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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Notstromversorgung für
ein elektronisches System und eine darin verwendete Akku-Einheit.
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Störungsfreie oder Notstromversorgungen werden
in elektronischen Anwendungen vielfach eingesetzt, um ein Netzwechselstromversorgung
wie beispielsweise eine Wechselstromleitung oder ein Hauptakkusystem
mit einer Notstromquelle auszustatten. Solche Systeme werden vor
allem bei anspruchsvollen Computeranwendungen wie Großrechnern,
Minicomputern, Supercomputern, Netzwerkservern und Ähnlichen
eingesetzt, um bei Unterbrechung der Hauptstromversorgung des Computers Datenverluste
zu vermeiden. Zum Beispiel enthält das
von der International Business Machines Corp. hergestellte Minicomputersystem
AS/400 eine interne Notstromversorgung, um dem System nach einem
Ausfall der Hauptstromversorgung Notstrom zur Verfügung zu
stellen und die Wiederanlaufzeit nach dem Ausfall zu verkürzen. Eine
Ausführung
einer für die
AS/400-Minicomputer geeigneten internen Notstromversorgung enthält eine
integrierte Akku-Ladeeinheit, eine Systemschnittstellenschaltung
und Akkus, die in einem separaten Gehäuse in einem Fach des AS/400-System
untergebracht sind.
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Viele Notstromversorgungen enthalten
einen oder mehrere Akkus, die lediglich eine begrenzte Lebensdauer
haben und regelmäßig ausgewechselt werden
müssen.
Das Computersystem AS/400 zum Beispiel benutzt Bleiakkus, die erst
nach etwa vier Jahren ausgewechselt werden müssen.
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Bei zahlreichen Notstromversorgungen bringt
jedoch das Auswechseln der Akkus mehrere Nachteile mit sich. Zum
Beispiel sind die in solchen Systemen verwendeten Akkus üblicherweise
mit der Ladeeinheit und der Systemschnittstellenschaltung verbunden,
so dass diese Komponenten alle ausgewechselt werden müssen, obwohl
die Schaltung selbst noch in Ordnung ist. Außerdem muss der Akkuwechsel üblicherweise
durch Wartungspersonal erfolgen, da zum Auswechseln der Akkus beträchtlicher
Arbeitsaufwand und Sachkenntnisse erforderlich sind. Außerdem muss
das Computersystem zum Akkuwechsel unter Umständen ganz oder teilweise ausgeschaltet
werden, worunter die Produktivität
des Systems leidet.
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Alle obigen Nachteile führen zu
höheren
Betriebskosten und größeren Umständen für Besitzer und
Bediener solcher Systeme. Daher hat sich ein echter Bedarf an einer
einfach zu unterhaltenden Notstromversorgung ergeben, bei der verbrauchte Akkus
durch einen Besitzer oder Bediener ohne Wartungspersonal gewechselt
werden kann, ohne dass die gesamte Ladeeinheit und andere elektronische Zusatzkomponenten
auszuwechseln sind und ohne dass das System ausgeschaltet werden
muss.
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In der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 463 585 A wird
eine tragbare elektronische Verrichtung mit einem ersten abnehmbaren
Akku, der über einen
ersten Anschluss mit der Vorrichtung verbunden ist, und einem zweiten
Anschluss, an den ein zweiter abnehmbarer Akku oder eine optionale
Komponente wie beispielsweise ein Modem angeschlossen werden kann,
offengelegt.
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Die Erfindung löst dieses und weitere Probleme
nach dem Stand der Technik, indem sie eine Notstromversorgung für ein elektronisches
System mit einer auswechselbaren Akku-Einheit bereitstellt, die an
eine in das elektronische System eingebaute Ladeeinheit angesteckt
wird. Die Akku-Einheit wird über ein
Steckerteil zum Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit angeschlossen, um
das Entnehmen und Auswechseln der Akku-Einheit zu erleichtern. Außerdem kann
die Akku-Einheit vorzugsweise entnommen und ausgewechselt werden,
während
das elektronische System in Betrieb ist, ohne bestimmte Werkzeuge oder
besondere Sachkenntnis zu benötigen.
Darüber hinaus
ist die Akku-Einheit vorzugsweise im wesentlichen umschlossen, um
den Zugriff auf die darin befindlichen Akkus von außen einzuschränken. Daraus ergibt
sich ein sicheres und einfaches System zum Auswechseln der Akkus.
In der Folge erübrigt
sich dadurch oft die Notwendigkeit, zum Auswechseln der Akkus Wartungspersonal
von außen
in Anspruch zu nehmen.
