DE202023104816U1

DE202023104816U1 - Module for insertion into a rack with electrical control of the locked state in the rack

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Publication number: DE202023104816U1
Application number: DE202023104816.1U
Authority: DE
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2023-08-24
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2033-08-25

Abstract

Modul (1) zum Einführen in ein Rack (2), umfassend:
• einen Einbauraum (11) für eine Schaltung und/oder ein Gerät (12);
• elektrische Kontakte (13), die
o mit der Schaltung und/oder dem Gerät (12) verbindbar sind und,
o wenn das Modul (1) in der in das Rack (2) eingeführten Position ist, zusätzlich mit korrespondierenden elektrischen Kontakten des Racks (2) verbindbar sind,
• einen Verriegelungsmechanismus (14), der dazu ausgebildet ist, das Modul (1) in der in das Rack (2) eingeführten Position gegen das Rack (2) zu verriegeln und
• einen Permanentmagneten (15), der so an den Verriegelungsmechanismus (14) gekoppelt ist, dass er im verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus (14) eine andere Position relativ zu einem Magnetfeldsensor (4) einnimmt als im entriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus (14).

Module (1) for insertion into a rack (2), comprising:
• an installation space (11) for a circuit and/or a device (12);
• electrical contacts (13), which
o can be connected to the circuit and/or the device (12) and,
o when the module (1) is in the position inserted into the rack (2), it can also be connected to corresponding electrical contacts of the rack (2),
• a locking mechanism (14) which is designed to lock the module (1) against the rack (2) in the position inserted into the rack (2) and
• a permanent magnet (15) which is coupled to the locking mechanism (14) in such a way that it assumes a different position relative to a magnetic field sensor (4) when the locking mechanism (14) is locked than when the locking mechanism (14) is unlocked.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf in ein Rack einführbare Module, wie beispielsweise in Industriesteueranlagen und Massenspeichersystemen, die in dem Rack verriegelbar sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf Systeme, die ein Rack und derartige Module umfassen.The invention relates to modules that can be inserted into a rack, such as in industrial control systems and mass storage systems, which can be locked in the rack. The invention also relates to systems comprising a rack and such modules.

HINTERGRUNDBACKGROUND

In vielen Anlagen, wie etwa Industriesteuerungssystemen, sind Funktionseinheiten, wie etwa Ein/Ausgabe-Module, in Racks zusammengefasst. Ein Rack erlaubt typischerweise das Einführen einer Mehrzahl oder Vielzahl von Modulen und kann insbesondere beispielsweise für jedes Modul elektrische Kontakte bereitstellen, über die das jeweilige Modul mit Energie versorgt werden kann, mit einem Netzwerk oder anderen Geräten verbunden werden kann oder seinerseits andere Geräte ansteuern kann. Durch das Zusammenfassen der Module in einem Rack können insbesondere mehr Module auf engerem Raum untergebracht werden, und es kann Verkabelungsaufwand eingespart werden. So können insbesondere beispielsweise beim Einführen des Moduls in das Rack alle elektrischen Verbindungen des Moduls mit der Außenwelt auf einmal hergestellt werden, statt verschiedene Anschlüsse durch das Einstecken von Steckern separat vornehmen und dabei auch noch auf korrekte Zuordnungen achten zu müssen.In many systems, such as industrial control systems, functional units such as input/output modules are grouped together in racks. A rack typically allows the introduction of a plurality or multiplicity of modules and can in particular, for example, provide electrical contacts for each module via which the respective module can be supplied with energy, can be connected to a network or other devices or can in turn control other devices. By combining the modules in a rack, more modules can be accommodated in a smaller space and cabling effort can be saved. For example, when inserting the module into the rack, all electrical connections of the module to the outside world can be made at once, instead of having to make different connections separately by inserting plugs and also having to pay attention to correct assignments.

Um eine störungsfreie Funktion des Moduls zu gewährleisten, müssen alle elektrischen Verbindungen des Moduls mit dem Rack jederzeit ohne Wackelkontakte fest sitzen. Weiterhin ist es in der Regel unerwünscht, dass ein Modul im laufenden Betrieb einfach aus dem Rack herausgezogen wird. Hierdurch fällt nicht nur die eingeplante Funktion des Moduls weg, sondern es kann auch zu Schäden kommen, wenn beispielsweise Verbindungen, über die ein hoher elektrischer Strom fließt, unter Last getrennt werden. Daher sind vielfach Möglichkeiten vorgesehen, das Modul in dem Rack mechanisch zu verriegeln.To ensure trouble-free function of the module, all electrical connections between the module and the rack must be tight at all times without loose contacts. Furthermore, it is generally undesirable for a module to simply be pulled out of the rack during operation. This not only eliminates the planned function of the module, but damage can also occur if, for example, connections through which a high electrical current flows are disconnected under load. There are therefore many options for mechanically locking the module in the rack.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Zuverlässigkeit von Anordnungen aus Modulen in Racks zu verbessern.The object of the present invention is to improve the reliability of arrangements of modules in racks.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Modul gemäß einem ersten unabhängigen Anspruch sowie durch ein System gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen.This task is solved by a module according to a first independent claim and by a system according to a further independent claim. Further advantageous refinements result from the subclaims relating thereto.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF INVENTION

Die Erfindung stellt ein Modul zum Einführen in ein Rack bereit. Hierbei kann das Rack insbesondere beispielsweise zur Aufnahme einer Mehrzahl oder Vielzahl von Modulen dienen und bestimtme Einrichtungen, die von mehreren Modulen benötigt werden, gesammelt bereitstellen. Beispielsweise können viele Module gemeinsam mit Energie versorgt, gekühlt oder mit einem Netzwerk verbunden werden. Zu diesem Zweck kann das Rack beispielsweise elektrische Kontakte aufweisen, die mit hierzu korrespondierenden Kontakten des Moduls verbindbar sind und in eine gemeinsame sogenannte Backplane für die Verbindung der Module untereinander, und/oder für die Verbindung der Module zu weiteren Ressourcen, münden.The invention provides a module for insertion into a rack. In this case, the rack can be used in particular, for example, to accommodate a plurality or multiplicity of modules and to collectively provide certain facilities that are required by several modules. For example, many modules can be powered, cooled or connected to a network together. For this purpose, the rack can, for example, have electrical contacts that can be connected to corresponding contacts of the module and lead to a common so-called backplane for connecting the modules to one another and/or for connecting the modules to other resources.

