Einsatz in rauer Umgebung am Beispiel der EN 50155

CompactPCI Serial

Digital-KompenDium // CompaCtpCI SerIal Einsatz in rauer Umgebung am Beispiel der EN 50155 Dass CompactPCI Serial ebenso wie schon CompactPCI selbst den harten Anforderungen im Eisenbahnbereich gewachsen ist, soll anhand des damit verbundenen Normenwerks erläutert werden. Ziel der EN 50155 für die Elektronik im Zug ist eine Funktionsfähigkeit von 24 Stunden pro Tag über 20 Jahre oder entsprechend rund 175.000 Stunden. Dies ist möglich durch die Definition von Anforderungen, die unter allen denkbaren Umweltbedingungen erfüllt werden müssen, einschließlich Schock und Vibration, Nebel und Salz, etc. Sie gibt auch den Umgang mit Schwankungen der Versorgungsspannung und deren Transienten vor: Umgebungstemperatur: Die EN 50155 verlangt bis zu -40 bis +85 °C. Außerdem definiert sie 3 °C/s thermischen Schock als Anforderung beim Durchfahren eines Tunnels. Aufgrund der Temperaturextreme, der thermischen Anstiegraten und der Feuchte müssen die Bauelemente und die Leiterplatten der Kondensation widerstehen, die zusammen mit Temperaturanstiegen von Werten unter null Grad auftritt. Feuchte: Die EN 50155 gibt generelle Richtlinien vor: Relative Feuchte von 75 % im Durchschnitt, gefolgt von 30 aufeinander folgenden Tagen mit 95 % relativer Feuchte. Das bedeutet für die elektronische Ausrüstung in den meisten Fällen wasserdichte Gehäuse oder schutzlackierte Baugruppen. Umweltverschmutzung: Je nach Unterbringung der Ausrüstung können Umweltverschmutzungen einwirken: Leitfähiger Staub, Ölnebel, Sprühsalz und/oder Schwefeldioxid. Conformal Coating und Gehäuse mit IP-Schutzart vermeiden die negativen Folgen dieser Einwirkungen. Kühlung: Zwangsbelüftung soll wegen der dadurch vermehrt anfallenden Wartungsarbeiten vermieden werden. Kühlung durch reine Konvektion erfordert ein geeignetes Board- und Gehäuse-Design. EMV: Züge sind bei der Fahrt einer Vielzahl von elektromagnetischen Störeinflüssen ausgesetzt. Die Transienten-/Burst-Festigkeit muss entsprechend EN 50121-3-2 und EN 61000-4-4 nachgewiesen werden. Die Einstrahlfestigkeit gegen Funksender muss der EN 50121-3-2 entsprechen und die Abstrahlung von Funkwellen der EN 50121-3-2. Stoß und Vibration: Die EN 50155 beschreibt Testmethoden und Grenzwerte, die in EN 61373 definiert sind. Obwohl die dort aufgeführten Applikationen DIN-Schienenmontage vorsehen, müssen für Umgebungen mit hoher Vibration massivere Montage- Techniken, wie sie CompactPCI bietet, eingesetzt werden. Zusätzliche Anforderungen im Bahnbereich Eingangsspannung: Bei einem System mit 110 VDC darf die Eingangsspannung im Bereich von 77 bis 137,5 VDC ohne jede zeitliche Begrenzung variieren. Die Eingangsspannung darf außerdem im Bereich von 66 bis 154 VDC für eine Periode von 0,1 s extrem variieren. Um diesen einzigartigen Anforderungen an den Eingangsspannungsbereich zu genügen, können nur Stromversorgungen verwendet werden, die speziell für den Einsatz in Eisenbahnen konstruiert sind. Solche Stromversorgungen sind für CompactPCI und damit auch CompactPCI Serial als COTS-Produkte erhältlich. Welligkeit der Eingangsspannung: Die Eingangsgleichspannung von einem Einoder Drei-Phasen-Generator ist relativ ungeglättet. Sie kann eine signifikante Welligkeit enthalten, die bis zu 15 % der durchschnittlichen Spannung betragen darf und die nicht von den Eingangsfiltern ferngehalten wird. Zusätzlich müssen die Regelkreise der Stromversorgung schnell genug sein, um Schwankungen der Eingangsspannung auszuregeln, damit diese nicht am Ausgang auftreten. Mit 3-HE-Systemen Platz und Kosten sparen Eingangsspannungsstöße: Die EN 50155 definiert die Relation von Stoßspannung, Dauer und Quellenimpedanz zu höheren Spannungen, die für kürzere Zeit und mit höherer Quellenimpedanz auftreten. So ist bei 110 V ein Test mit 1,4-facher Überspannung (154 VDC) über 1 s mit einer Quellenimpedanz von 1 Ohm vorgesehen. Zuverlässigkeit und lange Verfügbarkeit der Elektronik ist für Bahnanwendungen entscheidend. CompactPCI Serial basiert auf CompactPCI und dessen bewährter Mechanik. Die Norm IEEE 1011 beinhaltet alle erforderlichen Abschirmtechnologien. Gerade mit 3-HE-Systemen kann man Anwendungen aus dem Bahnbereich extrem platzsparend und kostengünstig bedienen.


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