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Bei bevorzugten Ausführungsarten
der Erfindung sind zwei Akkus in einer Akku-Einheit so angeordnet,
dass die Akku-Einheit möglichst
wenig Platz beansprucht. Die Akku-Einheit ist so ausgelegt, dass sie
zu einer eingebauten Ladeeinheit passt, wobei die Akkus an den flachen
Profilteilen der in der Ladeeinheit verwendeten Leiterplatte angeordnet
werden. Vorzugsweise ist ein Akku senkrecht zu einem zweiten Akku
angeordnet, so dass zwischen den Akkus eine Vertiefung zur Aufnahme
eines hohen Profilteils der Leiterplatte frei bleibt, an der größere elektronische
Komponenten platziert werden können,
die relativ weit von der Oberfläche
der Leiterplatte abstehen.
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Daher wird gemäß einem Aspekt der Erfindung
eine Vorrichtung für
eine Notstromversorgung in einem elektronischen System bereitgestellt.
Die Vorrichtung enthält
eine in das elektronische System eingebaute Ladeeinheit, die eine
mit dem elektronischen System elektrisch verbundene Ladeschaltung, ein
Gehäuse
zum Aufnehmen der Ladeschaltung und ein mit der Ladeschaltung elektrisch
verbundenes Steckerteil zum Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit;
und eine an die Ladeeinheit angesteckte abnehmbare Akku-Einheit
enthält,
wobei die Akku-Einheit einen Akku, der mit der Ladeschaltung über ein Buchsenteil
zum Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit
elektrisch verbunden ist, welches zu dem Steckerteil der Ladeeinheit
passt, und ein Gehäuse
zum Aufnehmen des Akkus enthält,
das den Akku umschließt
und somit den Zugriff auf die Akkus von außen wesentlich einschränkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird eine abnehmbare Akku-Einheit zum Anstecken an eine
fest eingebaute Ladeeinheit bereitgestellt, bei der eine Ladeschaltung
auf einer Leiterplatte untergebracht ist und durch ein Gehäuse aufgenommen
wird und die Leiterplatte einen ersten Teil mit einer darauf angebrachten
größeren elektronischen
Komponente und einen zweiten Teil mit einem niedrigen Profil aufweist.
In der Akku-Einheit sind ein erster und eine zweiter Akku; und ein
Gehäuse
zur Aufnahme der Akkus enthalten, wobei sich der zweite Akku im
Allgemeinen senkrecht zum ersten Akku erstreckt und der erste und
der zweite Akku einen Raum einnehmen, der im Allgemeinen dem zweiten Teil
der Leiterplatte benachbart ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Computersystem bereitgestellt, das eine Notstromversorgung
enthält.
Die Notstromversorgung enthält
eine in die Vorrichtung fest eingebaute Ladeeinheit, die eine mit
dem Computersystem elektrisch verbundene Ladeschaltung und ein gemäß den Anforderungen
der elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV) abgeschirmtes Gehäuse
zur Aufnahme der Ladeschaltung enthält; und die eine an die Ladeeinheit
angesteckte abnehmbare Akku-Einheit enthält, wobei die Verbindung über Steckverbinder
zum Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit
zwischen der Akku-Einheit und der Ladeeinheit erfolgt, und wobei
die Akku-Einheit einen über
den Steckverbinder mit der Ladeschaltung verbundenen ersten und
zweiten Akku und ein Gehäuse
zur Aufnahme der Akkus enthält,
um die Akkus zu umschließen
und dadurch den Zugriff auf die Akkus von außen wesentlich einzuschränken, wobei
das Computersystem durch die Ladeeinheit abgeschirmt wird, während die Akku-Einheit
nicht an die Ladeeinheit angesteckt ist.
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Diese sowie weitere die Erfindung
kennzeichnende Vorteile und Merkmale werden in den beiliegenden
Ansprüchen
dargelegt, die einen weiteren Bestandteil der Erfindung bilden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird beispielhaft unter
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Teilexplosionsansicht einer bevorzugten Notstromversorgung
gemäß den Prinzipien
der Erfindung ist;
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2 eine
Seitenansicht der Stromversorgung von 1 ist,
bei der einige Teile entfernt wurden;
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3A eine
perspektivische Teilexplosionsansicht der fest eingebauten Ladeeinheit
der Stromversorgung von 1 ist;
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3B eine
Frontansicht der fest eingebauten Ladeeinheit in der Richtung der
Linie 3B-3B in 3A ist;
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4A eine
perspektivische Teilexplosionsansicht der Akku-Einheit in der Stromversorgung von 1 ist;
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4B eine
Frontansicht der Akku-Einheit in Richtung der Linie 4B-4B von 4A ist;
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5 ein
Funktionsblockschaltbild der Hauptschaltungskomponenten der Stromversorgung von 1 ist.
