 10, characterized in that the switch has an adjuster, with which the time delay can be set. 12. Ein Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in einer Mehrfachsteckdose eingebaut ist und die Outputs je die Netzspannung an einer der Steckdosen verbindet.12. A switch according to claim 9, characterized, that the switch is installed in a multiple socket and the outputs each the mains voltage on one of the Sockets connects.
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