Das Modul weist einen Einbauraum für eine Schaltung und/oder ein Gerät auf. Diese Schaltung, bzw. dieses Gerät, gibt dem Modul seine gewünschte Funktion. Beispielsweise kann das Modul eine Aufnahme für eine Platine aufweisen, auf der eine Schaltung, wie beispielsweise ein Controller oder ein Eingabe/Ausgabe-Modul eines industriellen Steuerungssystems, implementiert ist. Das Modul kann auch beispielsweise eine Aufnahme für eine Festplatte oder einen SSD-Speicher aufweisen und es so ermöglichen, die Festplatte, bzw. den SSD-Speicher, mit dem Rack zu verbinden. Beide Möglichkeiten schließen sich nicht gegenseitig aus. Das Modul kann beispielsweise neben einer Festplatte oder einem SSD-Speicher auch eine Controllerschaltung aufweisen, die eine Abstraktionsebene für den Zugriff auf die Festplatte, bzw. den SSD-Speicher, bereitstellt.The module has an installation space for a circuit and/or a device. This circuit, or device, gives the module its desired function. For example, the module may have a receptacle for a circuit board on which a circuit, such as a controller or an input/output module of an industrial control system, is implemented. The module can also, for example, have a receptacle for a hard drive or SSD storage, thus making it possible to connect the hard drive or SSD storage to the rack. Both options are not mutually exclusive. For example, in addition to a hard drive or SSD storage, the module can also have a controller circuit that provides an abstraction level for access to the hard drive or SSD storage.

Das Modul weist elektrische Kontakte auf. Diese elektrischen Kontakte sind mit der Schaltung und/oder dem Gerät verbindbar. In der in das Rack eingeführten Position sind die elektrischen Kontakte des Moduls zusätzlich mit korrespondierenden elektrischen Kontakten des Racks verbindbar. Weiterhin weist das Modul einen Verriegelungsmechanismus auf, der dazu ausgebildet ist, das Modul in der in das Rack eingeführten Position gegen das Rack zu verriegeln. Im entriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus kann das Modul in das Rack eingeführt und aus dem Rack entnommen werden. Im verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus ist die Entnahme des Moduls aus dem Rack nicht möglich. Der Verriegelungsmechanismus kann insbesondere beispielsweise durch Bewegung eines Betätigungselements mit einer Bewegung, die von der Bewegung des Einführens bzw. Entnehmens des Moduls verschieden ist, zwischen dem entriegelten Zustand und dem verriegelten Zustand umgeschaltet werden.The module has electrical contacts. These electrical contacts can be connected to the circuit and/or the device. In the position inserted into the rack, the electrical contacts of the module can also be connected to corresponding electrical contacts of the rack. Furthermore, the module has a locking mechanism which is designed to lock the module against the rack in the position inserted into the rack. When the locking mechanism is unlocked, the module can be inserted into and removed from the rack. When the locking mechanism is locked, it is not possible to remove the module from the rack. The locking mechanism can in particular be switched between the unlocked state and the locked state, for example by moving an actuating element with a movement that is different from the movement of inserting or removing the module.

Das Modul weist weiterhin einen Permanentmagneten auf. Dieser Permanentmagnet ist so an den Verriegelungsmechanismus gekoppelt, dass er im verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus eine andere Position relativ zu einem Magnetfeldsensor einnimmt als im entriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus. Dabei kann der Magnetfeldsensor insbesondere beispielsweise am Modul angeordnet sein, aber auch beispielsweise am Rack.The module also has a permanent magnet. This permanent magnet is coupled to the locking mechanism in such a way that it assumes a different position relative to a magnetic field sensor when the locking mechanism is locked than when the locking mechanism is unlocked. The magnetic field sensor can in particular be arranged, for example, on the module, but also, for example, on the rack.

Indem beim Wechsel zwischen dem entriegelten Zustand und dem verriegelten Zustand die Position des Permanentmagneten verändert wird, ändert sich ein durch den Magnetfeldsensor erzeugtes elektrisches Signal. Auf diese Weise kann auf elektrischem Wege überwacht werden, ob das Modul gegen das Rack verriegelt ist.By changing the position of the permanent magnet when changing between the unlocked state and the locked state, an electrical signal generated by the magnetic field sensor changes. In this way, it can be monitored electrically whether the module is locked against the rack.

Diese Information kann insbesondere beispielsweise genutzt werden, um das System, und/oder das Modul, in beliebiger Weise auf die Entnahme des Moduls vorzubereiten. Da das Entriegeln des Verriegelungsmechanismus der Entnahme des Moduls vorausgeht, gibt es zwischen dem Erkennen des Entriegelns und der tatsächlichen Entnahme eine Vorwarnzeit, in der beispielsweise das Modul ordnungsgemäß heruntergefahren oder Daten gesichert werden können.This information can be used in particular, for example, to prepare the system and/or the module in any way for the removal of the module. Since the unlocking of the locking mechanism precedes the removal of the module, there is a warning time between the detection of the unlocking and the actual removal, during which, for example, the module can be shut down properly or data can be saved.

