{"id":38815,"date":"2020-03-09T12:59:00","date_gmt":"2020-03-09T17:59:00","guid":{"rendered":"https:\/\/flex.com\/resources\/the-key-factors-which-engineers-need-to-consider-for-power-solutions-on-the-railways"},"modified":"2026-03-19T11:55:04","modified_gmt":"2026-03-19T16:55:04","slug":"the-key-factors-which-engineers-need-to-consider-for-power-solutions-on-the-railways","status":"publish","type":"resource","link":"https:\/\/flex.com\/de\/resources\/the-key-factors-which-engineers-need-to-consider-for-power-solutions-on-the-railways","title":{"rendered":"Die wichtigsten Faktoren, die bei Energiel\u00f6sungen f\u00fcr die Eisenbahn zu ber\u00fccksichtigen sind"},"content":{"rendered":"
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\n\t\t\tFlex<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tRessourcen<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tDie wichtigsten Faktoren, die bei Energiel\u00f6sungen f\u00fcr die Eisenbahn zu ber\u00fccksichtigen sind<\/a>\n\t\t<\/div>\n\t\t

Die wichtigsten Faktoren, die bei Energiel\u00f6sungen f\u00fcr die Eisenbahn zu ber\u00fccksichtigen sind<\/h1>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\tVer\u00f6ffentlicht am
\n\t\t\t\t9. M\u00e4rz 2020\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tArtikel<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistung<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistungsmodule<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Der Eisenbahnmarkt<\/h2>\n\n\n\n

China ist der gr\u00f6\u00dfte nationale Markt f\u00fcr Eisenbahntechnologie mit einem gesch\u00e4tzten Volumen von rund 33 Milliarden Euro j\u00e4hrlich, so das spezialisierte Verkehrsforschungsunternehmen SCI Verkehr GmbH.https:\/\/sci.de\/<\/a>Obwohl China mit dem umfangreichen Ausbau des Eisenbahnnetzes und insbesondere der Hochgeschwindigkeitsnetze viele Schlagzeilen gemacht hat, befindet sich der nationale Markt im Niedergang. Es wird erwartet, dass der OEM-Markt in den n\u00e4chsten f\u00fcnf Jahren j\u00e4hrlich um 51.034 Tonnen zur\u00fcckgehen wird.<\/p>\n\n\n\n

In Westeuropa pr\u00e4sentiert sich die Lage etwas anders: Hier herrscht ein starker Markt mit einem gesch\u00e4tzten Volumen von 45,6 Milliarden Euro und einem durchschnittlichen j\u00e4hrlichen Wachstum von 3,81 Milliarden US-Dollar. Osteuropa ist mit 11,2 Milliarden Euro kleiner, verzeichnet aber ein etwas st\u00e4rkeres Wachstum (durchschnittliches j\u00e4hrliches Wachstum von 4,31 Milliarden US-Dollar). Deutschland ist mit 11 Milliarden Euro der gr\u00f6\u00dfte Markt in Westeuropa und repr\u00e4sentiert fast ein Viertel des Gesamtmarktes. Es z\u00e4hlt neben China, den USA, Russland und Frankreich zu den f\u00fcnf wichtigsten M\u00e4rkten.<\/p>\n\n\n\n

Technologie und Z\u00fcge<\/h2>\n\n\n\n

W\u00e4hrend der Ausbau der Infrastruktur und des Schienenfahrzeugbestands ein wichtiger Wachstumstreiber auf dem Eisenbahnmarkt ist, tr\u00e4gt auch der verst\u00e4rkte Einsatz von Technologie zur Steigerung des Marktwerts bei. <\/p>\n\n\n\n

