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PLUG PLUG & Play-Verbindungstechnik für den längsten S-Bahn-Gliederzug der Welt. SONDERDRUCK aus ETR 10/2007

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PLUGPLUG & Play-Verbindungstechnikfür den längsten S-Bahn-Gliederzugder Welt.

SONDERDRUCK

aus ETR 10/2007

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Dipl.-Ing. Henrik MaßmannLeitung Einbauplanung für Plattform Regionalzüge bei Alstom, Salzgitter

PLUG & Play-Verbindungstechnik für den längsten S-Bahn-Glieder-zug der WeltDer Regionalzug CORADIA LIREX (Bild 1) für Stockholm absolvierte erfolgreich sein Debüt in Schweden. Als zuverlässige Ergänzung zum innovativen Fahrzeugkonzept von Alstom LHB haben sich die steckbaren Leistungsverbindungen von Pfi sterer bestens bewährt.

Innovation beginnt mit dem Wagnis, neue Wege einzuschla-gen. Diesen Schritt in Richtung zukunftsweisender Bahntech-

nik setzte der Systemhauslieferant mit der Entwicklung seiner neuen Schnellverkehrs-triebwagen-Plattform. Das moderne Fahr-zeugkonzept eröffnet Fahrgästen eine neue Dimension des Bahnfahrens: Der CORADIA LIREX ist das erste Fahrzeug seiner Klasse, das nahezu über die gesamte Länge niederfl urig und stufenlos ist. Selbst mobilitätseinge-schränkte Personen können bequem, schnell und vor allem sicher ein- und aussteigen.Zum durchgängigen Niederfl ur gesellen sich breite Wagenübergänge mit bis zu 1300 mm Breite, große Fenster und ein großzügig ge-stalteter Innenraum. Kinderwagen, Fahrräder und Gepäck lassen sich bequem in den Mehr-zweckbereichen verstauen. So schafft Alstom LHB im CORADIA LIREX ein Raumgefühl, das Bahnfahren mit Bewegungsfreiheit und Bequemlichkeit verbindet. Die wichtigsten technischen Daten des X60 CORADIA LIREX sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

1. FREIE FAHRT FÜR DEN X60

Neben dem bislang unerreichten Fahrkom-fort überzeugten weitere Eigenschaften des

>gerd.albrecht@pfi sterer.de

Dipl.-Ing. Gerd AlbrechtProduktmanager Industrielle Kontaktsysteme bei Pfi sterer, Gerstetten-Gussenstadt

BILD 1: CORADIA LIREX für Stockholm – die längste Gliederzug-S-Bahn der Welt

TABELLE 1: Technische Daten des X60 CORADIA LIREX

Der CORADIA LIREX ist für die verschiedensten Verkehrssysteme auslegbar:> zwischen den Regionen als Regionalbahn, Regionalexpress oder Inter-Regio-Ersatz > in Ballungsräumen als S-Bahn> für den grenzüberschreitenden Verkehr

Technische Daten des X60 CORADIA LIREX Fahrzeugtyp Sechsteiliger GelenktriebzugWagenkastenrohbau StahlLänge 107,100 mBreite 3,258 mFahrzeughöhe (über SOK*)) 4,280 mFußbodenhöhe (über SOK*)) 790 mm (92 % des Fahrzeugs) 830 mm im Übergangsbereich 1080 mm im Hochfl urbereichEinstiegshöhe (über SOK*)) 760 mmTüren/Breite 12 pro Seite/1300mmSitzplätze 374Stehplätze 565 (5 Fahrgäste/m²)Höchstgeschwindigkeit 160 km/hMaximalbeschleunigung 1,12 m/s² von 0-80 km/hStromversorgung 15 kV, 16 2/3 HzAntriebsleistung 12 x 250 kWHöchstgewicht (5 P/m²) ca. 272 tLeergewicht ca. 205 tMaximale Achslast ca. 20 tAusstattungen Klimaanlage (Fahrgastabteil und Fahrerstand) Mehrzweckbereiche (1 je Endwagen)Recyclingrate 95%*) SOK = Schienenoberkante

