Eckdaten

In Sachen Zuverlässigkeit gibt es viele Parallelen bei den Anforderungen in den Bereichen Bahn und Industrie. Effizienz, Baugröße, Verfügbarkeit, Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit bezüglich EMV und Umgebungsbedingungen sind bei Stromversorgungen in allen Anwendungsbereichen gleichermaßen gefragt. Puls hat nun die DIN-Railway-Serie speziell für Bahnanwendungen entwickelt.

Der Stromversorgungshersteller Puls hat sich intensiv mit den Anforderungen von Bahnanwendungen in Sachen Zuverlässigkeit beschäftigt und dabei viele weitere Parallelen zum industriellen Umfeld festgestellt: Effizienz, Baugröße, Verfügbarkeit, Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit bezüglich EMV und Umgebungsbedingungen sind bei Stromversorgungen in allen Anwendungsbereichen gleichermaßen gefragt. Auf Basis seiner jahrzehntelangen Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von industriellen Großserien-Netzgeräten hat das Unternehmen eine Produktreihe speziell für Bahnanwender entwickelt: die DIN-Railway-Serie. Die Produktreihe umfasst 1- und 3-phasige Geräte (Leistungsbereich: 240 und 480 W ) sowie DC/DC-Wandler (Leistungsbereich: 100, 200 und 400 W), für die DIN-Schienen-Montage. Dadurch werden die hohen Technologiestandards der Industrie und der intuitive Montagemechanismus auch für Bahnanwender verfügbar gemacht.

Hohe Ansprüche der Bahn

Die DIN-Railway Serie wurde speziell für die Anforderungen in Bahnanwendungen entwickelt.

Die DIN-Railway Serie wurde speziell für die Anforderungen in Bahnanwendungen entwickelt. Puls

Die Anforderungen im Bahnsegment sind hoch: Selbst bei großen mechanischen Schockbelastungen dürfen keine Ausfälle auftreten und dies in einem stark erweiterten Temperaturbereich. Mechanische Lüfter sind in der Regel nicht erlaubt, da sie eine erhöhte Fehlerquelle darstellen. Dies wiederum erfordert bei sehr kompakten Geräten, die ihre Verlustwärme über natürliche Konvektion abführen, höchste Wirkungsgrade.

All diese Anforderungen werden im Bahnbereich durch die Norm EN50155 geregelt, die für den Einsatz von elektrischen Geräten auf Schienenfahrzeugen gilt. Die Einhaltung der EN50155 ist durch Prüfungen nachzuweisen.

Folgende Prüfungen haben die Stromversorgungen der DIN-Railway-Serie von Puls erfolgreich durchlaufen:

  • Rüttelfestigkeit (DIN EN61373): Diese Norm stellt deutlich härtere Prüfbedingungen dar, als bei Industrie-Stromversorgungen verlangt wird. Dank der verbauten Federkraftklemmen und der schutzlackierten Leiterplatten sind die Geräte äußerst unempfindlich gegenüber Stößen und Umwelteinflüssen. Der Einbau im Fahrzeugkasten und sogar auf dem Dach sowie im Unterflurbereich ist damit möglich.
  • Temperaturbereich: Die Industrienetzteile werden bis zu einer Umgebungstemperatur von +60 °C ohne Derating betrieben. Für den Bahnbereich konnte bei den Geräten die Eignung nach EN 50155 für den erweiterten Temperaturbereich bis +70 °C dauerhaft und +85 °C für 10 min nachgewiesen werden.
  • EMV-Festigkeit (EN50121-3-2): Im Bahnbereich gelten hohe Anforderungen bezüglich Spannungs- und Störfestigkeit. Hier beweist die störungsarme Schaltungstopologie der Geräte eine hohe EMV-Festigkeit.
  • Brandschutz gemäß EN45545-2: Die Industriestromversorgungen sind standardmässig UL-zertifiziert und wurden bereits nach der neuen Brandschutznorm geprüft. Die Geräte sind nicht vergossen und verfügen so über eine geringe Brandlast und zudem über ein äußerst geringes Gewicht.

Technische Änderungen am Schaltungsdesign waren in erster Linie in Bezug auf den – von der Industrie abweichenden – Eingangsspannungsbereich notwendig. Es werden 110 VDC mit den Toleranzen ±30 % statisch und ±40 % für 100 ms unterstützt. Dasselbe gilt für die typischen Wechselspannungen in der Bahntechnik.

Durch die erfolgreiche EN50155-Zertifizierung und die angepasste Schaltungstopologie können die DIN-Schienen-Stromversorgungen damit im Zug und an der Strecke eingesetzt werden. Typische Anwendungsbereiche sind unter anderem die Zentralversorgung, Klimatechnik, Zugkommunikation, Infotainment, Stellwerkstechnik und Zugsicherung.

Hoher Wirkungsgrad und enorme Leistungsdichte

Im Industriebereich zeichnen sich die besten Stromversorgungen durch Eigenschaften wie höchster Wirkungsgrad, kleinste Abmessungen, geringstes Gewicht, längste Lebensdauer und maximale Verfügbarkeit aus.

Diese Eigenschaften sind natürlich auch im Bahnbereich höchst interessant. Um ein Beispiel zu geben: Das Gerät CPS20.241- 60 verfügt über eine Ausgangsleistung von 400 W über den kompletten Temperaturbereich, hat eine integrierte MOSFET-Entkopplungsschaltung am Ausgang für Redundanzbetrieb mit passiver Lastaufteilung und einen Wirkungsgrad von 93,7 %. Bei einem Ausfall der Eingangsspannung – selbst im Kurzschlussfall – steht die Ausgangsspannung noch für mehr als 20 ms zur Verfügung. Kurze Unterbrechungen lassen sich damit problemlos überbrücken. Diese enorme Leistungsdichte wird bei einer Gehäusebreite von nur 65 mm und einem Gewicht von 980 g erreicht. Was immer mehr geschätzt wird ist die aktive Einschaltstrombegrenzung und der integrierte Verpolungsschutz für Gleichspannungen am Eingang.

Montage auf der DIN-Schiene

Die äußerlich auffälligste Abweichung von gängigen Stromversorgungen für Bahnanwendungen ist sicherlich der Montagemechanismus für die DIN-Schiene. Bei der üblichen Wandmontage in Zügen erfolgt die Wärmeableitung häufig über die Montageplatte. In der Industrie kommen solche Konzepte nur in Ausnahmefällen zur Anwendung. Die überwiegende Anzahl elektronischer und elektromechanischer Geräte werden auf DIN-Schienen montiert. Das Industriekonzept von Puls bringt somit auch im Bahnbereich große Vorteile, denn die rüttelfeste Montage auf DIN-Schiene ist nur möglich, wenn die Geräte über eine hochwertige DIN-Schienen-Halterung und minimales Eigengewicht verfügen; letzteres wiederum bedingt Geräte mit sehr hohem Wirkungsgrad.

Nicht nur die schnelle Montage auf der DIN-Schiene ist ein Vorteil, sondern auch der absolut rüttelsichere Anschluss über Federkraftklemmen. Lockere Schraubverbindungen sind eine der häufigsten Ursachen für Ausfälle elektrischer Anlagen und führen nicht selten zu Bränden. In der Industrie haben Federkraftklemmen die Schraubverbindungen, vom Signalbereich bis in den Leistungsbereich, größten Teils verdrängt, da bei Federkraftklemmen die Vibrationssicherheit automatisch gegeben ist.