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HARTING Transportwesen

Maßgeschneiderte, kabellose Lösung für On-Board-Sicherheitssysteme

Ben Davies & Quim Nadal

Vossloh Rail Vehicles war auf der Suche nach einer neuen, vereinfachten und zuverlässigeren Variante für zwei sicherheitskritische Relaisracks an Bord seiner Euro 3000-Lokomotiven. Auf diesem Wege sollten die existierenden, festverdrahteten Chassis-Lösungen ersetzt werden. Das bestehende Racksystem hatte sich in der Störungsbeseitigung und in der Wartung als relativ arbeitsintensiv erwiesen. Es erforderte bei der Bestellung neuer Einheiten lange Vorlaufzeiten. Die von HARTING Integrated Solutions entwickelte Lösung verwendet Direktverbindungen zwischen den Relaiskarten und den I/O-Anschlüssen und macht so die gesamte Innenverdrahtung überflüssig. Das Ergebnis ist eine Einheit, die sich schneller und erheblich einfacher herstellen lässt, weniger Platz in Anspruch nimmt und weniger Gewicht aufweist. Sie zeichnet sich darüber hinaus durch eine deutlich verbesserte Wartungsfreundlichkeit aus, so dass insgesamt erhebliche Kostenvorteile erreicht werden.

Die zwei identischen Racks mit dem international standardisierten Breiten- und Höhenmaß von 482,60 mm mal 133,35 mm (19“ x 3U) bieten Platz für die 160-mm-Relaiskarten, über die verschiedene sicherheitsrelevante Funktionen wie Feueralarm, Bremssysteme oder Traktionsumrichter gesteuert werden. Jede senkrecht in das Rack gesteckte Karte enthält drei Sicherheitsrelais. Die Eingangssignale für die Relaiskontakte stammen aus dem Schaltschrank der Lokomotive. Die Relaiskontakte liefern über rückwärtige Steckverbinder auf dem Chassis Signalausgänge an die verschiedenen Sicherheitssubsysteme, die auf den gesamten Zug verteilt sind. Jede Karte verfügt über eine Status-LED, die aufleuchten muss, wenn der Relaiskontakt aktiviert ist.

Arbeitsintensive Festverdrahtung

Das bisherige Rackkonzept des Euro 3000 basierte auf festverdrahteten DIN 41 612-Verbindungen zwischen jeder Relaiskarte und den rückseitigen Steckverbindern sowie als Busverbindung zwischen den Relaiskarten. Diese Konstruktion war mit einem enormen Verdrahtungsaufwand verbunden – für beide Racks zusammen ergaben sich insgesamt 960 festverdrahtete Verbindungen. Die Festverdrahtung machte die Racklösung sehr arbeitsaufwändig. Das gilt für die Herstellung ebenso wie für Störungsbeseitigungen und Reparaturen. Demzufolge war die bestehende Lösung relativ teuer. Für die Herstellung neuer Einheiten wurde darüber hinaus jeweils eine lange Vorlaufzeit benötigt, die zum Teil mit der Anforderung zusammenhing, für alle festverdrahteten Verbindungen auf dem gesamten Chassis schwimmend gelagerte Verbindungsstecker zu bestellen.

Kostenfokus

Vossloh wünschte sich eine neue Konstruktion, die die Kosten pro Einheit reduzieren sollte. Gleichzeitig wollte man aber die Flexibilität des ursprünglichen Verdrahtungskonzepts beibehalten, damit sich jedes Rack für wechselnde Technik- oder Betreiberanforderungen rekonfigurieren lässt. Vor diesem Hintergrund wurden Angebote von qualifizierten Herstellern eingeholt, zu denen u.a. Hersteller von Relaisprodukten und HARTING Integrated Solutions zählten.

Die Vorstellungen der Vossloh-Ingenieure gingen in Richtung eines rationalisierten Konzepts, das festverdrahtete Busverbindungen zwischen Relaiskarten und rückwärtigen Steckverbindern für die Ausgangssignale vorsah. So würde sich die Zahl der festverdrahteten Verbindungen pro Einheit halbieren lassen. Allerdings enthielt die tatsächliche Angebotsanfrage nur Normspezifikationen für den Eisenbahnbereich, keine spezifischen Projektspezifikationen. Dadurch eröffnete sich für HARTING, den einzigen Anbieter mit Systemplanungskompetenzen und umfassender Verbindungstechnik-Expertise, der Spielraum, für diese Anwendung eine wesentlich ambitioniertere Lösung anzubieten, die von Vossloh letztendlich akzeptiert wurde: Ein Relais-Rack, das komplett auf Direktkonnektivität basiert und ganz ohne Festverdrahtung auskommt.