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CORADIA LIREX seinen ersten Anwender. Der Stockholmer Verkehrsbetrieb Storstock-holms Lokaltrafi k AB (SL) erteilte im Rah-men einer internationalen Ausschreibung im April 2002 Alstom LHB einen Lieferauftrag im Wert von rund 400 Mio. € über 55 CORADIA LIREX-Fahrzeuge. Ausschlaggebend für den Zuschlag waren neben der Benutzerfreund-lichkeit die weitreichende Modularität sowie die Verbindung von hoher Effi zienz und Leis-tungsfähigkeit mit niedrigen Wartungs- und Betriebskosten selbst unter extremen Klima-bedingungen (Bild 2).Seine Premierenfahrt absolvierte der für Schweden konzipierte Zug mit der SL-Bau-reihe X60 aus der CORADIA LIREX-Familie am 14. Juni 2005 zwischen Vechelde und Lehrte. Die SL, die im Stockholmer Großraum mehr als 600 000 Fahrgäste pro Tag befördert, hatte sich für die sechsteilige Zugkonfi guration des CORADIA LIREX entschieden. Sie zählt mit 107 Metern Länge zu den längsten Gelenktriebzü-gen der Welt und stellt mit 374 Sitzplätzen und 565 Stehplätzen die von der SL benötigte hohe Fahrgastkapazität zur Verfügung.Der Triebzug in Stahlleichtbauweise erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h und beschleunigt von 0 auf 80 km/h in circa 20 Sekunden. Diese Leistungen ermöglicht Alstoms Antriebssystem ONIX bestehend aus drei voneinander unabhängigen Strän-gen. Bei Ausfall eines der Antriebsstränge kann der in energiesparender Leichtbauweise ausgeführte X60 weiterhin die erforderlichen Fahrleistungen erbringen. Ein Antriebsstrang umfasst im Wesentlichen folgende Komponenten:

> Haupttransformator: Primärspannung 15 kV, Sekundärspannung 920 V, Nenn-leistung 1200 kVA

> Antriebsumrichter: Eingangsspannung 920 V, Ausgangsspannung 0 – 1400 V

> 4 Fahrmotoren: Spannung 0 – 1400 V, Nennleistung 250 kW

> Fahrmotorkühlanlage.

2. VERBINDUNGSSYSTEM PLUG

Für die Leistungsverbindung der Fahrtrans-formatoren und des Fahrmotors im CORADIA LIREX hatte Alstom LHB das steckbare Ver-bindungssystem PLUG von Pfi sterer vorge-sehen. Dieses hatte bereits in den Siemens Trieb zügen der Baureihen ET 424 / ET 425, DESIRO und ICT seine hohe Qualität und Zu-verlässigkeit im rauen Alltagseinsatz belegt (Bild 3).Diese und weitere Referenzen überzeugten die Entwickler von Alstom LHB, ebenso wie die Mitarbeit von Pfi sterer in den Arbeits-kreisen für elektrische Komponenten und Klimatechnik in Schienenfahrzeugen des Verbandes der Bahnindustrie e.V. (VDB) und des Zentralverbandes Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI).

Die Eigenschaften der PLUG-Systeme ergän-zen ideal das neue Fahrzeugkonzept von Als-tom LHB, das die durchgehende Niederfl urig-keit von 790 mm über SOK in 92 Prozent des CORADIA LIREX ermöglicht. Die wesentlichen

Merkmale von PLUG-Verbindungen sind in Tabelle 2 aufgelistet.Um dieses verwirklichen zu können, nutzte Alstom LHB seine weit reichenden Erfah-rungen mit Dachausrüstungen und instal-

BILD 2: Härtetest: Der CORADIA LIREX für Stockholm bewährt sich im eisigen schwedischen Klima

»

BILD 3: PLUG im Einsatz: Im DB ET 424/425 und am Unterfl urtransformator des DESIRO

TABELLE 2: Wesentliche Merkmale von PLUG-Verbindungen

PLUG-Verbindungen: effi zient und sicher> Steckbare elektrische Durchführung> Nennspannungen 1 kVAC/4 kVAC/6.6 kVAC> Nennströme 400 A/600 A/800 A/1250 A> Kabelquerschnitte 25 – 240 mm2

> Wesentlich geringeres Gewicht als konventionelle Verbindungen > Kompakte Abmessungen> Hohe Leistungsdichte> Einfache, kostengünstige und sichere Installation und Montage > Kodierungen von Stecker und geräteseitigem Anschlussteil (Buchse) verhindert zuverlässig falsche Polung> Möglichkeit der kostenreduzierenden Vorkonfektionierung> Reduzierung der Life Cycle Costs

> Hohe mechanische Kontaktsicherheit dank defi nierter Linienkontakte und Fremdfederung> Schwing- und schockgeprüft gemäß IEC 68-2-6/27> Zertifi ziert nach NF F 16 101> Ex-geschützte Versionen mit Zulassung verfügbar> Gehäuse-Dichtigkeit: maximale Schutzklasse IP 68 nach EN 60529 (DIN 0470)> Gehäusematerial: fl ammbeständig gemäß UL94V-0, PBT 20 % GF halogenfrei, UV-beständig

> Verschiedene Steckergrößen zur Abdeckung eines großen Leistungsspektrums> Mit metallischer Hülle lieferbar (z. B. Steinschlagschutz)> Gerade und gewinkelte Ausführungen

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lierte wesentliche Komponenten auf dem Fahrzeugdach, so die Fahrtransformatoren, den Hilfsbetriebeumrichter als auch die Heiz- und Klimaanlage (Bild 4). Die Dachmontage bietet eine Reihe von Vorteilen. Die Aggregate sind wesentlich besser geschützt. Auch bei extremen Temperaturen des schwedischen Winters von bis zu minus 35 °C ist der zu-verlässige Betrieb gewährleistet. Außerdem ist die Ausrüstung auf dem Dach leichter zugänglich als im Unterfl urbereich, so dass viele Wartungsarbeiten schneller und effi zi-enter durchgeführt werden können.