Dabei ist die Erkennung über das Magnetfeld robuster und zuverlässiger als eine Erkennung auf elektro-mechanischem Wege, wie beispielsweise über einen Mikroschalter. Insbesondere wenn ein Modul sehr lange in unveränderter Position seinen Dienst getan hat und der Verriegelungsmechanismus entsprechend lange in der verriegelten Position gewesen ist, kann ein Mikroschalter mechanisch verklebt und/oder verklemmt sein. Er reagiert dann möglicherweise nicht, wenn der Verriegelungsmechanismus entriegelt wird, so dass die Vorwarnung vor der Entnahme des Moduls wegfällt.Detection via the magnetic field is more robust and reliable than detection via electro-mechanical means, such as via a microswitch. In particular, if a module has served in an unchanged position for a very long time and the locking mechanism has been in the locked position for a correspondingly long time, a microswitch can be mechanically stuck and/or jammed. It may then not respond when the locking mechanism is unlocked, eliminating the advance warning before module removal.

Somit ist durch die erhöhte Zuverlässigkeit der Erkennung des Entriegelns die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems, zu dem das Modul gehört, verbessert.The increased reliability of unlocking detection therefore improves the reliability of the overall system to which the module belongs.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf ein System mit einem Rack zur Aufnahme eines oder mehrerer Module. Hierbei weist das Modul jeweils einen Einbauraum für eine Schaltung und/oder ein Gerät sowie elektrische Kontakte, die mit der Schaltung und/oder dem Gerät verbindbar sind, auf. Das Rack weist zu elektrischen Kontakten des Moduls korrespondierende elektrische Kontakte auf, die, wenn das Modul in der in das Rack eingeführten Position ist, mit den elektrischen Kontakten des Moduls verbindbar sind.Accordingly, the invention also relates to a system with a rack for holding one or more modules. The module each has an installation space for a circuit and/or a device as well as electrical contacts that can be connected to the circuit and/or the device. The rack has electrical contacts corresponding to electrical contacts of the module, which, when the module is in the position inserted into the rack, can be connected to the electrical contacts of the module.

Das System weist einen Verriegelungsmechanismus auf, der dazu ausgebildet ist, das Modul in der in das Rack eingeführten Position gegen das Rack zu verriegeln. Weiterhin sind ein an den Verriegelungsmechanismus gekoppelter Permanentmagnet sowie ein Magnetfeldsensor vorgesehen. Dieser Magnetfeldsensor ist so relativ zu dem Permanentmagneten angeordnet, dass der Magnetfeldsensor im entriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus ein anderes Signal abgibt als im verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus.The system includes a locking mechanism configured to lock the module against the rack in the inserted position into the rack. Furthermore, a permanent magnet coupled to the locking mechanism and a magnetic field sensor are provided. This magnetic field sensor is arranged relative to the permanent magnet in such a way that the magnetic field sensor emits a different signal when the locking mechanism is unlocked than when the locking mechanism is locked.

Hierdurch werden die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt. Der Permanentmagnet und der Magnetfeldsensor können hierbei frei auf das Modul und das Rack verteilt werden. Insbesondere kann der Magnetfeldsensor beispielsweise dort angeordnet sein, wo auf die Information, dass eine Entnahme des Moduls aus dem Rack bevorsteht, sinnvollerweise zuerst reagiert wird.This achieves the advantages described above. The permanent magnet and the magnetic field sensor can be freely distributed across the module and the rack. In particular, the magnetic field sensor can, for example, be arranged where it makes sense to respond first to the information that the module is about to be removed from the rack.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl der Permanentmagnet als auch der Magnetfeldsensor am Modul angeordnet. Auf diese Weise ist das Modul in der Lage, sich selbst auf die bevorstehende Entnahme aus dem Rack vorzubereiten. Insbesondere besteht eher am Modul als am Rack eine Notwendigkeit für solche Vorbereitungen, um beispielsweise Schäden an Komponenten zu vermeiden.In a particularly advantageous embodiment, both the permanent magnet and the magnetic field sensor are arranged on the module. In this way, the module is able to prepare itself for the upcoming removal from the rack. In particular, there is a need for such preparations on the module rather than on the rack, for example to avoid damage to components.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Modul, bzw. das System, somit eine Sicherheitsschaltung, die dazu ausgebildet ist, in Antwort auf ein mit dem Magnetfeldsensor erkanntes beginnendes oder vollendetes Entriegeln des Verriegelungsmechanismus das Modul in einen für das Entfernen des Moduls aus dem Rack sicheren Betriebszustand zu versetzen.In a particularly advantageous embodiment, the module or the system therefore comprises a safety circuit which is designed to convert the module into a safe location for removing the module from the rack in response to an incipient or completed unlocking of the locking mechanism detected by the magnetic field sensor to set the operating state.

Dieses Versetzen in den sicheren Betriebszustand kann insbesondere beispielsweise umfassen,

• einen Computer und/oder Mikrocontroller des Moduls ordnungsgemäß herunterzufahren, und/oder
• Informationen, die von dem Modul verarbeitet werden, in einem nichtflüchtigen Speicher zu speichern, und/oder
• eine Energieübertragung zwischen dem Modul und dem Rack zu beenden, und/oder
• mindestens einen am Modul angeordneten Kondensator zu entladen.

This setting into the safe operating state can in particular include, for example,

• properly shut down a computer and/or microcontroller of the module, and/or
• Store information processed by the module in non-volatile memory, and/or
• terminate energy transfer between the module and the rack, and/or
• to discharge at least one capacitor arranged on the module.