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In den Zeichnungen werden mit gleichen
Bezugsnummern gleiche Teile bezeichnet, und 1 zeigt eine bevorzugte Notstromversorgung 10 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. Die Stromversorgung 10 enthält im Allgemeinen
eine fest eingebaute Ladeeinheit 20 mit einem Gehäuse 24, das
in ein Gehäuse
eines elektronischen Systems eingebaut ist. Ein Systemsteckverbinder 22 verbindet die
Ladeeinheit mit dem elektronischen System.
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Eine abnehmbare Akku-Einheit 50 enthält den ersten
und den zweiten in einem Gehäuse 52 befindlichen
Akku 60 und 65 und ist an die Ladeeinheit 20 angesteckt.
Ein Buchsenteil 70 an der Akku-Einheit 50 passt
zu einem Steckerteil 72 an der fest eingebauten Ladeeinheit 20 und
verbindet so die Akku-Einheit elektrisch mit der Ladeeinheit.
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Der bevorzugte Anwendungsfall für die Notstromversorgung 10 ist
ein von der International Business Machines Corp. hergestelltes
Minicomputersystem AS/400. Insbesondere sind die Gehäuse der
Ladeeinheit und der Akku-Einheit der bevorzugten Stromversorgung
so ausgelegt, dass sie in dasselbe Fach passen wie eine herkömmliche
integrierte Notstromversorgung. Durch die Verwendung der bevorzugten
Stromversorgung in dem AS/400-System
wird der für
die Stromversorgung benötigte
Raum auf ein Minimum beschränkt
und ferner eine diagnostische Möglichkeit
geschaffen, durch die das Datenverarbeitungsnetz ihren Status überwachen
kann.
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Es ist jedoch klar, dass von der
Verwendung der bevorzugten Stromversorgung viele andere Anwendungen
profitieren können,
darunter viele Hochleistungs-Computersysteme wie Großrechner,
Minicomputer, Supercomputer, Netzwerkserver oder andere Computersysteme,
bei denen der Datenverlust bei Stromausfall beträchtliche Probleme bereiten kann.
Darüber
hinaus können
auch Tischrechner oder Personal Computer oder andere elektronische Systeme
von der bevorzugten Stromversorgung profitieren, bei denen eine
kontinuierliche Stromversorgung wünschenswert ist.
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In den 3A und 3B sind fest eingebaute Ladeeinheiten 20 ausführlicher
gezeigt. Die Ladeeinheit 20 stellt die Schnittstelle zwischen
dem Computersystem und der Akku-Einheit dar, führt die Ladung der Akkus durch,
stellt bei Stromausfall eine Notstromversorgung bereit und überwacht
die Stromversorgung. Zur Ladeeinheit 20 gehört ein Gehäuse 24, das
vorzugsweise aus drei Metallblechteilen 25, 28 und 29 gebildet
wird, die durch eine Vielzahl Maschinenschrauben oder anderer geeigneter
Befestigungselemente zusammengehalten werden. Die Blechkonstruktion
des Gehäuses 24 sorgt
für die EMV-gerechte
Abschirmung der in der Ladeeinheit befindlichen elektronischen Bauelemente
sowie des Computersystems insgesamt, während die Akku-Einheit abgenommen
wird. Das Gehäuse 24 passt
wie oben erörtert
vorzugsweise in das durch ein Computersystem AS/400 für eine Notstromversorgung
bereitgestellte Fach. Ferner ist das Gehäuse vorzugsweise fest, z. B.
durch eine oder mehrere Maschinenschrauben, in das Fach eingebaut,
so dass die Ladeeinheit durch einen Benutzer nicht einfach entnommen
werden kann. Es ist natürlich
klar, dass je nach den speziellen Anwendungsfällen sowie der Anordnung der
elektrischen Schaltungen und Akkus in der Ladeeinheit für das Gehäuse 24 andere
Ausführungen,
Materialien und Montageprozesse verwendet werden können.
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In der Ladeeinheit 20 ist
auch eine im Gehäuse 24 durch
eine Vielzahl von Maschinenschrauben befestigte Leiterplatte 30 enthalten.