3. FORTSCHRITT IM DETAIL

Diese Vorteile des CORADIA LIREX unter-

stützt das PLUG-Verbindungssystem. Mit sei-ner Entwicklung hatte Pfi sterer bereits vor 10 Jahren auf die Trends in der modernen Bahn-technik reagiert. Ob Magnetschwebebahnen oder Hochgeschwindigkeitszüge – die neuen Technologien im Schienenverkehr erfordern immer leistungsstärkere Aggregate und Komponenten. Gleichzeitig steht durch die Unterfl urtechnik immer weniger Bauraum zur Verfügung. Dank ihres geringen Gewichts und kompakter Abmessungen ermöglichen die PLUG-Systeme die zuverlässige Über-tragung hoher elektrischer Leistungen bei kleinstem Bauvolumen.Die Steckkontakte sind als klassischer „Korb-kontakt“ mit versilberten Oberfl ächen aus-geführt (Bilder 5 und 6). Ihre Fremdfederung

sorgt für dauerhaft konstanten Kontaktdruck, der in Kombination mit den defi nierten Lini-enkontakten einen niedrigen Übergangswi-derstand kleiner 50 MikroOhm realisiert. Das Kontaktsystem ist damit so konzipiert, dass es einen geringeren Durchgangswiderstand als die äquivalente Kabellänge aufweist. Die entsprechend massiven Kupferkontaktteile mit versilberten Oberfl ächen in Verbindung mit dem konstanten Kontaktdruck über die Fremdfederung stehen für eine Lebensdauer von mehr als 30 Jahren.Auch in punkto Sicherheit und Effi zienz fügt sich die Stecker-Technologie des PLUG in die hohen Standards des CORADIA LIREX ein. Während bei konventionellen Verbindungen mit Porzellandurchführung und Kabelschuh eine zusätzliche Abdeckung benötigt wird, ist die Verbindung per PLUG berührungssi-cher isoliert, sobald der Stecker eingesteckt ist. Auch bei der Verbindungstechnik mit-tels Kabeldicht-Verschraubungen und Ka-belschuh muss das anzuschließende Gerät selbst geöffnet werden, damit die Kabel angeklemmt werden können. Dies ist ins-besondere bei empfi ndlichen Komponenten wie Umrichtern kritisch. Beim Einsatz von PLUG-Systemen sind die Komponenten mit geräteseitigen Anschlussteilen ausgestattet, die den Verbindungsstecker von außen direkt aufnehmen. Damit sind die Systemgrenzen sauber defi niert und Modularität auch beim Komponenteneinsatz gegeben (Bild 7).Statt Öffnen einfach anschließen, Plug and Play, lautet also die bewährte PLUG-Devise. Und die greift in allen relevanten Aspekten seiner Anwendung. Gleichzeitig erlauben die niedrigen Steckkräfte ein händisches Stecken ohne zusätzliche Werkzeuge. Die Kodierung der modular aufgebauten Buchsen und Ste-cker unterstützt die einfache, schnelle und zugleich sichere Handhabung der PLUGs, in-dem sie eine falsche Polung ausschließt.

4. NEUE WEGE MIT PLUG

Im Zuge der Zusammenarbeit von Alstom LHB und Pfi sterer wurden bald die Möglich-keiten sichtbar, die die trennbaren und damit fl exiblen PLUG-Verbindungen für jede Art von Verkabelungskonzept und insbesondere für modulare Systeme wie das des CORADIA LIREX bieten. Um ein modulares Konzept für die Heiz- und Klimaanlage auf allen Wagen-kästen umzusetzen, wurde eine steckbare Leistungsbusverkabelung ausgewählt.Hierfür entwickelte Pfi sterer den PLUG P2 Winkelstecker in zweiadriger Ausführung (Bild 8). Mit diesem werden zwei Kabel an einen Steckkontakt angeschlossen. Das eine Kabel dient der Stromzuführung, das andere versorgt das Nachbaraggregat.Mit dieser Reihenschaltung ist nur eine Ein-speisung für alle Aggregate der Heiz- und Klimaanlage notwendig. Im Falle des Ausfalls eines der Aggregate kann dieses ohne Versor-

BILD 4: Bahntechnik on Top: Hilfsbetriebeumrichter sowie Heiz- und Klimaanlage auf dem Dach des CORADIA LIREX