So können beispielsweise im normalen Betrieb des Moduls hohe Ströme zwischen dem Modul und dem Rack fließen. Beispielsweise kann das Modul insgesamt einen hohen Strombedarf haben. Das Modul kann aber auch beispielsweise externe Geräte, wie etwa Elektromagnete oder Motoren, mit hohen Strömen ansteuern. Wenn hohe Ströme durch das Trennen von Steckverbindungen unter Last plötzlich unterbrochen werden, kann es zu Abreißfunken kommen, die die Steckverbindungen thermisch beschädigen. Auch kann es beispielsweise durch Selbstinduktion zu Überspannungen kommen, die Schäden an Bauteilen verursachen können. Daher ist es von Vorteil, vor dem Trennen der Verbindung die hohen Ströme zunächst auf eine dafür vorgesehene Weise zu beenden, die Abreißfunken und/oder Selbstinduktion vermeidet.For example, during normal operation of the module, high currents can flow between the module and the rack. For example, the module may have a high overall power requirement have. The module can also control external devices, such as electromagnets or motors, with high currents. If high currents are suddenly interrupted by disconnecting plug connections under load, sparks can occur that cause thermal damage to the plug connections. Self-induction can also lead to overvoltages, for example, which can cause damage to components. It is therefore advantageous, before disconnecting the connection, to first terminate the high currents in a manner intended for this purpose that avoids breakaway sparks and/or self-induction.

Weiterhin können in Kondensatoren des Moduls im Betrieb erhebliche Energiemengen gespeichert werden. Wenn hierbei an den Kondensatoren Spannungen anliegen, die die Grenze der Schutzkleinspannung überschreiten, ist ein Schutz gegen Berührung dieser Spannungen erforderlich. Ist das Modul in das Rack eingeführt, kann das Rack diesen Berührungsschutz gewährleisten. Wird das Modul jedoch aus dem Rack entfernt, kann beispielsweise eine Platine mit einer elektrischen Schaltung offen liegen, und insbesondere Lötpunkte oder Kontakte von Bauteilen können berührbar sein. Dann besteht Stromschlaggefahr, da der Kondensator bei Berührung zunächst einen hohen Strom abgeben kann. Durch das Entladen des Kondensators kann diese Stromschlaggefahr beseitigt werden.Furthermore, significant amounts of energy can be stored in the module's capacitors during operation. If there are voltages on the capacitors that exceed the safety extra-low voltage limit, protection against contact with these voltages is required. If the module is inserted into the rack, the rack can ensure this contact protection. However, if the module is removed from the rack, a circuit board with an electrical circuit, for example, may be exposed, and in particular soldering points or contacts of components may be touchable. There is then a risk of electric shock as the capacitor can initially emit a high current when touched. Discharging the capacitor can eliminate this risk of electric shock.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der Verriegelungsmechanismus ein am Modul drehbar gelagertes Verriegelungselement auf. Dieses Verriegelungselement ist im entriegelten Zustand an einer Haltestruktur des Racks vorbeiführbar oder durch diese Haltestruktur hindurchführbar. Durch Drehen ist das Verriegelungselement in den verriegelten Zustand überführbar, in dem es die Haltestruktur hintergreift. Bei einem Versuch, das Modul im verriegelten Zustand aus dem Rack herauszuziehen, stützt sich das Verriegelungselement dann auf der Haltestruktur ab. Dabei kann die Haltestruktur viel Kraft aufnehmen. Sie wird somit nicht beschädigt, wenn ein Bediener das Scheitern des Herausziehens nicht auf die Verriegelung zurückführt, sondern auf ein Verklemmen des Moduls, und entsprechend mehr Kraft aufwendet. Weiterhin liefert eine Drehung des Permanentmagneten relativ zum Magnetfeldsensor ein besonders gut erkennbares Signal. Das Signal ist stärker als wenn beispielsweise nur der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem Magnetfeldsensor geändert wird.In a further particularly advantageous embodiment, the locking mechanism has a locking element which is rotatably mounted on the module. In the unlocked state, this locking element can be guided past a holding structure of the rack or can be passed through this holding structure. By turning, the locking element can be moved into the locked state, in which it engages behind the holding structure. If an attempt is made to pull the module out of the rack in the locked state, the locking element is then supported on the holding structure. The holding structure can absorb a lot of force. It will therefore not be damaged if an operator does not attribute the failure to pull it out to the locking mechanism, but rather to the module jamming, and uses more force accordingly. Furthermore, a rotation of the permanent magnet relative to the magnetic field sensor provides a particularly easily recognizable signal. The signal is stronger than if, for example, only the distance between the permanent magnet and the magnetic field sensor is changed.

