Anforderungen an Schienenfahrzeuge: Robuste Steckverbinder.
Die Bahnindustrie stellt strenge sicherheitskritische Anforderungen an die Konstruktion von Steckverbindern. Diese umfassen Größe, Spannungsspezifikationen und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Auch die Beständigkeit gegenüber Temperaturschwankungen ist von großer Bedeutung, insbesondere bei Fahrwerksystemen wie Traktions-, Motor- und Bremssteuerungen, wo Kabel und Verbindungen extremen Temperaturen ausgesetzt sein können. Darüber hinaus müssen Schienenverbindungslösungen feuerbeständig sein. Hochtemperatursteckverbinder bestehen häufig aus gefrästen Kontakten aus einer Kupfer-Silber-Legierung und einer gefrästen Edelstahl-Schutzkappe mit Keramikeinsätzen. Herkömmliche Steckverbindereinsätze sind aus Kunststoff oder Gummi gefertigt, schmelzen jedoch bei den extremen Temperaturen im Brandfall. Keramik ist feuerbeständig und unempfindlich gegenüber Verdunstung. Die Steifigkeit des Keramikmaterials macht es weniger anfällig für Vibrationen und Bremsvorgänge. Ein Metallring hält den Keramikeinsatz in der Schutzkappe. Dadurch lässt sich der Steckverbinder leicht demontieren und ermöglicht eine schnelle, einfache Wartung vor Ort.
Materialien wie Neopren eignen sich für Temperaturen von -55 °C bis +25 °C, während Steckverbinder aus Silikon in einem Bereich von -55 °C bis +200 °C eingesetzt werden können. Einige Steckverbinder sind zudem so konstruiert, dass sie die europäische Norm CEN/TS 45545 für Brandschutz im Eisenbahnwesen erfüllen und daher mindestens 15 Minuten lang hohen Temperaturen gemäß der Wärmekurve ISO 834-1 standhalten müssen, wobei die maximale Temperatur 800 °C beträgt. Steckverbinder mit umgekehrtem Bajonettverschluss wurden gemäß der europäischen Norm CEN/TS 45545 geprüft und widerstehen Temperaturen bis zu 800 °C über die vorgegebene Zeit. Dadurch eignen sie sich ideal für sicherheitskritische Anwendungen im Eisenbahnwesen, wie z. B. elektronisch gesteuerte pneumatische Bremsen und Motordiagnosesteuerungen.
Steckverbinder für die Bahntechnik müssen beständig gegen hohen Druck, korrosive Flüssigkeiten und Gase sowie hohe Temperaturen sein. Die Entwicklung von Duroplasten und technischen Kunststoffen aus PEEK (Polyetheretheraceton) ermöglicht die Erfüllung der erforderlichen Umwelttoleranzen und bietet gleichzeitig kleinere und leichtere Rundsteckverbinder. Beispielsweise bestehen die Steckverbinder der VBN-Serie von ITT (Abbildung 1) aus thermoplastischem Material gemäß den Normen NFF16-101 und NFF16-102 und sind in Größen ab einem Durchmesser von nur drei Zoll erhältlich, wobei sich das Gewicht mit jeder Größe entsprechend reduziert. Die Dichtung und weitere Teile des Steckverbinders sind aus Silikonkautschuk und feuerfestem Gummi gefertigt, während die Metallteile aus einer RoHS-konformen Aluminiumlegierung mit schwarzem Urethan-Epoxidlack bestehen. Steckverbinder mit Schutzart IP67, die auch rauen Umgebungsbedingungen standhalten, eignen sich für Anwendungen von Instrumententafeln und Stromschnittstellen bis hin zu Klimaanlagen und Verteilerkästen.
Anforderungen im Schienenverkehr: Hochgeschwindigkeitssteckverbinder.
Neben Robustheit und Zuverlässigkeit sind Kosten, Funktionalität und Leistung entscheidende Parameter für Kunden im Schienenverkehr. Um Kosten zu senken und die Funktionalität im öffentlichen Nahverkehr zu erhöhen, haben Hersteller Verbindungslösungen entwickelt, die mehrere Ethernet- und MVB-Leitungen in einem einzigen Steckverbinder bündeln. Diese Hochgeschwindigkeits-Bajonett-Rundsteckverbinder reduzieren die Anzahl der Komponenten und Leitungen, senken Kosten und Gewicht und erhöhen Funktionalität und Leistung. Hochgeschwindigkeitssteckverbinder erfüllen hohe Anforderungen an Langlebigkeit und Zuverlässigkeit und sind daher für hohe Steckzyklen geeignet.