Moderne Konsumenten haben hohe Erwartungen, und Bahnbetreiber setzen immer mehr Technologie ein, um diesen W\u00fcnschen gerecht zu werden. Moderne Z\u00fcge verf\u00fcgen fast immer \u00fcber ausgefeilte Fahrgastinformationssysteme (visuell und akustisch), die die Fahrg\u00e4ste \u00fcber ihre Reise informieren, sowie \u00fcber moderne Beleuchtung und Klimaanlage\/Bel\u00fcftung f\u00fcr ein angenehmes Reiseklima. Zuverl\u00e4ssiges WLAN war fr\u00fcher ein Luxus und ist heute Standard. \u00c4hnlich wie in Flugzeugen bieten einige Z\u00fcge Bildschirme in den R\u00fcckenlehnen mit On-Demand-Unterhaltung, die den Fahrg\u00e4sten Unterhaltung und den Betreibern zus\u00e4tzliche Einnahmen bieten.<\/p>\n\n\n\n

Die Technologie kommt jedoch nicht nur den Fahrg\u00e4sten zugute. Moderne Schienenfahrzeuge sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, die wichtige Parameter wie die seitlichen Schwingungen des Wagens und die Lagertemperatur messen \u2013 hilfreich f\u00fcr die Planung der routinem\u00e4\u00dfigen Wartung. Ein Gro\u00dfteil der von den Sensoren erfassten Daten wird in Echtzeit an Empf\u00e4nger entlang der Strecke \u00fcbertragen und zus\u00e4tzlich in einem Flugschreiber gespeichert, der den Betreibern n\u00fctzliche Daten und den Ermittlern im Falle eines Vorfalls wichtige Hinweise liefern kann. <\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr sich genommen stellt diese Technologie bereits einen bedeutenden Fortschritt f\u00fcr die Eisenbahn dar. Zugsteuerungs- und -managementsysteme (TCMS) erm\u00f6glichen jedoch die Vernetzung aller Sensoren und Funktionen und bieten so eine noch h\u00f6here Leistungsf\u00e4higkeit sowie Redundanz und die Einhaltung der Sicherheitsstandards (SIL), wodurch ein ausfallsicherer Betrieb gew\u00e4hrleistet wird.<\/p>\n\n\n\n

Netzwerksysteme wie TCMS sind im Allgemeinen modular aufgebaut und bestehen aus mehreren Karten, die sich exakt an die jeweiligen Anwendungsanforderungen anpassen lassen. Diese Modularit\u00e4t f\u00fchrt zum Einsatz von verteilten Stromversorgungsarchitekturen (DPA) nach Telekommunikationsstandard, die auf Leistungsmodulen basieren, um die einzelnen Karten mit Strom zu versorgen. \u00c4hnliche Leistungsmodule werden auch f\u00fcr andere Technologien im gesamten Schienenfahrzeug verwendet und sind h\u00e4ufig unter den Sitzen oder in Schr\u00e4nken in den G\u00e4ngen untergebracht.<\/p>\n\n\n\n

Normen und Vorschriften<\/h2>\n\n\n\n

Eisenbahnen stellen keine optimale Umgebung f\u00fcr moderne Technologien dar, weshalb robuste Ger\u00e4te zum Einsatz kommen m\u00fcssen, um vorzeitige Ausf\u00e4lle zu vermeiden. Um die Eignung der im Eisenbahnwesen verwendeten Ger\u00e4te sicherzustellen, wurden zahlreiche Normen entwickelt. In der Vergangenheit erfolgte die Entwicklung dieser Normen auf nationaler Ebene, insbesondere in L\u00e4ndern wie Deutschland (VDE), Frankreich (NFF), Gro\u00dfbritannien (RIA) und Italien (ST). Trotz vieler Gemeinsamkeiten bestanden auch bemerkenswerte Unterschiede, die insbesondere beim grenz\u00fcberschreitenden Einsatz von Schienenfahrzeugen zu Herausforderungen f\u00fchrten.<\/p>\n\n\n\n

Es wurden gro\u00dfe Anstrengungen unternommen, diese Normen auf europ\u00e4ischer Ebene zu harmonisieren, und eine Reihe von Normen sind mittlerweile allgemein \u00fcblich. Die bekannteste ist EN 50155 \u201cElektronische Ger\u00e4te f\u00fcr Schienenfahrzeuge im Eisenbahnwesen\u201d, obwohl diese \u00fcber 25 weitere EN- und IEC-Normen zu verwandten Themen verweist.<\/p>\n\n\n\n