In dieser Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn der entriegelte Zustand durch Drehung des Verriegelungselements um 90° in den verriegelten Zustand überführbar ist. Weiterhin ist eine solche Drehung ein Vorgang, der bewusst ausgeführt werden muss und kaum versehentlich ausgeführt werden kann, etwa durch Gegenstoßen gegen das Verriegelungselement oder ein hiermit verbundenes Betätigungselement. Schließlich bietet eine Drehung um 90° auch eine gewisse Vorwarnzeit, um beispielsweise das Modul in einen sicheren Betriebszustand zu versetzen, bevor es tatsächlich aus dem Rack herausziehbar ist.In this regard, it is particularly advantageous if the unlocked state can be converted into the locked state by rotating the locking element through 90°. Furthermore, such a rotation is a process that must be carried out consciously and can hardly be carried out accidentally, for example by counter-butting against the locking element or an actuating element connected thereto. Finally, a 90° rotation also offers a certain advance warning time, for example to put the module in a safe operating state before it can actually be pulled out of the rack.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor ein Hall-Effekt-Sensor. Ein solcher Sensor reagiert deutlich empfindlicher auf eine Änderung der Magnetfeldrichtung als auf eine Änderung des Abstands zwischen dem Permanentmagneten und dem Magnetfeldsensor. Änderungen des Abstands, die nicht auf einem Versuch des Entriegelns beruhen, werden somit nicht als Versuch des Entriegelns fehlgedeutet. Dementsprechend muss der Verriegelungsmechanismus nicht mit so engen Toleranzen gefertigt werden, dass diese Änderungen des Abstands vermieden werden.In a further particularly advantageous embodiment, the magnetic field sensor is a Hall effect sensor. Such a sensor reacts significantly more sensitively to a change in the direction of the magnetic field than to a change in the distance between the permanent magnet and the magnetic field sensor. Changes in the distance that are not based on an attempt to unlock will therefore not be misinterpreted as an attempt to unlock. Accordingly, the locking mechanism does not need to be manufactured to such tight tolerances as to avoid these changes in clearance.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Logik vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein Freigabesignal für das Entfernen eines bestimmten Moduls zu empfangen. Diese Logik kann beispielsweise zentral im Rack installiert sein, aber auch dezentral auf den einzelnen Modulen. Die Logik ist dazu ausgebildet, in Antwort auf ein mit dem Magnetfeldsensor erkanntes beginnendes oder vollendetes Entriegeln des Verriegelungsmechanismus zu prüfen, ob sich dieses Entriegeln auf das gemäß dem Freigabesignal zu entfernende Modul bezieht. Wenn sich das Entriegeln auf ein anderes als das zu entfernende Modul bezieht, gibt die Logik eine optische und/oder akustische Warnung an einen Bediener des Moduls oder Systems aus.In a further particularly advantageous embodiment, logic is provided which is designed to receive a release signal for the removal of a specific module. This logic can, for example, be installed centrally in the rack, but also decentrally on the individual modules. The logic is designed to check, in response to a beginning or completed unlocking of the locking mechanism detected by the magnetic field sensor, whether this unlocking relates to the module to be removed according to the release signal. If the unlocking relates to a module other than the one being removed, the logic issues a visual and/or audible warning to an operator of the module or system.

Gerade bei Arbeiten an Systemen mit vielen Modulen kommt es schnell zu Verwechslungen, welches Modul auszutauschen ist. Das Entfernen des falschen Moduls kann sich sehr nachteilig auf den Betrieb des Systems auswirken. Wenn beispielsweise in einem industriellen Steuerungssystem von zwei redundanten Controllern einer zum Austauschen bereits heruntergefahren wurde und versehentlich der noch arbeitende Controller aus dem Rack gezogen wird, ist der von dem Steuerungssystem gesteuerte Prozess plötzlich komplett führungslos und muss mit hoher Wahrscheinlichkeit abgebrochen werden. Wenn in einem RAID 5-System aus mehreren Massenspeichern (wie Festplatten oder Solid State Disks, SSD) ein Massenspeicher ausfällt, darf nur genau dieser eine Massenspeicher zwecks Austausch entfernt werden. Wird der falsche Massenspeicher aus dem Rack herausgezogen und fehlen somit zwei Massenspeicher gleichzeitig, lassen sich die Nutzdaten aus dem Inhalt der verbliebenen Massenspeicher nicht mehr eindeutig rekonstruieren. Damit stürzt das RAID 5-System ab. Die Warnung an den Bediener kann den Bediener dazu veranlassen, seine Wahl des zu entfernenden Moduls noch einmal zu überprüfen.Especially when working on systems with many modules, confusion quickly arises as to which module needs to be replaced. Removing the wrong module can have a very detrimental effect on the operation of the system. For example, if in an industrial control system one of two redundant controllers has already been shut down for replacement and the still working controller is accidentally pulled out of the rack, the process controlled by the control system is suddenly completely leaderless and will most likely have to be aborted. If one mass storage device fails in a RAID 5 system consisting of several mass storage devices (such as hard drives or solid state disks, SSD), only this one mass storage device may be removed for replacement. If the wrong mass storage device is removed from the rack and two mass storage devices are missing at the same time, the user data can no longer be clearly reconstructed from the contents of the remaining mass storage devices This causes the RAID 5 system to crash. The warning to the operator may cause the operator to reconsider their choice of module to remove.

Das Modul kann insbesondere beispielsweise eine Treiberschaltung für einen Elektromotor oder Elektromagneten, und/oder eine Verstärkerschaltung für ein zu sendendes Funksignal, aufweisen. Derartige Schaltungen werden häufig mit hohen Strömen versorgt und geben auch hohe Ströme weiter. Somit kann es beim Entfernen des Moduls unter Last zu Abreißfunken und ggfs. Schäden durch Selbstinduktion kommen. Ein Sender für ein Funksignal kann bei einem plötzlichen Verlust der Verbindung zur Antenne beschädigt werden, weil die Sendeleistung vom nicht mehr mit der Antenne verbundenen Ausgang in die Endstufe des Senders zurückreflektiert wird.The module can in particular have, for example, a driver circuit for an electric motor or electromagnet, and/or an amplifier circuit for a radio signal to be sent. Such circuits are often supplied with high currents and also pass on high currents. When removing the module under load, sparks and possibly damage due to self-induction can occur. A transmitter for a radio signal can be damaged if the connection to the antenna is suddenly lost because the transmission power is reflected back into the transmitter's output stage from the output that is no longer connected to the antenna.

Das Modul kann auch beispielsweise ein Eingabe/Ausgabe-Modul eines verteilten industriellen Steuerungssystems, DCS, sein. Solche Module werden ebenfalls oft mit hohen Strömen betrieben, so dass beim Entfernen unter Last Abreißfunken entstehen können. Weiterhin werden häufig viele gleichartige Eingabe/Ausgabe-Module in einem Rack betrieben, so dass beim Entfernen eines Moduls zu Wartungszwecken erhöhte Verwechslungsgefahr besteht. Wird tatsächlich das falsche Modul entfernt, kann der von dem Steuerungssystem gesteuerte Prozess zum Erliegen kommen. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn vor dem Entfernen eines derartigen Moduls die Last weggenommen wird und wenn vor dem Entfernen des falschen Moduls eine Warnung erfolgt.The module can also be, for example, an input/output module of a distributed industrial control system, DCS. Such modules are also often operated with high currents, so that sparks can occur when removed under load. Furthermore, many similar input/output modules are often operated in a rack, so that there is an increased risk of confusion when removing a module for maintenance purposes. If the wrong module is actually removed, the process controlled by the control system can come to a standstill. It is therefore particularly advantageous if the load is removed before such a module is removed and if a warning is given before the wrong module is removed.

