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(Bild: MTM Powe)

| von Brit Keil

Eckdaten

Die Sicherheit im Bahnverkehr stellt für alle Hersteller und Zulieferer eine besondere Herausforderung dar. Der Beitrag beleuchtet die in der Bahntechnik allgemeinen Normen und Standards und geht auf einzelne spezifischen Anforderungen an die Stromversorgungsgeräte ein. Abschließend werden die Besonderheiten der MTM-Power-Produkte dargestellt, die einen Einsatz in Bahnapplikationen ermöglichen.

Es gibt bei Bahnanwendungen keine einfache Möglichkeit zur Nachbesserung im laufenden Betrieb und somit keinen Spielraum für Fehler. Die Elektronik muss funktionieren. Neben menschlichem Versagen und Systemabweichungen können vor allem auch Bauteilausfälle zu gefährlichen Zwischenfällen bei sicherheitskritischen Bahnanwendungen führen.

Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die zur Versorgung der Systeme verwendeten Stromversorgungslösungen. Einerseits muss eine große Anzahl an allgemeinen Normen und Standards erfüllt werden. Zum anderen bestimmt die konkrete Anwendung die einzelnen spezifischen Anforderungen an die Stromversorgungsgeräte.

Normen und Standards

Ob große Temperaturschwankungen, Betauung, Stöße, Vibrationen, elektromagnetische Einflüsse, etc., elektrische Komponenten für die Bahnbranche müssen auch unter extremen Einsatzbedingungen sicher und zuverlässig funktionieren – und das dauerhaft, über Jahrzehnte.

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DC/DC-Wandler für Bahnanwendungen. MTM Powe

Die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls mit fatalen Schäden kann ein Entwickler bereits bei der Konzeption der Komponente senken. Daher lehnt sich der Entwicklungsprozess systematisch an Normen und Richtlinien an und umfasst die gesamte Produktentwicklung und -realisierung einschließlich entsprechender Verifizierung und Dokumentation.

Bahntauglichkeit

Fragt der Kunde nach „Bahntauglichkeit“, ist maßgeblich die vollständige Berücksichtigung der DIN EN 50155 gemeint. Diese Norm beschreibt die Anforderungen an elektronische Einrichtungen auf Schienenfahrzeugen. Die EN 50155 verweist auf unterschiedliche Prüfverfahren und Normen, wie zum Beispiel die EN 61373 hinsichtlich Vibration und Schock oder die EN 50121-3-2 für EMV-Anforderungen. Elektrische Hauptkriterien bei der Auswahl der DC/DC-Wandler und Stromversorgungsbaugruppen sind die Festlegung der Eingangsspannung und der Umgebungsbedingungen, bei denen diese arbeiten müssen. Zu den wichtigsten Punkten bei den Umgebungsbedingungen zählen Umgebungstemperatur, Schock und Vibration sowie die Luftfeuchte. Daneben müssen Eingangsspannungsschwankungen, Unterbrechungen und Transienten ebenso berücksichtigt werden wie statische Entladungen und EMV-Anforderungen.

Sowohl die Fahrzeughersteller als auch die Lieferanten von Materialien, Komponenten und Subsystemen müssen zusätzlich für ihre Produkte den Nachweis zur Erfüllung der EN 45545-2 hinsichtlich konstruktiver und materialbezogener Anforderungen an den Brandschutz in der Schienenverkehrstechnik erbringen. Diese europaweit einheitliche Norm zielt darauf ab, das Brandrisiko während eines technischen Vorfalls zu senken und die Auswirkungen eines möglichen Brandes zu minimieren. Schwerpunkte sind dabei die Senkung brennbarer Massen, eine geringe Entflammbarkeit und die Vermeidung toxischer Rauchgase im Brandfall. Für Hersteller von Stromversorgungen bedeutet dies, Komponenten zu wählen, die diese Norm erfüllen. Die ausgewählten Materialien sind mittels Brandschutztest zu zertifizieren. Um eine vollständige Übereinstimmung mit der EN 45545-2 sicherzustellen, sind die Zertifikate turnusmäßig zu erneuern.