Die Leiterplatte 30 wird durch eine Vielzahl von Leisten 26 am Bauteil 25 gehaltert
und durch eine Polypropylenabschirmung 23 zwischen dem
Gehäuse
und der Leiterplatte abgeschirmt.
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Die Leiterplatte 30 wird
in einen ersten und einen zweiten Teil 41 bzw. 42 eingeteilt,
die jeweils einen Bereich mit einem hohen Profil für die Montage gröberer Komponenten
der elektronischen Schaltung und einen Bereich mit einem flachen
Profil ohne solche Komponenten bereitstellen.
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Zu den im ersten Teil 41 montierten
Komponenten können „übergroße" elektronische Komponenten
wie Wärmesenken,
Trafos, Spulen, Relais, Leistungstransistoren, Spannungsregler,
Steckverbinder, Hochstromleitungen, Dioden usw. gehören, die von
der Oberfläche
der Leiterplatte abstehen. Es ist klar, dass jede Stromversorgung/Ladeeinheit
infolge der mit solchen Schaltungen verbundenen relativ hohen Ströme, Leistungen
und Wärmeerzeugung unbedingt
solche „übergroßen" Komponenten benötigt. Zum
Beispiel sind im ersten Teil 41 eine Wärmesenke 31 und eine
Vielzahl von Steckverbindern 32 gezeigt. Natürlich können je
nach der jeweiligen für die
Ladeschaltung verwendeten Schaltung andere „übergroße" Komponenten in diesem Bereich angebracht
sein.
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Der zweite Teil 42 der Leiterplatte 30 ist
als Bereich mit flachem Profil ausgeführt, in dem sich keine „übergroßen" Komponenten befinden.
Die in diesem Bereich befindlichen elektronischen Komponenten ragen
nur geringfügig
aus der Oberfläche
der Leiterplatte hervor. Zum Beispiel können viele integrierte Schaltkreise,
Kondensatoren, Widerstände, Schalttransistoren,
Dioden und manche Transformatoren ein geeignetes Profil aufweisen,
so dass sie in diesem Bereich angebracht werden können. Die
Aufgabe dieses Bereichs der Leiterplatte mit flachem Profil besteht
darin, in der Nähe
der Leiterplatte ausreichend Raum für die Aufnahme der Akku-Einheit bereitzustellen
und dadurch den für
die gesamte Anordnung benötigten
Raum auf ein Minimum zu beschränken.
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Vorzugsweise sind die im Bereich
der Leiterplatte 30 mit dem flachen Profil angebrachten
Komponenten nicht höher
als etwa ein Zentimeter (etwa 0,4 Zoll), wobei alle Komponenten
mit einer größeren Höhe im ersten
Teil 41 untergebracht werden. Bei anderen Anwendungen können jedoch
andere Komponentenhöhen
geeignet sein.
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Die Leiterplatte 30 enthält auch
einen Systemsteckverbinder 22, durch den die Ladeeinheit
mit dem Computersystem elektrisch verbunden wird, sowie ein Steckerteil 72 zum
Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit,
welches die elektrische Verbindung zur Akku-Einheit herstellt. Die
Bauteile 28 und 29 des Gehäuses 24 umschließen die
Leiterplatte. Daher ist klar, dass die Bauteile 28 und 29 des
Gehäuses 24 im Allgemeinen
den ersten und den zweiten Teil 41 bzw. 42 der
Leiterplatte in der bevorzugten Ausführungsart definieren. Es ist
jedoch klar, dass das Profil des Gehäuses aufgrund anderer konstruktiver
Vorgaben wie beispielsweise der jeweiligen Größe und Form der Akkus und des
für die
Akku-Einheit verwendeten Gehäuses
durch die flachen und hohen Profilbereiche der Leiterplatte bestimmt
wird.
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Es ist klar, dass die Ladeeinheit 20 unterschiedliche
Anordnungen gemäß der Erfindung
haben kann. Zum Beispiel kann die Ladeschaltung auf einer Vielzahl
von Leiterplatten angebracht werden, die jeweils hohe und/oder flache
Profilbereiche aufweisen, und das Gehäuse je nach den verschiedenen
Anwendungen unterschiedliche Formen annehmen. Außerdem kann auch die Ladeschaltung,
die (wie im Folgenden ausführlich
erörtert)
die bevorzugte Funktion der Ladeeinheit bereitstellt, je nach den verschiedenen
geforderten Funktionen wie Leistungssteuerung usw. unterschiedlich
gestaltet werden.
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In den 4A und 4B ist die abnehmbare Akku-Einheit 50 ausführlich gezeigt.