Wie zuvor erläutert, kann vorteilhaft mindestens ein Modul eine Festplatte oder einen SSD-Massenspeicher beinhalten oder zur Aufnahme einer Festplatte oder eines SSD-Speichers ausgebildet sein. Ist in einem Array (etwa RAID-5) aus mehreren solchen Massenspeichern ein Massenspeicher auszutauschen, kann insbesondere der Versuch erkannt werden, fälschlicherweise einen der noch verbliebenen funktionierenden Massenspeicher auszubauen und damit die Grenzen der Redundanz des Arrays zu sprengen.As explained above, at least one module can advantageously contain a hard drive or an SSD mass storage or be designed to accommodate a hard drive or an SSD storage. If a mass storage device is to be replaced in an array (e.g. RAID-5) consisting of several such mass storage devices, an attempt to erroneously remove one of the remaining functioning mass storage devices can be detected, thus exceeding the limits of the redundancy of the array.

SPEZIELLER BESCHREIBUNGSTEILSPECIAL DESCRIPTION PART

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt:

1: Ausführungsbeispiel eines Moduls 1 zum Einführen in ein Rack 2;
2: Veranschaulichung der Überwachung des verriegelten Zustands des Verriegelungsmechanismus 14;
3: Ausführungsbeispiel eines Systems 3 aus einem Rack 2 und mehreren Modulen 1.

The subject matter of the invention is explained below with reference to figures, without the subject matter of the invention being limited thereby. It is shown:

1 : Embodiment of a module 1 for insertion into a rack 2;
2 : Illustration of monitoring the locked state of the locking mechanism 14;
3 : Embodiment example of a system 3 consisting of a rack 2 and several modules 1.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Moduls 1 aus mehreren Perspektiven. 1 shows an exemplary embodiment of a module 1 from several perspectives.

1a zeigt eine Außenansicht des Moduls 1 aus einer Perspektive, die schräg von vorne oben auf die Vorderseite des Moduls 1, d.h. auf die einer elektrischen Backplane 23 des Racks 2 abgewandte Seite, schaut. 1a shows an external view of the module 1 from a perspective that looks obliquely from the top onto the front of the module 1, ie on the side facing away from an electrical backplane 23 of the rack 2.

Das Modul 1 ist in einem Gehäuse 16 untergebracht. Aus seiner Vorderseite ragt ein mit einem Schraubendreher drehbares Betätigungselement 14c des Verriegelungsmechanismus 14, mit dem das Modul 1 gegen das Rack 2 verriegelbar ist. Die Vorderseite des Moduls 1 enthält weiterhin Anschlussbuchsen 17 sowie LED-Anzeigen 18 zur Anzeige des Betriebszustandes des Moduls 1.The module 1 is housed in a housing 16. An actuating element 14c of the locking mechanism 14, which can be rotated with a screwdriver and with which the module 1 can be locked against the rack 2, protrudes from its front. The front of module 1 also contains connection sockets 17 and LED displays 18 to display the operating status of module 1.

1b zeigt eine Innenansicht des geöffneten Moduls 1 aus einer Perspektive, die schräg von hinten oben auf die Hinterseite des Moduls 1 schaut. Die Hinterseite des Moduls 1 ist einer elektrischen Backplane 23 des Racks 2 zugewandt. 1b shows an interior view of the opened module 1 from a perspective that looks obliquely from behind at the back of the module 1. The back of the module 1 faces an electrical backplane 23 of the rack 2.

Aus dieser Perspektive ist ersichtlich, dass das Modul 1 im Innenraum des Gehäuses 16 einen Einbauraum 11 für eine hier als Platine vorliegende Schaltung 12 aufweist. Weiterhin umfasst das Modul 11 elektrische Kontakte 13, die mit der Schaltung 12 verbunden sind und in hierzu korrespondierende elektrische Kontakte 22 des Racks 2 eingreifen können. Die elektrischen Kontakte 22 des Racks 2 sind über die elektrische Backplane 23 mit weiteren Modulen 1 sowie der Außenwelt verbindbar.From this perspective it can be seen that the module 1 has an installation space 11 in the interior of the housing 16 for a circuit 12, which is present here as a circuit board. Furthermore, the module 11 includes electrical contacts 13, which are connected to the circuit 12 and can engage in corresponding electrical contacts 22 of the rack 2. The electrical contacts 22 of the rack 2 can be connected to other modules 1 and the outside world via the electrical backplane 23.

Eine Drehung des in 1a gezeigten Betätigungselements 14c des Verriegelungsmechanismus 14 dreht eine Welle 14b, die wiederum das Verriegelungselement 14a dreht. In dem in 1b gezeigten entriegelten Zustand vermag das Verriegelungselement 14a des Verriegelungsmechanismus 14 am Modul 1 durch eine Haltestruktur 21 des Racks 2, die genauso oval geformt ist wie das Verriegelungselement 14a, hindurchzutreten. Im hierzu um 90 Grad gedrehten verriegelten Zustand hintergreift das Verriegelungselement 14a die Haltestruktur 21 und verhindert so ein Herausziehen des Moduls 1 aus dem Rack 2.A twist of the in 1a shown actuating element 14c of the locking mechanism 14 rotates a shaft 14b, which in turn rotates the locking element 14a. In the in 1b In the unlocked state shown, the locking element 14a of the locking mechanism 14 on the module 1 can pass through a holding structure 21 of the rack 2, which has the same oval shape as the locking element 14a. In the locked state rotated by 90 degrees, the locking element 14a engages behind the holding structure 21 and thus prevents the module 1 from being pulled out of the rack 2.