Alle Normen gelten für Gesamtgeräte, die in Schienenfahrzeuge eingebaut werden können. DC/DC-Wandler und Subsysteme werden in der Regel als Komponenten betrachtet. Die Produkte, die ein Stromversorgungshersteller wie MTM Power für den Einsatz in Bahnanwendungen entwickelt, sind entsprechend dieser Vorgaben geprüft. Eine nochmalige Bewertung aller Anforderungen für Brandschutz, Störaussendung, Störempfindlichkeit, ESD etc. im Endgerät ist jedoch unerlässlich.

Das Thema der nächsten Seite sind Lebensdauer und Verfügbarkeit von Standard- und On-Demand-Lösungen

Unabhängig davon, ob die Komponente ihren Einsatz in neuer Ausrüstung findet oder der Modernisierung oder Wartung dient, im Bahnsektor haben Zuverlässigkeit und Robustheit oberste Priorität. Die Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen ist ausschlaggebend für ihre Einsatzmöglichkeit, sodass sich in kritischen und kostenintensiven Applikationen nur langlebige Produkte mit einer garantierten Lebensdauer durchsetzen. Verfügbarkeit und Langlebigkeit spielen daher eine besondere Rolle in der Bahntechnik.

Viele Anwendungen stellen sehr spezifische Anforderungen an Bauform und -größe sowie die Anschlussart. Oft führt dies zu komplexen Lösungen, die nur für einen Kunden bestimmt sind. Ob Standardprodukte oder On-Demand-Lösungen bei Bahnanwendungen geht man von einer Nutzungsdauer von 20 bis 30 Jahren aus. Über diesen Zeitraum werden die Produkte starken Umwelteinflüssen wie Temperaturschwankungen oder mechanischen Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt, was bei der Auswahl der zum Einsatz kommenden Komponenten sowie beim Gesamtdesign der Geräte zu berücksichtigen ist. Die Qualität der Bauteile und deren Verarbeitung nehmen ebenfalls Einfluss auf die Lebensdauer der Stromversorgung. Die Entwickler sind gefordert, Komponenten, die einem geringen Risiko an Obsoleszenz unterliegen, auszuwählen. Gleichzeitig gilt es, neue Technologien einzuführen, deren Risiken hinsichtlich Lebensdauer nicht abschließend eingeschätzt werden können.

Es sind Produkte zu entwickeln, die möglicherweise bei der Modernisierung oder Wartung des Gesamtsystems einem Re-Design unterzogen werden müssen. Hierbei entstehen überarbeitete Wandler, die baugleich hinsichtlich Bauform, -größe, Gehäuse und Funktion sind, mit dem Ziel, diese schnellstmöglich zum Einsatz zu bringen. Das erfordert beim Hersteller jahrelange Erfahrungen, entsprechende Entwicklungskapazitäten sowie eine flexible Fertigung, um qualitativ hochwertige Produkte zu entwickeln und zu produzieren.

Seit mehr als 25 Jahren ist MTM Power ein zuverlässiger und erfahrener Partner der Bahnbranche. Die umfassende jahrelange Erfahrung fließt direkt in die Entwicklung neuer Produkte ein – ebenso wie das Wissen, das aus der engen Zusammenarbeit mit Normengremien und Kunden gewonnen wird.