Die Akku-Einheit 50 stellt für die Stromversorgung 10 eine
im Wesentlichen abgeschlossene und leicht ansteckbare Stromquelle
bereit, so dass die Akku-Einheiten
nach Ablauf ihrer normalen Lebensdauer durch einen relativ ungeübten Bediener
schnell und sicher entnommen und ausgewechselt werden können.
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Die Akku-Einheit 50 enthält ein Gehäuse 52, das
die Akkus 60 und 65 aufnimmt, um den Zugriff von
außen
einzuschränken.
Das ist besonders wichtig, wenn die Akkus ätzende, giftige oder andere schädliche Materialien
enthalten, um das Personal vor möglicherweise
auslaufenden Akkus zu schützen.
Vorzugsweise besteht der einzige Zugang zur Akku-Einheit in einem
elektrischen Anschluss, der durch einen im Folgenden erörterten
einzigen Steckverbinder 70 bereitgestellt wird.
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Das Gehäuse 52 enthält ein Paar
Bleche 54 und 55, die durch Maschinenschrauben
miteinander verbunden sind. Die Blechkonstruktion umschließt die Akkus
und gewährleistet
in einem bestimmten Maße
eine EMV-Abschirmung der Akku-Einheit und des gesamten Computersystems,
während
die Akku-Einheit installiert wird. Es ist jedoch klar, dass zum Bau
der Akku-Einheit 50 andere
Materialien, z. B. andere Metalle und Kunststoffe sowie andere Montageprozesse
wie z. B. das Plastspritzgießen,
verwendet werden können.
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Die Akkus 60 und 65 sind
im Gehäuse 52 untergebracht.
Die Akkus 60 und 65 sind vorzugsweise Blei/Schwefelsäure-Akkus,
z. B. hermetisch abgedichtete Blei/Schwefelsäure-Akkus vom Hersteller Yuasa-Exide
oder Anderen mit 12 V/7 Rh, die mindestens 2,5 Minuten lang eine
Leistung von 800 W bei einer Gleichspannung von 20 V liefern. Gemäß der Erfindung
können
jedoch beliebig viele und/oder andere Akkus verwendet werden.
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Der erste Akku 60 hat eine
Längsachse,
die im Allgemeinen parallel zu der Richtung liegt, in der die Akku-Einheit
in die Ladeeinheit 20 eingesetzt und wieder entnommen wird.
Der zweite Akku 65 erstreckt sich im Allgemeinen senkrecht
zum ersten Akku und bildet mit diesem zusammen eine L-Form. Dadurch
wird im Gehäuse 52 eine
Aussparung 53 gebildet, die den Bereich der Leiterplatte 30 mit
dem hohen Profil aufnimmt.
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Es ist klar, dass die beiden Akkus
so angeordnet sind, dass sie im Bereich des flachen Profils der
Leiterplatte der Ladeeinheit liegen, um den für die Stromversorgung insgesamt
benötigten
Platz auf ein Mindestmaß zu
beschränken.
Insbesondere nehmen die beiden Akkus einen dem zweiten Teil der
Leiterplatte benachbarten Raum ein, wobei die Aussparung in der
Akku-Einheit den ersten Teil der Leiterplatte mit dem hohen Profil
aufnimmt. Zwar sind auch andere Akkuanordnungen möglich, jedoch
benötigen die
alternativen Anordnungen mehr Platz. Es zeigte sich, dass bei der
bevorzugten Ausrichtung der Akkus der für die Stromversorgung benötigte Platz
stark verringert wird.
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Die Akku-Einheit 50 enthält vorzugsweise eine
Mindestanzahl von Komponenten, die das Auswechseln der Akkus einfach
und mit geringem Aufwand gestalten. Vorzugsweise nimmt das Gehäuse 52 als
einzige Komponenten die Akkus 60 und 65, den Steckverbinder 70 und
die Kontaktbrücken 71, 80, 82 und 84 auf.
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Die Ladeeinheit 20 und die
Akku-Einhoit 50 sind mit einem Steckverbinderpaar 70 und 72 zum Einstecken
ohne Einsichtmöglichkeit
verbunden, das am besten in den 1, 3A und 4A zu sehen ist. Das Steckverbinderpaar 70 und 72 stellt
die einzige elektrische Verbindung zwischen der Akku-Einheit 50 und der
Ladeeinheit 20 her.
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Bei dem bevorzugten Steckverbinderpaar 70 und 72 handelt
es sich um einen Steckverbinder zum Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit,
bei dem mindestens über
einige Kontakte mindestens 40 A je Verbindung (oder Kontaktstift)
fliegen können.