1c zeigt die vorgesehene elektrische Überwachung der Verriegelung. Hier ist der Bereich des Betätigungselements 14c des Verriegelungsmechanismus 14 aus einer schrägen Perspektive ausgehend von einem Punkt über der Platine 12 gezeigt. An die vom Betätigungselement 14c drehbare Welle 14b des Verriegelungsmechanismus 14 ist ein Permanentmagnet 15 gekoppelt. Bei einer Drehung der Welle 14b dreht sich dieser Permanentmagnet 15 mit. 1c zeigt wie 1b den entriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus 14. Im verriegelten Zustand schwenkt der Permanentmagnet 15 vor den Magnetfeldsensor 4 und durchsetzt diesen mit einem Magnetfeld. Daraufhin gibt der Magnetfeldsensor 4 ein anderes elektrisches Signal ab als im in 1c gezeigten entriegelten Zustand. Umgekehrt ändert sich das elektrische Signal des Magnetfeldsensors 4 erneut, wenn die Welle 14b, und damit auch der Permanentmagnet 15, wieder aus dem verriegelten Zustand wegbewegt wird. Eine Sicherheitsschaltung 5 auf der Platine 12 kann dann hierauf reagieren und beispielsweise eine Stromübertragung über die elektrischen Kontakte 13 unterbrechen oder auch beispielsweise Kondensatoren auf der Platine 12 entladen. 1c shows the intended electrical monitoring of the lock. Here is the area of the actuating element 14c of the locking mechanism 14 from an oblique perspective starting from a point above the circuit board 12 shown. A permanent magnet 15 is coupled to the shaft 14b of the locking mechanism 14, which can be rotated by the actuating element 14c. When the shaft 14b rotates, this permanent magnet 15 also rotates. 1c shows how 1b the unlocked state of the locking mechanism 14. In the locked state, the permanent magnet 15 pivots in front of the magnetic field sensor 4 and penetrates it with a magnetic field. The magnetic field sensor 4 then emits a different electrical signal than in 1c unlocked state shown. Conversely, the electrical signal of the magnetic field sensor 4 changes again when the shaft 14b, and thus also the permanent magnet 15, is moved away from the locked state again. A safety circuit 5 on the circuit board 12 can then react to this and, for example, interrupt a current transmission via the electrical contacts 13 or, for example, discharge capacitors on the circuit board 12.

Dieser Überwachungsmechanismus ist in 2 schematisch näher dargestellt.This monitoring mechanism is in 2 shown schematically in more detail.

In 2a ist der verriegelte Zustand des Verriegelungsmechanismus 14 gezeigt. Hier durchsetzt der Permanentmagnet 15, der einen Nordpol N und einen Südpol S aufweist, den Magnetfeldsensor 4 auf der Platine 12 mit seinem Magnetfeld, von dem exemplarisch zwei geschlossene Feldlinien gezeichnet sind.In 2a the locked state of the locking mechanism 14 is shown. Here the permanent magnet 15, which has a north pole N and a south pole S, penetrates the magnetic field sensor 4 on the circuit board 12 with its magnetic field, of which two closed field lines are drawn as an example.

In 2b ist der entriegelte Zustand des Verriegelungsmechanismus gezeigt. Hier hat sich der Permanentmagnet 15 mit dem Betätigungselement 14c und der aus der in 2 gewählten Perspektive nicht sichtbaren Welle 14b um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht. Infolgedessen durchsetzt das Magnetfeld des Permanentmagneten 15 den Magnetfeldsensor 4 nicht mehr. Der Magnetfeldsensor 4 gibt daher ein völlig anderes elektrisches Signal ab als im in 2a gezeigten verriegelten Zustand.In 2 B The unlocked state of the locking mechanism is shown. Here the permanent magnet 15 has the actuating element 14c and the one from the in 2 selected perspective not visible shaft 14b rotated 90 degrees clockwise. As a result, the magnetic field of the permanent magnet 15 no longer penetrates the magnetic field sensor 4. The magnetic field sensor 4 therefore emits a completely different electrical signal than in 2a locked state shown.

3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Systems 3 aus einem Rack 2 und mehreren Modulen 1. In dem in 3 gezeigten Beispiel stecken sechs Module 1 im Rack 2. Jedes Modul 1 ist über seine elektrischen Kontakte 13 und die hierzu korrespondierenden elektrischen Kontakte 22 des Racks 2 mit der gemeinsamen elektrischen Backplane 23 des Racks 2 verbunden. Die Module 1 sind gegen das Rack 2 verriegelt, indem jeweils ein Verriegelungselement 14a des Verriegelungsmechanismus 14 eine Haltestruktur 21 des Racks 2 hintergreift. 3 shows schematically an exemplary embodiment of a system 3 consisting of a rack 2 and several modules 1. In the in 3 In the example shown, there are six modules 1 in the rack 2. Each module 1 is connected to the common electrical backplane 23 of the rack 2 via its electrical contacts 13 and the corresponding electrical contacts 22 of the rack 2. The modules 1 are locked against the rack 2 in that a locking element 14a of the locking mechanism 14 engages behind a holding structure 21 of the rack 2.