Eine solche Lösung, der ITT CIR-M12-Steckverbinder (Abbildung 2), ermöglicht die zuverlässige Datenübertragung zwischen Waggons und die Übertragung verschiedener Datentypen (darunter Ethernet, MVB, WTB und Videosignale) in Nahverkehrssystemen. Das Steckverbindersystem besteht aus innovativen QXM12-Kontakten, die auf der bewährten FRCIR-Bajonett-Rundsteckverbinder-Hardware montiert sind. Vieradrige Drähte und das zugehörige Geflecht aus abgeschirmten Drähten sind in den QXM12-Kontakt integriert, und ein spezieller Kunststoffeinsatz führt mehrere QXM12-Kontakte und ihre Drähte zu einem einzigen Stecker zusammen.
Diese Technologie ermöglicht es Entwicklern, die Datenübertragung von Ethernet-, MVB-, WTB- und Videoleitungen gemäß VG95234 (sofern zutreffend) in denselben Steckverbinder zu integrieren und so Datenströme aus verschiedenen Quellen wie Motordiagnose, Bremssteuerung, Klimaanlage, Fahrgastinformationssystemen, Netzwerksteuerung und Beleuchtung zu verwalten. Die Kontakte des Datenbus-Steckverbinders sind für 3 A ausgelegt (maximaler Strom für 1 ms: 10 A), die Betriebsspannung beträgt 100 V DC und der Isolationswiderstand 10 GΩ. Mechanisch entspricht der Einsatz den Spezifikationen UNI-CEI 11170 (I2F2) und UL94-V0.
Bahnnormen:
Die globalen Normen für Bahnanwendungen unterscheiden sich von Land zu Land. Dies gilt insbesondere für DIN-Schienenspezifikationen. Die IRIS-Zertifizierung (International Railway Industry Standard) ist weltweit anerkannt und qualifiziert Komponentenhersteller für die Zusammenarbeit mit Herstellern von Bahntechnik, Systemintegratoren, Waggonbauern und deren Zulieferern. IRIS wurde entwickelt und implementiert, um ein globales System mit einheitlicher Sprache, konsistenten Bewertungsrichtlinien und gegenseitiger Anerkennung von Audits zur Bewertung von Zulieferern der Bahnindustrie zu schaffen. Ziel ist es, ein hohes Maß an Transparenz entlang der gesamten Lieferkette zu gewährleisten.
Die Zusammenarbeit mit einem Steckverbinderhersteller, der in all diesen Bereichen Erfahrung hat, eliminiert Unsicherheiten bei der Konstruktion hinsichtlich hoher Temperaturen, Hochdruckschnittstellen und einer Vielzahl weiterer Herausforderungen. Da diese Bauteile in kritischen Anwendungen eingesetzt werden, möchten Kunden nicht Teil der Lernkurve des Lieferanten sein. Um ein hohes Maß an Qualität und Leistung zu gewährleisten und Gefahren zu vermeiden, benötigen sie Komponenten von einem Hersteller mit nachweislicher Erfolgsbilanz.
Die Zusammenarbeit mit einem Hersteller, der mit den Prüfparametern der Normen für Bauteile und Gehäuse vertraut ist, vereinfacht die Konstruktions- und Entwicklungsprozesse und gewährleistet gleichzeitig, dass die Steckverbinder alle erforderlichen Vorschriften erfüllen. Interne Prüfdienstleistungen und kontinuierliche Qualitätsverbesserungsprogramme stärken die Position des Steckverbinderherstellers als bewährter Lieferant von Bahnsteckverbindern.
Da Steckverbinder im Eisenbahnsektor ständig Stößen, plötzlichen Vibrationen, hohem Druck und hohen Temperaturen sowie schwankenden Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, müssen sie robust genug sein, um diesen rauen Bedingungen standzuhalten und jederzeit einwandfrei zu funktionieren. Kunden müssen daher Steckverbinder auswählen, die speziell für Anwendungen unter solchen Bedingungen entwickelt wurden. Die Gewährleistung eines robusten und zuverlässigen Steckverbinders mit hoher Leistungsfähigkeit, der die Anforderungen an Kosten und Funktionalität erfüllt, ist entscheidend für den Aufbau einer Geschäftsbeziehung mit einem Steckverbinderhersteller, der Erfahrung in der Entwicklung von Anwendungen für raue Umgebungen hat und mit den Prüfverfahren der regulatorischen Parameter der Eisenbahnindustrie vertraut ist.
Der Autor
Mike Gardiner ist Produktmanager bei ITT Interconnect Solutions und verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Steckverbinderbranche.
