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Kabel & Steckverbinder So sorgt eine neue Leitungslösung für mehr Sicherheit bei der Bahn

| Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Verschleißfest, wasserdicht und brandsicher: Mit diesen Eigenschaften verspricht eine neuartige Leitungslösung mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Bahntechnik. Hinter der Entwicklung stecken zwei Unternehmen aus dem Rheinland und dem Sauerland.

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Hersteller, die sicherheitskritische Bauteile für die Bahntechnik entwickeln, müssen auf 100-prozentige Zuverlässigkeit achten.
Hersteller, die sicherheitskritische Bauteile für die Bahntechnik entwickeln, müssen auf 100-prozentige Zuverlässigkeit achten.
(Bild: ©den-belitsky - stock.adobe.com)

Rund 2,6 Mrd. Menschen sind 2019 mit der Deutschen Bahn gereist und haben dem Verkehrsmittel ihr Leben anvertraut. Damit die Passagiere sicher reisen können, sind hunderte Zulieferer aus der Bahntechnik jeden Tag darum bemüht, sichere Bauteile zu entwickeln. Unter ihnen Igus, spezialisiert auf die Entwicklung von Leitungslösungen und Escha als Hersteller für maßgeschneiderte Anschlusstechniklösungen. „Es liegt in der Verantwortung der Hersteller wie uns, bei der Sicherheit auf 100-prozentige Zuverlässigkeit zu achten“, sagt Andreas Muckes, Leiter Produktmanagement Chainflex Leitungen bei Igus. „Daher entwickeln wir kontinuierlich neuartige Materialien, welche die Sicherheit im Bahnverkehr weiter erhöhen. Das ist oftmals Pionierarbeit.“

Marc Seeländer, Branchenspezialist bei Escha ergänzt: „Bei dieser Pionierarbeit dürfen wir die beiden Bauteile des Endprodukts – die Leitung und den Steckverbinder – nicht isoliert betrachten. Damit wir unseren Kunden eine zuverlässige, sichere und normgerechte Lösung anbieten können, müssen alle Materialien aufeinander abgestimmt sein.“

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Hohe Brandschutzanforderungen und raue Umweltbedingungen

Die Entwicklung von Leitungslösungen für die Bahntechnik ist komplex. Es gelten strenge brandschutztechnische Anforderungen: Die Materialprüfnorm DIN EN 45545 gibt vor, welche Standards Hersteller einhalten müssen. Beschrieben sind zahlreiche Eigenschaften von Materialien – unter anderem die Entflammbarkeit, die Rauchgasdichte, die Toxizität und das Abtropfverhalten bei Verflüssigung. Leitungen zu entwickeln, die diesen Anforderungen gerecht werden, ist schwer. Richtig herausfordernd wird es allerdings dann, wenn es sich um bewegte Leitungen handelt, weil Standardmaterialien dafür nicht geeignet sind.

Ein typischer Einsatzfall für Leitungen in Zügen stellen die Sicherheitsleisten der Türen dar. Hier wird die Leitung vom Sensor über eine Energiekette mit einem sehr kleinen Radius zur Steuerung geführt. Diese Bewegung in engstem Bauraum strapaziert die Leitung außerordentlich und ist eine sicherheitsrelevante Funktion für den Fahrgast. Für diese Anwendungen kommen die Leitungen der Serie CF9 oder CF98 zum Einsatz, die auf Biegeradien von bis zu 4xd ausgelegt sind. Sie sind jedoch bei der Materialauswahl ausschließlich auf Bewegung optimiert. „Mit der Serie CF Special.414 ist es unseren Forschern gelungen die Anforderungen aus beiden Welten miteinander zu vereinen – Brandschutz und Bewegung in der Energiekette. Das ist keine Selbstverständlichkeit“, ist Andreas Muckes überzeugt. „Viele Leitungen auf dem Markt erfüllen brandschutztechnische Erwartungen, nähern sich unter ständiger Bewegung aber zu schnell der Verschleißgrenze. Wir füllen diese Lücke.“

Das Geheimnis der Robustheit? Igus verwendet für den Außenmantel eine eigens entwickelte Spezialmischung, die der Bewegung standhält und auch die Anforderung zum Brandschutz erfüllt. Zum Einsatz kommt außerdem eine weitere Spezialmischung für die Aderisolation, die besonders adhäsionsarm ausgeführt ist. Zudem sind die Adern kurz verseilt und wechseln somit in schnellem Abstand den Innen- und Außenradius der gebogenen Leitung. So ließ sich die Lebensdauer erhöhen.