Zum Beispiel werden durch die Firma AMP of Pennsylvania geeignete
Steckverbinder hergestellt, die für 50 A je Kontaktstift ausgelegt
sind. Bei der Akku-Einheit 50 beinhaltet der Steckverbinder 70 vorzugsweise
ein Gehäuse
Nr. 213426-1 und Buchsen Nr. 211161.1. Bei der Ladeeinheit 20 beinhaltet
der Steckverbinder 72 vorzugsweise ein Gehäuse Nr.
213427-1 und Kontaktstifte Nr. 213552-2.
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Diese bevorzugten Steckverbinder
sind für hinreichend
hohe Ströme
pro Kontaktstift ausgelegt, so dass gequetschte Einzelstecker verwendet
werden können.
Alternativ können
bei weniger leistungsfähigen
Ausführungen
mehrere Kontakte an verschiedenen Steckverbindern genutzt werden,
um die benötigten
Ströme
zu gewährleisten.
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Die Steckverbinder selbst bieten
15 elektrische Einzelkontakte (davon drei Hochstromkontakte). Bei
der bevorzugten Stromversorgung werden zwei der Hochstromkontakte
für die
Verbindung der Akkus mit der Ladeeinheit genutzt. Außerdem fungieren
ein zweites Paar Niederstromkontakte als Kontaktbrücke 71,
damit die Ladeeinheit erkennen kann, ob die Akku-Einheit abgenommen
wurde, wobei die beiden Kontakte des Steckverbinders 70 direkt
miteinander verbunden sind, um die beiden entsprechenden Kontakte
des Steckverbinders 72 kurzzuschließen, wenn die Akku-Einheit
an die Ladeeinheit angesteckt ist. Da die Kontaktbrücke nur
eine Logikfunktion zu erfüllen
hat, brauchen die Kontakte des Kontaktpaars keine Hochstromkontakte
zu sein. Es ist klar, dass alternativ andere Steckverbinder verwendet
werden können.
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Der Steckverbinder 70 an
der Akku-Einheit 50 ist vorzugsweise eine Buchse mit vertieften
Anschlüssen,
um den Zugriff auf die elektrischen Kontakte von außen während des
Entnehmens der Akku-Einheit aus der Ladeeinheit und der Installation der
Akku-Einheit zu erschweren. Der Steckverbinder 72 der Ladeeinheit
ist ein Stecker mit entsprechenden Kontakten für die Kontakte der Buchse 70.
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Die Steckverbinder 70 und 72 haben
auch ineinander passende Führungselemente 75 und 77, die
das Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit
unterstützen,
indem sie die Steckverbinder beim Anstecken der Akku-Einheit an
die Ladeeinheit zueinander ausrichten. Vorzugsweise sind die Führungsstifte 75 am
Steckverbinder 70 der Akku-Einheit angebracht, jedoch kann
alternativ auch die umgekehrte Anordnung verwendet werden.
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Die Führungsstifte 75 sind
im Allgemeinen kegelförmig,
und entsprechende kegelförmige
Vertiefungen oder Öffnungen
sind in den Führungsaufnahmen 77 gebildet.
In Verbindung mit dem Abstand zwischen dem Gehäuse 52 der Akku-Einheit 50 und
dem im Gehäuse 24 der
Ladeeinheit 20 gebildeten Innenfach 27 (siehe 1) wird allgemein sichergestellt, dass
eine in die Ladeeinheit eingesteckte Akku-Einheit so ausgerichtet
wird, dass der Bediener beim Einsetzen der Akku-Einheit die Steckverbinder 70 und 72 ohne
besondere Führungsmittel
richtig miteinander verbindet. Zum Anstecken der Akku-Einheit an
die Ladeeinheit muss die Akku-Einheit nur in das Fach der Ladeeinheit
eingesetzt und angedrückt
werden.
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Es ist klar, dass alternativ auch
andere Führungselemente
und deren Ausführungen
einschließlich
separater Führungselemente
an anderen Teilen der Gehäuse
verwendet werden können,
um die automatische Ausrichtung der Akku-Einheit auf die Ladeeinheit
zu erleichtern. Allgemein werden vorzugsweise Steckverbinder zum
Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit
bereitgestellt, damit ein Bediener die Steckverbinder während des
Ansteckens nicht zu sehen braucht bzw. beim Ausrichten der Steckverbinder
keine besondere Vorsicht walten lassen muss.