Wie viele Normen dieser Art zielt auch EN 50155 darauf ab, die Anforderungen an alle Arten von elektronischen Ger\u00e4ten in Schienenfahrzeugen zu erf\u00fcllen (die Anforderungen f\u00fcr Anwendungen entlang der Strecke sind etwas weniger streng und werden durch andere Normen abgedeckt). Die wichtigsten Aspekte f\u00fcr Leistungsmodule (einschlie\u00dflich DC\/DC-Wandler) lassen sich jedoch in folgende Kategorien einteilen: <\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Anforderungen bez\u00fcglich der Eingangsspannung<\/li>\n\n\n\n
  • Anforderungen an die elektromagnetische Vertr\u00e4glichkeit (EMV\/EMI)<\/li>\n\n\n\n
  • Mechanische \/ physikalische Anforderungen<\/li>\n\n\n\n
  • Anforderungen in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit<\/li>\n\n\n\n
  • Anforderungen an die elektrische Trennung<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Die Anforderungen an die Eingangsspannung sind in EN 50155 spezifiziert und sind so ausgelegt, dass sie den in Bahnanwendungen typischerweise auftretenden starken Schwankungen der Stromquellen sowie dem Auftreten von Spannungsspitzen und anderen St\u00f6rungen der Versorgung Rechnung tragen.<\/p>\n\n\n\n

    Wird das Ger\u00e4t direkt von einer Batterie ohne jegliche Regelung gespeist, ist ein korrekter Betrieb mit Spannungen im Bereich von 70% bis 125% der Nenneingangsspannung (V) erforderlich.N<\/sub>Dar\u00fcber hinaus wurden Ausf\u00e4lle bis zu einer H\u00f6he von 60% von V beobachtet.N <\/sub>f\u00fcr 100 ms und Sto\u00df\u00fcberspannungen bis zu 140% von VN<\/sub> f\u00fcr eine Sekunde, ein h\u00e4ufiges Ph\u00e4nomen beim Hochfahren von Ger\u00e4ten. <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Die weltweit am h\u00e4ufigsten f\u00fcr die Bordelektronik von Eisenbahnen verwendeten Gleichspannungen, die daher hier haupts\u00e4chlich betrachtet werden, sind 24 V, 72 V und 110 V.<\/p>\n\n\n\n

    Die Norm fordert au\u00dferdem, dass kurzzeitige \u00dcberspannungen von bis zu 1800 V (50 ms) abgefangen werden k\u00f6nnen. Dies wird \u00fcblicherweise mit einem \u00dcberspannungsschutz (TVS) erreicht, der Energien bis zu 1,5 J unterdr\u00fccken kann. Die Klemmspannung des TVS muss mit der des DC\/DC-Wandlermoduls kompatibel sein.<\/p>\n\n\n\n

    W\u00e4hrend die meisten nationalen Normen mit EN 50155 harmonisiert sind, weicht die britische Norm RIA12 in einem wichtigen Punkt bez\u00fcglich des \u00dcberspannungsschutzes von EN 50155 ab. RIA12 fordert, dass Ger\u00e4te einer \u00dcberspannung von 3,5 V standhalten m\u00fcssen.N<\/sub> bis zu 20 ms. Dies liegt au\u00dferhalb der M\u00f6glichkeiten eines TVS-Sensors, und es ist eine aktive externe Schaltung zum Schutz vor solch schnellen Transienten und Spannungsspitzen erforderlich.<\/p>\n\n\n\n

    In puncto elektromagnetischer Vertr\u00e4glichkeit stellen Eisenbahnen eine anspruchsvolle Umgebung dar. Die Hochspannungen der Oberleitungen sind eine potenzielle St\u00f6rquelle, ebenso wie die bordeigenen Transformatoren und Hochleistungsmotoren. Fahrg\u00e4ste nutzen w\u00e4hrend der Fahrt zudem h\u00e4ufig Smartphones und Laptops, die allesamt elektromagnetische St\u00f6rungen (EMI) abgeben k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