Leitungen müssen Langzeittests bestehen

Neuentwicklungen testet Igus in realen Anwendungen in seinem Testlabor für bewegte Leitungen. Auf 58 Anlagen sind 800 Produkte ständig im Test. Auch die Serie Serie CF Special.414 musste hier ihre Produkteigenschaften unter Beweis stellen. In einem Langzeittest mit zwei Mio. Doppelhüben bewegte sich die Leitung im Inneren einer Energiekette bei einem Biegeradius von unter 50 mm. „Solche Langzeittests erweitern die DIN-Tests und sind notwendig, um eine klare Aussage zur Bewegung zu erhalten“, erläutert Katharina Esch, die als Chainflex Produktmanagerin bei Igus die Zusammenarbeit mit Escha betreut. Ein Beispiel: Damit eine gefrorene Leitung den Test für die Bewegung besteht, reicht es aus, sie einmal in einem Prüfaufbau nach DIN EN 60811-504 zu bewegen. „Mit den Anforderungen aus dem Bahnalltag haben diese Tests in vielen Fällen nicht viel zu tun,“ so Esch.

Hier ist ein erster Ansatz für die Zusammenarbeit auch schon erwähnt. Im Hause Escha wird man durch die enge Betreuung der Bahnkunden nach außergewöhnlichen Lösungen direkt gefragt. Ein Kunde benötigte beispielsweise eine Leitung für eine Trittstufe in einem Zug in Osteuropa, die dort auch bei tiefsten Minusgraden zuverlässig funktioniert. Die bisher verbaute Leitung war eine Versorgungsleitung, die nach nur tausend Bewegungen mit Mantelbruch versagte. An dieser Stelle konnten sofort gute Ergebnisse mit der CF Special.414 erzielt werden und Escha war in der Lage den gesamten Leitungssatz als zuverlässige Baugruppe dem Endkunden anzubieten.

Igus und Escha bringen Kompetenzen zusammen

Igus und Escha arbeiten bereits seit über 20 Jahren zusammen. Die Unternehmen haben schon Vieles gemeistert, was unlösbar schien. Ein Beispiel: Häufig bestehen die Mäntel der Leitungen aus Materialien, die sich nicht ohne weiteres mit den Materialien des Steckers dicht verbinden lassen. „Hier sorgen wir mit unseren Ideen regelmäßig für neue Herausforderungen bei unserem Partner“, sagt Esch schmunzelnd.

Escha als Spezialist für Anschlusstechnik ist seit über 35 Jahren auf die Entwicklung von Steckverbindern und Gehäusetechnik für die Automatisierungstechnik und den Maschinenbau spezialisiert. Der Fokus liegt sowohl auf zuverlässigen Lösungen für Standardapplikationen, als auch auf der Entwicklung und Fertigung von Speziallösungen für kundenindividuelle Anforderungen. Auch in der Bahntechnik ist das Unternehmen kein unbeschriebenes Blatt. Steckverbinder kommen in allen vier Verdrahtungsebenen von Zügen zum Einsatz. Diese können im Bereich der Datenübertragung (Ethernet-Train-Backbone und Ethernet-Consist-Network), der konventionellen Sensor-/Aktorverdrahtung oder Powerversorgung sein. Doch egal welche Ebene, für alle Leitungslösungen gilt: „Einerseits müssen Normen und Standards erfüllt werden. Andererseits sind Umweltbedingungen, wie zum Beispiel Temperaturschwankungen, Vibrationen oder elektromagnetische Einflüsse, besonders herausfordernd", bestätigt Seeländer. „Wir haben uns diesen Ansprüchen gestellt und ein Produktprogramm auf den Markt gebracht, das den hohen branchenspezifischen Sicherheitsanforderungen gewachsen ist und den extremen Umwelteinflüssen dauerhaft standhält."

Escha setzt auf patentierte 2SSK-Technologie

Die Zusammenarbeit mit Igus funktioniert wie folgt: Leitungen der Serie CF Special.414 erreichen Escha als Trommelware. Escha übernimmt die Produktion anschlussfertiger Kabel, die sogenannte Kabelkonfektionierung. Dazu wird die Leitung zunächst auf die gewünschte Länge geschnitten. Anschließend werden an einer oder beiden Seiten die Steckverbinder angespritzt. Durch eine speziell abgestimmte Kunststoffkomposition erfüllt die Verbindung zwischen Leitung und Steckverbinder die hohen Anforderungen der Schutzarten IP 67 und IP 69. Um die Zuverlässigkeit des Bordnetzwerks zu erhöhen, verfügen die Steckverbinder über eine 360°-Schirmung, die auf der patentierten Escha 2SSK-Technologie beruht. Auch thermische Belastung ist kein Problem. Die Steckverbinder sind für einen Temperaturbereich von -40 bis 90 °C ausgelegt. Somit erfüllen sie die für die Bahnindustrie wichtige Norm DIN EN 50155.

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