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Die Steckverbinder 70 und 72 befinden
sich wie in 2 gezeigt
vorzugsweise an direkt gegenüberliegenden
Flächen
der Akku-Einheit und der Ladeeinheit (Bauteile 57 bzw. 29),
die im Allgemeinen senkrecht zur Einsetz- und Entnahmerichtung liegen. Durch
diese Ausrichtung der Steckverbinder können diese durch einfaches
Einschieben der Akku-Einheit an Ort und Stelle miteinander verbunden
werden. Außerdem
sind die Steckverbinder bei eingesteckter Akku-Einheit im Einsteckfach
im Wesentlichen verdeckt, um den Zugriff auf die Steckverbinder
bei eingesteckter Akku-Einheit von außen zu verhindern. Es können jedoch
auch andere Stellungen der Steckverbinder verwendet werden.
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5 veranschaulicht
die Hauptkomponenten der Ladeschaltung der Stromversorgung 10.
Die Ladeschaltung ist für
die Gesamtsteuerung der Notstromversorgung 10 verantwortlich
und sorgt in erster Linie für
den Ladezustand der Akkus in der Akku-Einheit 20. Außerdem enthält die Ladeschaltung eine
für Stromversorgungen
nützliche
Fähigkeit, nämlich den
Stromausfall der Hauptstromversorgung eines elektronischen oder
Computersystems 100 festzustellen und in diesem Fall die
Stromversorgung aufrechtzuerhalten, eine Diagnosefunktion zum Feststellen
des Ladezustandes der Akkus und zum Anzeigen des notwendigen Akkuwechsels
sowie eine Systemschnittstelle, um der Hauptelektronik oder dem
Computersystem solche Informationen zu übermitteln.
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Die Ladeschaltung der Ladeeinheit 20 wird durch
einen Mikroprozessor 45 mittels eines in einem Nur-Lese-Speicher
gespeicherten Programms gesteuert, wobei in einem Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) Arbeitsspeicher zur Verfügung gestellt wird. Die beiden
Speicher sind vorzugsweise in den Mikroprozessor 45 integriert,
obwohl sie bei anderen Anwendungen auch als separate Bauelemente
bereitgestellt werden können.
Der Mikroprozessor 45 steuert einen Block 48 zur
Stromversorgung/Akkuladung, der Hochstromkomponenten enthält, welche Strom
sowohl zum Laden der Akkus als auch bei Stromausfall zur Stromversorgung
des Computersystems bereitstellen.
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Die Einheit 48 zur Stromversorgung/Akkuladung
ist vorzugsweise eine hochfrequenzgeschaltete Gleichstromversorgung
mit einem Trenntrafo, dessen Konstruktion in der Technik allgemein
bekannt ist. Der Prozessor 45 empfängt solche Informationen wie
beispielsweise die Akkuspannungen und den Ladestrom vom Block 48.
Der Prozessor 45 kann den Block 48 auch so steuern,
dass die Ladeeinheit ein- und ausgeschaltet wird.
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Der Block 48 zur Stromversorgung/Akkuladung
enthält
vorzugsweise eine Schnittstellenschaltung, die aktive („heiße") Verbindungen und
Trennungen zwischen den Steckverbindern 70 und 72 bereitstellen,
so dass eine Akku-Einheit
entnommen und ausgewechselt werden kann, ohne den Strom zur Ladeeinheit
abzuschalten oder gar das gesamte Computersystem auszuschalten oder
seinen Zustand zu ändern.
Die aktiven („heißen") Verbindungen können auf
eine in der Technik allgemein bekannte Weise bereitgestellt werden.
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Die Akkus 60 und 65 der
Akku-Einheit 50 sind über
ein Paar Kontaktbrücken 82 und 84 mit
der Einheit 48 zur Stromversorgung/Akkuladung verbunden.
Darüber
hinaus ist der Pluspol des Akkus 60 über eine Kontaktbrücke 80 mit
dem Minuspol des Akkus 65 verbunden. Alle Kontaktbrücken 80, 82 und 84 sind
ferner zum Beispiel in 4A dargestellt.
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Die Ladeeinheit 20 ist über den
Steckverbinder 22 auch mit dem Computersystem 100 verbunden.
Im Steckverbinder 22 wird ein Paar bidirektionaler Stromleitungen
(VEIN und MASSE in 5) bereitgestellt, die die Akkus mit
dem Computersystem verbindet. Der Prozessor 45 steht über eine
serielle Schnittstelle auch mit dem Computersystem 100 in Verbindung,
so dass das Computersystem in der Lage ist, die Stromversorgung 10 abzufragen
und den Zustand der Ladeeinheit und der Akku-Einheit festzustellen.