    EN 50155 behandelt EMV-Anforderungen durch Verweise auf EN 50121-3-2 \u201cEisenbahnanwendungen \u2013 Elektromagnetische Vertr\u00e4glichkeit \u2013 Schienenfahrzeuge \u2013 Ger\u00e4te\u201d. Diese Norm definiert Grenzwerte sowohl f\u00fcr elektrische St\u00f6rungen, die auf elektronische Ger\u00e4te einwirken, als auch f\u00fcr die von ihnen ausgehenden Emissionen. Im Allgemeinen werden diese Anforderungen durch den Einsatz eines externen EMV-Filters erf\u00fcllt. Vorschl\u00e4ge f\u00fcr EMV-Filter f\u00fcr DC\/DC-Wandler sind \u00fcblicherweise in den jeweiligen Technischen Spezifikationen enthalten. Selbstverst\u00e4ndlich m\u00fcssen jedoch Systemtests am gesamten Endger\u00e4t durchgef\u00fchrt werden, um die vollst\u00e4ndige Konformit\u00e4t sicherzustellen.<\/p>\n\n\n\n

    Neben den elektrischen St\u00f6rungen stellen Bordanwendungen im Schienenverkehr auch physikalisch anspruchsvolle Umgebungen f\u00fcr elektronische Systeme dar. W\u00e4hrend der Fahrt treten st\u00e4ndig Vibrationen auf, die zu Materialerm\u00fcdung f\u00fchren. Zudem k\u00f6nnen St\u00f6\u00dfe bis zu 5G auftreten, insbesondere beim Rangieren von leeren Waggons.<\/p>\n\n\n\n

    EN 61373 \u201cAusr\u00fcstung f\u00fcr Schienenfahrzeuge \u2013 Sto\u00df- und Schwingungspr\u00fcfungen\u201d behandelt speziell die mechanischen Anforderungen an elektronische Ger\u00e4te (einschlie\u00dflich Leistungsmodule) f\u00fcr Bahnanwendungen. Die Norm ber\u00fccksichtigt, dass die Platzierung der Ger\u00e4te an sieben definierten Standorten (von geschlossenen elektrischen Betriebsr\u00e4umen bis hin zu dynamischen Au\u00dfenbereichen) zu unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen f\u00fchrt und tr\u00e4gt dies bei der Klassifizierung der Ger\u00e4teklassen bei. Ger\u00e4te mit Leistungsmodulen fallen meist in die Klasse 1B.<\/p>\n\n\n\n

    Im Bahnbereich werden elektronische Ger\u00e4te h\u00e4ufig hinter Verkleidungen oder in beengten R\u00e4umen unter Sitzen angebracht, was zu erh\u00f6hten Betriebstemperaturen der Module f\u00fchren kann. \u00c4hnlich wie die physikalischen Anforderungen werden auch die Betriebstemperaturen in sechs Klassen mit unterschiedlichen Anforderungen unterteilt.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Tabelle 1: Betriebstemperaturklassen<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Sofern nicht anders angegeben, gelten in der Regel die Anforderungen der Kategorie OT3. Bei DC\/DC-Wandlern bedeutet die Unterbringung von Ger\u00e4ten in Geh\u00e4usen jedoch oft, dass ein zus\u00e4tzlicher Temperaturanstieg von 15\u00b0C ber\u00fccksichtigt werden muss, sodass ein Betrieb bis zu 85\u00b0C erforderlich ist.<\/p>\n\n\n\n

    Die Luftfeuchtigkeit ist ein weiterer wichtiger Umweltaspekt. Die Norm EN 50155 schreibt vor, dass Leistungsmodule 30 Tage lang bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 951 \u00b0C getestet werden m\u00fcssen. Auf nationaler Ebene fordert die franz\u00f6sische Norm NFF 01-510 jedoch 100 \u00b0C, w\u00e4hrend Gro\u00dfbritannien 56 Tage bei 93 \u00b0C vorschreibt.<\/p>\n\n\n\n

    Die letzte wichtige elektrische Anforderung ist die galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang, die gem\u00e4\u00df EN 50155 in Abh\u00e4ngigkeit von der Nenneingangsspannung definiert ist. Es ist anzumerken, dass die franz\u00f6sischen Anforderungen gem\u00e4\u00df NFF etwas strenger sind und f\u00fcr alle Eingangsspannungen den h\u00f6chsten Wert (1500 V AC \/ 50 Hz \/ 1 min) vorschreiben.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Tabelle 2: Die Isolationsanforderungen nach EN 50155 h\u00e4ngen von der Nennspannung ab<\/em><\/p>\n\n\n\n