Soll ein bestimmtes Modul 1* ausgetauscht werden, so kann ein entsprechendes Freigabesignal 6 an eine Logik des Systems 3 übermittelt werden. Wenn ein Bediener des Systems 3 dann ein anderes Modul 1 als das auszutauschende Modul 1 entriegelt, kann er davor gewarnt werden, dieses falsche Modul 1 aus dem Rack 2 herauszuziehen.If a specific module 1* is to be replaced, a corresponding release signal 6 can be transmitted to a logic of the system 3. If an operator of the system 3 then unlocks a module 1 other than the module 1 to be replaced, he can be warned not to pull this incorrect module 1 out of the rack 2.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11: Modulmodule
1*1*: auszutauschendes Modul 1 von mehreren Modulen 1Module 1 to be replaced from several modules 1
1111: Einbauraum für Gerät und/oder Schaltung 12Installation space for device and/or circuit 12
1212: Gerät und/oder Schaltung in Modul 1Device and/or circuit in module 1
1313: elektrische Kontakte des Moduls 1electrical contacts of module 1
1414: VerriegelungsmechanismusLocking mechanism
14a14a: Verriegelungselement des Verriegelungsmechanismus 14Locking element of the locking mechanism 14
14b14b: Welle des Verriegelungsmechanismus 14Locking mechanism shaft 14
14c14c: Betätigungselement des Verriegelungsmechanismus 14Actuating element of the locking mechanism 14
1515: PermanentmagnetPermanent magnet
1616: Gehäuse des Moduls 1Module 1 housing
1717: Anschlussbuchsen des Moduls 1Connection sockets of module 1
1818: LED-Anzeigen des Moduls 1Module 1 LED indicators
22: RackRack
2121: Haltestruktur des Racks 2Rack support structure 2
2222: elektrische Kontakte des Racks 2electrical contacts of the rack 2
2323: elektrische Backplane des Racks 2electrical backplane of the rack 2
33: System, umfassend Rack 2 sowie ein oder mehrere Module 1System comprising rack 2 and one or more modules 1
44: MagnetfeldsensorMagnetic field sensor
55: SicherheitsschaltungSafety circuit
66: FreigabesignalRelease signal

Claims

Module (1) for insertion into a rack (2), comprising: • an installation space (11) for a circuit and/or a device (12); • electrical contacts (13), which o can be connected to the circuit and/or the device (12) and, o when the module (1) is in the position inserted into the rack (2), in addition to corresponding electrical contacts of the rack (2) can be connected, • a locking mechanism (14) which is designed to lock the module (1) against the rack (2) in the position inserted into the rack (2). lock and • a permanent magnet (15) which is coupled to the locking mechanism (14) in such a way that it assumes a different position relative to a magnetic field sensor (4) when the locking mechanism (14) is locked than when the locking mechanism (14) is unlocked. .

System (3), comprising a rack (2) for holding one or more modules (1), the module (1) • an installation space (11) for a circuit and/or a device (12) and • has electrical contacts (13) which can be connected to the circuit and/or the device (12), the rack (2) having electrical contacts corresponding to the electrical contacts (13) of the module (1), which if the module (1) is in the position inserted into the rack (2), can be connected to the electrical contacts (13) of the module (1) and the system (3) • a locking mechanism (14) which is designed to lock the module (1) against the rack (2) in the position inserted into the rack, • a permanent magnet (15) coupled to the locking mechanism (14) and • has a magnetic field sensor (4) which is arranged relative to the permanent magnet (15) in such a way that the magnetic field sensor (4) emits a different signal when the locking mechanism (14) is unlocked than when the locking mechanism (14) is locked.

Module (1) according to Claim 1 or system (3). Claim 2 , wherein both the permanent magnet (14) and the magnetic field sensor (4) are arranged on the module (1).

Module (1) according to Claim 1 and optionally additionally Claim 3 or system (3). Claim 2 and optionally additionally Claim 3 , further comprising a safety circuit (5) which is designed to switch the module (1) into one for removing the module (1) in response to an incipient or completed unlocking of the locking mechanism (14) detected by the magnetic field sensor (4). to put the rack (2) in a safe operating state.

Module (1) or system (3). Claim 4 , wherein putting into the safe operating state includes: • properly shutting down a computer and/or microcontroller of the module (1), and/or • storing information processed by the module (1) in a non-volatile memory, and/ or • to terminate an energy transfer between the module (1) and the rack (2), and/or • to discharge at least one capacitor arranged on the module (1).

Module (1) according to Claim 1 and optionally one of the Claims 3 until 5 or system (3). Claim 2 and optionally one of the Claims 3 until 5 , wherein the locking mechanism (14) comprises a locking element (14a) rotatably mounted on the module (1), which • in the unlocked state can be guided past a holding structure (21) of the rack (2) or can be passed through this holding structure (21) and • through Rotation can be converted into the locked state by engaging behind the holding structure (21).

Module (1) or system (3). Claim 6 , wherein the unlocked state can be converted into the locked state by rotating the locking element (14a) through 90 °.

Module (1) or system (3) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field sensor (4) is a Hall effect sensor.

Module (1) or system (3) according to one of the preceding claims, further comprising logic which is designed to • to receive a release signal (6) for the removal of a specific module (1*), • in response to a beginning or completed unlocking of the locking mechanism (14) detected by the magnetic field sensor (4), check whether this unlocking relates to the module (1) to be removed according to the release signal, and • if unlocking relates to a module (1) other than the one to be removed, issue a visual and/or acoustic warning to an operator of the module (1) or system (3).

Module (1) or system (3) according to one of the preceding claims, wherein at least one module (1) has a driver circuit for an electric motor or electromagnet, and / or an amplifier circuit for a radio signal to be sent.

Module (1) or system (3) according to one of the preceding claims, wherein at least one module (1) is an input/output module of a distributed industrial control system, DCS.

Module (1) and/or system (3) according to one of the preceding claims, wherein at least one module has a hard drive or an SSD mass contains memory or is designed to accommodate a hard drive or SSD memory.