Außerdem
ist der Prozessor in der Lage, das Computersystem davon in Kenntnis
zu setzen, wenn keine Akku-Einheit installiert ist, so dass das
System bei entnommener Akku-Einheit die Ladeeinheit ignoriert und
keinen Fehler der Notstrombatterie anzeigt. Der Prozessor 45 erkennt
das Entnehmen einer Akku-Einheit durch oben beschriebene Kontaktbrücke 71.
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Dem Fachmann sind die zur Realisierung
der Ladeschaltungen der Ladeeinheit 20 benötigten verschiedenen
Komponenten allgemein bekannt. Zum Beispiel werden eine geeignete
Akkuladekonfiguration sowie Programmroutinen zur Steuerung der Ladeeinheit
in der US-Patentschrift 5 617 007 unter dem Titel „Battery
Charging Method and Apparatus Using Current Control" beschrieben, die
durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument einbezogen ist. Die einzelnen
zur Realisierung der Ladeeinheit 20 erforderlichen Komponenten
und ihre Ausführungsart sind
für das
Verständnis
der Funktionsweise der Erfindung nicht erforderlich und werden daher
nicht ausführlich
erörtert.
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Das Entnehmen und Auswechseln einer
Akku-Einheit 50 in der Ladeeinheit 20 wird wie
folgt durchgeführt.
Normalerweise stellt das Computersystem 100 über die
Ladeeinheit 20 fest, dass eine Akku-Einheit ausgewechselt
werden muss, indem die Ladeeinheit im Allgemeinen erkennt, dass
die Akkus ihren Ladezustand nicht mehr aufrechterhalten können. Die
Ladeeinheit 20 informiert dann das Computersystem, welches
anschließend über eine
Systemwarnung einen Bediener darüber
informiert, dass die Akku-Einheit ausgewechselt werden muss.
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Dann entfernt ein Bediener eine Abdeckung und
eine über
dem Fach in dem Computersystem angebrachte EMV-Abschirmung. Die
Akku-Einheit wird durch Lösen
eines Paars gesicherter Flügelschrauben 58 an
der Akku-Einheit und Herausziehen der alten Akku-Einheit an einem
Schlüsselring 51 entnommen.
Die Schrauben 58 und der Schlüsselring 51 sind in 4B genauer dargestellt.
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Um die Akku-Einheit zu ersetzen,
wird eine neue Akku-Einheit in das Fach in der Ladeeinheit eingesetzt
und in die Endposition gedrückt,
wobei durch das automatische Einstecken ohne Einsichtmöglichkeit
eine Verbindung zwischen den Steckverbindern 70 und 72 hergestellt
wird, ohne dass diese durch den Bediener genau ausgerichtet werden
müssen. Dann zieht
der Bediener die Flügelschrauben 58 wieder
an und baut die EMV-Abschirmung und die Abdeckung ein.
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Durch die Verwendung der bevorzugten
Notstromversorgung werden mehrere Vorteile erzielt. Erstens können Akku-Einheiten
durch Bediener sicher und einfach sowie ohne spezielle Werkzeuge ausgewechselt
werden. Alle mechanischen Verbindungen wie beispielsweise Flügelschrauben
können manuell
bedient werden. Darüber
hinaus ermöglicht die
automatische Einsteckfunktion, eine Akku-Einheit einfach an eine
Stelle zu schieben, ohne die Steckverbinder genau ausrichten zu
müssen.
Außerdem kann
die Akku-Einheit im aktiven („heißen") Zustand entnommen
und ausgewechselt werden, ohne dass die Ladeeinheit oder das Computersystem
abgeschaltet und der normale Betrieb des Computersystems unterbrochen
werden muss. Zweitens weist die Akku-Einheit außer den Akkus nur sehr wenige
Komponenten auf, wodurch die Ersatz-Akku-Einheiten billig und einfach
werden. Drittens ist die Akku-Einheit vollkommen gekapselt, und
die Steckverbinder der Akku-Einheit sind in dem Stecker ohne Einsichtmöglichkeit
vertieft angeordnet, so dass die Gefahr, dass der Benutzer gefährlichen
Chemikalien oder elektrischen Strömen usw. ausgesetzt wird, auf
ein Mindestmaß herabgesetzt
wird. Durch die oben beschriebenen Ausführungsarten können auch
weitere Vorteile erzielt werden.
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An den bevorzugten Ausführungsarten
können
verschiedene Änderungen
vorgenommen werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
Daher wird die Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche definiert.