Einfacheres, klares Design

Backplane mit Leitungsbrücken für System-Stecklösungen

Mit Hilfe von HARTING Leiterplattenadaptern und den bewährten Han® DD-Steckverbindern für die Ein- und Ausgaben werden die sechs rückwärtigen Steckverbinder der HARTING Konstruktion auf derselben Platine montiert, die für die Busverbindungen benutzt wird und an der die Relais hängen. Alle Verbindungen werden also über eine einzige Platine gesteuert, wodurch der Verdrahtungsbedarf entfällt und auf eine zweite Leiterplatte verzichtet werden kann. Das Ergebnis ist eine Rackbauweise mit einer um 30 Prozent reduzierten Tiefe, weil zwischen rückwärtigen Steckverbindern und Relaiskarten keine Kabelstränge mehr untergebracht werden müssen. Die verringerte Tiefe erleichtert auch den Zugang zum rückwärtigen Steckverbinder von der Vorderseite des Schaltschranks aus und trägt zu einer Gewichtsreduzierung der neuen Einheiten um fast 40 Prozent bei.

Wartungsfreundlicher und einfacher herzustellen

Die Abschaffung verdrahteter Verbindungen erhöht die Zuverlässigkeit der Einheit und erleichtert die Wartungsarbeiten und die Störungsbeseitigungen im Praxiseinsatz. Dadurch lassen sich im Laufe der Zeit erhebliche Arbeitskosten einsparen. Mit Hilfe eines einfach wiederholbaren Prozesses ist die HARTING Konstruktion wesentlich schneller zusammengebaut. Das kabellose Konzept eliminiert zudem die Fertigungsfehler, unter denen seine festverdrahtete Vorgängerkonstruktion litt und die vor der endgültigen Auslieferung oft eine umfassende Fehlersuche erforderlich machte.

 

Vorder- und Rückansicht des neugestalteten Racks

Kundenwünsche

Für die gesamte Entwicklung und Produktion des HARTING Konzepts, einschließlich der umfassenden Konstruktionsprüfungen durch den Kunden sowie der Labor- und Praxistests der Prototypen, wurden sechs Monate benötigt. Unter Berücksichtigung aller Kosten, einschließlich der Testkosten, bedeutet das HARTING Konzept für Vossloh eine Kosteneinsparung von mehr als 20 Prozent, wobei selbstverständlich alle Funktionen erhalten geblieben sind. Zudem ist die neue Einheit trotz der Größen- und Gewichtsreduzierungen genauso robust wie die frühere Version. Und weil die gesamte interne Verdrahtung, einschließlich aller Steckbrücken zwischen den Karten, entfallen ist, bietet die neue Lösung eine größere Flexibilität, wenn es darum geht, das System für unterschiedliche Projekte neu zu konfigurieren.

"Wir haben zunehmend mit Anwendungen zu tun, bei denen uns unsere umfassenden Erfahrungen in der Platinenkonstruktion und bei den unterschiedlichen Methoden der Reduzierung oder Eliminierung der Festverdrahtung zugutekommen“, sagt Ben Davies, European Sales Manager für HARTING Integrated Solution. „HARTING verfügt zudem über ein einzigartig breites Spektrum an verschiedenen Steckverbinderlösungen, mit denen sich dieses Potenzial wirklich optimal nutzen lässt. In diesem Projekt ist die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden und unserer lokalen Vertriebsorganisation in Spanien ein perfektes Beispiel dafür, was der Kunde und HARTING erreichen kann.“

Die hier vorgestellte Relais-Rack-Lösung unterstreicht den HARTING Ansatz, gemeinsam mit dem Kunden an Lösungen zu arbeiten, mit denen bei gleichzeitiger Kostenreduktion die ursprünglichen Erwartungen des Kunden übertroffen werden können. Der Erfolg des Projekts hat zu einem Auftrag von Vossloh an HARTING über die Lieferung von insgesamt 48 Relais-Racks für 24 Euro 3000-Lokomotiven geführt.