    In Branchen wie dem Eisenbahnwesen, wo die Zul\u00e4ssigkeit von Leistungsmodulen stark durch Normen definiert ist, k\u00f6nnen sich Ingenieure auf die Datenbl\u00e4tter der Hersteller als Nachweis der Konformit\u00e4t verlassen. Da diese Normen jedoch regelm\u00e4\u00dfig aktualisiert werden (wie beispielsweise die umfangreiche Aktualisierung der EN 50155 im Jahr 2017, auf die hier Bezug genommen wird), sollten Ingenieure sicherstellen, dass die Ger\u00e4te der jeweils aktuellen Version der Norm entsprechen (und im Fall der EN 50155 allen darin referenzierten Normen).<\/p>\n\n\n\n

    Leistungsmodule f\u00fcr Leistungsanwendungen<\/h2>\n\n\n\n

    Die Leistungsmodule der Serie Flex bieten eine breite Palette an Leistungsmodulen, die sich f\u00fcr den Einsatz in Bahnanwendungen eignen. Im Leistungsbereich von 1,65 W bis 300 W sind verschiedene Ger\u00e4tefamilien erh\u00e4ltlich, die die Norm EN 50155 erf\u00fcllen und somit f\u00fcr Bahnanwendungen geeignet sind.<\/p>\n\n\n\n

    Das breite Produktsortiment umfasst sowohl vollst\u00e4ndig gekapselte als auch offene Geh\u00e4usel\u00f6sungen und bietet eine Vielzahl von Konfigurationen, darunter Einzel- und Doppelausg\u00e4nge. Die extrem weiten Eingangsspannungsbereiche (9 V bis 75 V und 43 V bis 160 V) bieten Entwicklern Flexibilit\u00e4t und gew\u00e4hrleisten gleichzeitig die Einhaltung der Eingangsspannungsanforderungen der EN 50155.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Abbildung 1: Flex Leistungsmodule bietet eine breite Palette von Leistungsmodulen f\u00fcr Bahnanwendungen<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Die k\u00fcrzlich eingef\u00fchrte DC\/DC-Leistungsmodulserie PKE-A umfasst die Ger\u00e4te der Serie PKE7000A im Industriestandard-Bauformfaktor 2" x 1". Sie bieten einen Eingangsspannungsbereich von 43 V bis 160 V und sind somit f\u00fcr den Einsatz mit 72-V- oder 110-V-Nennspannungen geeignet, die beide in Bahnanwendungen \u00fcblich sind. Die PKE7000A-Ger\u00e4te liefern eine Leistung von bis zu 30 W, erf\u00fcllen die Norm EN 50155 und bieten MTBF-Werte von bis zu 5 Millionen Stunden, was eine lange Lebensdauer auch in anspruchsvollen Anwendungen gew\u00e4hrleistet.<\/p>\n\n\n

    \n\t<\/div>\n\n\t\t<\/div>\n\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Im Rahmen des Kurses Flex Power Modules werden die Normen und Anforderungen an Stromversorgungsl\u00f6sungen f\u00fcr den Einsatz in Bahnanwendungen sowie einige neuere Produkte, die speziell f\u00fcr diese anspruchsvolle Anwendung entwickelt wurden, betrachtet.<\/p>","protected":false},"author":18,"featured_media":34143,"template":"","categories":[43,97],"tags":[306,117,307,255,308,103],"content-type":[94],"class_list":["post-38815","resource","type-resource","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-power","category-power-modules","tag-pke-a","tag-pkj-w","tag-pkj7000","tag-pkj8200","tag-pkm-a","tag-pkm-w","content-type-article"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38815","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource"}],"about":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/resource"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38815\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":38872,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/38815\/revisions\/38872"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/34143"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=38815"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=38815"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=38815"},{"taxonomy":"content-type","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/content-type?post=38815"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}