Für die Bahnbranche bietet MTM Power ein breites Portfolio an zuverlässigen und hochwertigen elektronischen Stromversorgungen – für den Einsatz auf Schienenfahrzeugen und entlang der Strecke. Das Unternehmen beliefert Bahnprojekte auf der ganzen Welt und ist als Vorzugslieferant bei den namhaften Herstellern von Lokomotiven, Hochgeschwindigkeitszügen, Trieb- und Regionalzügen sowie S- und U-Bahnen gelistet. Gleichermaßen unempfindlich gegen mechanischen Stress wie Schock und Vibration als auch gegen Umwelteinflüsse wie Betauung, Feuchtigkeit und leitfähige Stäube – die gemäß EN 50 155, EN 45 545-2 entwickelten Wandler eignen sich für den anspruchsvollen Bahneinsatz und bewähren sich weltweit. Sie übernehmen die Versorgung der Steuereinheiten von Klimaanlagen, Scheibenheizungen, Unterflurcontainern, Hygienekabinen, Führerstandterminals, Zugtüren und vielem mehr. Als Notstarteinrichtungen ermöglichen sie den Fahrzeugstart bei Fahrzeugen ohne zusätzliche Notstartbatterie.
Im Bereich der Infrastruktur stellen die Komponenten von MTM Power einen störungsfreien Betrieb von Schranken, Signalen, Weichen und Bahnsteig-Zugangstüren sicher. Zudem ermöglichen sie die Versorgungen einer zuverlässigen Kommunikation im Bahnumfeld.

Thema der nächsten Seite ist die patentierte Technologie des thermoselektiven Vakuumverguss

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Beim thermoselektiven Vakuumverguss wird ein „cemented joint“ zwischen Elektronik und Vergussmasse erzeugt. MTM Power

Ermöglicht wird die optimale Einhaltung aller Normen und Standards durch die verwendete patentierte Technologie (EP 1 987 708, U.S. Patent No. 8,821,778 B2) des thermoselektiven Vakuumvergusses der Netzteile und DC/DC-Wandler. Es wird ein „cemented joint“ zwischen Elektronik und Vergussmasse erzeugt. Der Term „cemented joint“ kommt aus dem Zulassungsverfahren für die elektrische Sicherheit und beschreibt die normativ geprüfte dauerhafte und unlösbare Kapselung. Alterung, Hitze, Kälte, schnelle Temperaturwechsel oder andere Umwelteinflüsse dürfen unter keinen Umständen zu Ablösungen, Rissbildungen oder Lufteinschlüssen führen.

Die thermische Ankopplung aller Bauelemente durch das Vergussmaterial an die Gehäuseoberfläche beziehungsweise „Base Plate“ vermeidet die Ausbildung von Hotspots und garantiert kostengünstig eine weitgehend homogene Temperaturverteilung im Netzteil. Durch hohe Wirkungsgrade und Verwendung geeigneter Gehäusematerialien wird eine Überschreitung der normativen Vorgaben für berührbare Oberflächen garantiert. Als einen Nebeneffekt der verwendeten Technologie haben derartige gekapselte Stromversorgungen von Haus aus einen sehr hohen IP-Schutzgrad. Die bestimmende Komponente ist letztendlich nur noch das Interface zur Kontaktierung der entsprechenden Spannungen und Signale.

Die Verwendung geeigneter Steckverbinder mit hohen IP-Schutzgraden an den gekapselten Stromversorgungen schafft Netzteile, die sich dezentral direkt bei der Last montieren lassen. Schutz gegen die möglichen Risiken, wie elektrischer Schlag, Brand beziehungsweise Verbrennung, mechanische Beschädigung oder Umwelteinflüsse sind durch die Stromversorgung selbst sichergestellt. Eine Kühlung der Geräte erfolgt durch thermische Ankopplung mittels BPC (Base-Plate-Cooling) -Technologie oder bei Bedarf durch einen zusätzlichen Kühlkörper.

Somit sind alle Geräte speziell dafür ausgelegt, die Anforderungen für den Einsatz unter rauen und kritischen Umgebungsbedingungen sowie alle bahnspezifischen Anforderungen und Normen zu erfüllen. MTM Power stellt seinen Kunden entsprechende Nachweise in Form von Brandschutzerklärung und DVT (Design Verification Test) Short Reports für alle Bahnprodukte zur Verfügung.

Brit Keil

Marketing, MTM Power

(ah)

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