BILD 5: Kontakt P3 Winkelstecker BILD 6: Pfi sterer PLUG P3 Winkelstecker

BILD 7: Systemgrenze Dachtransformator vor und nach der Inbetriebnahme

»

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BILD 8: Ausgefeilte Kontakttechnik: Pfi sterer PLUG P2 Winkelstecker 2-fach

BILD 9: Blockschaltplan der Hilfsbetriebe des CORADIA LIREX von Alstom LHB

TABELLE 3: Pfi sterer PLUG-Sys-teme in der Bahntechnik

> Verbindung zwischen Leistungselektronik und Drehgestell/Fahrmotoren

> Leistungsverbindungen zwischen Waggons

> Batterie/DC-Busverkabelung

> Anschluss des Fahrtransformators

> Anschluss des Hilfsbetriebe-/Umrichters

> Anschluss der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage

> Bordstromversorgung

> Powerpack / dieselelektrische Antriebe

BILD 10: Robuste Verbindung: Fahrmotoranschluss neu und nach einem Jahr Betrieb

gungsunterbrechung der anderen Kompo-nenten separat abgetrennt werden (Bild 9). Die dabei frei werdenden Stecker werden mit einer dazugehörigen spannungsfesten Abde-ckung bis zur Wartung der Anlage sicher und bequem verschlossen.Dank dieser kundenspezifi schen Lösung er-weiterte sich der ursprünglich angedachte Einsatz der PLUGs. Insgesamt sind im CORA-DIA LIREX folgende Komponenten mit den steckbaren PLUG-Anschlüssen ausgeführt:

Dachinstallation:> Fahrtransformator: 4 x P3 Winkelstecker 240 mm2, 2 x P2 Winkelstecker 70 mm2

> Heiz- und Klimaanlage: 4 x P2 Winkelstecker 2-fach 70 mm2

> Hilfsbetriebeumrichter: 2 x P2 Winkelstecker 2-fach 35 mm2

Unterfl urinstallation:> Fahrmotor: 6 x P2 Winkelstecker 70 mm2

Pro Zug sind damit annähernd 100 Steckver-bindungen mit den PLUG-Systemen ausge-führt. Bei dem Gesamtvolumen von 71 Zügen für den schwedischen Markt ergibt sich eine Menge von über 7000 eingesetzten Syste-men. Einen Überblick über den Einsatz von PLUG-Systeme in der Bahntechnik vermitteln Tabelle 3 und Bild 9.Im August 2005 nahmen die ersten CORA-DIA LIREX-Fahrzeuge ihren Dienst für die SL auf. Nach einem Jahr praktischen Fahrbetrieb musste der CORADIA-LIREX erneut auf den Prüfstand und seine Alltagstauglichkeit be-weisen. Jede Baugruppe wurde genauestens analysiert, insbesondere Verschleißerschei-nungen waren im Visier.Die Untersuchungen bestätigten auch die Qualität und Zuverlässigkeit der PLUG-Sys-teme. Trotz der rauen schwedischen Um-gebungsbedingungen bewährten sich die steckbaren Anschlüsse sowohl Unterfl ur als auf dem Dach. Bild 10 zeigt beispielsweise die erhebliche Schmutzbelastung der Fahrmotoranschlüs-se im Unterfl urbereich. Hier bestätigte sich die Dichtigkeit der PLUG-Gehäuse gegen fes-te Fremdkörper und Wasser, die bereits ihre Schutzklasse IP 68 nach EN 60529 (DIN 0470) garantiert.Bei dieser Erstrevision zeigten sich die Vor-teile des modularen Fahrzeugkonzeptes von Alstom LHB und der steckbaren Durchfüh-rung der Leistungsverbindungen mit den PLUGs: Die Potenziale der Reduzierung der Life Cycle Costs wurden hiermit deutlich belegt. Die zu untersuchenden Baugruppen konnten schnell und sicher aus- und wieder eingebaut werden.

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Der X60 – eine konsequente Weiterentwicklung von Alstom

Der für Schweden konzipierte X60 der CORADIA-LIREX-Familie basiert auf dem LIREX Experimental, dem „leichten, innovativen Regionalexpress“, den Alstom gemeinsam mit der Deutschen Bahn entwickelte. Der LIREX Experimental wurde erstmalig auf der InnoTrans 2000 in Berlin vorgestellt.

Für den Serienzug wurde vom LIREX Experimental die innovative Dachtechnologie übernommen, bei der alle Komponenten auf dem Fahrzeugdach montiert werden. Die Fahrwerke gehen aus der konsequenten Weiterentwicklung der Fahrwerke für den Auftrag MINUETTO für TRENITALIA hervor. Dabei wurden die spezifi schen Anforderungen für den CORADIA LIREX für Stockholm berück-sichtigt.

In alle Fahrzeuge der CORADIA-LIREX-Familie sind bewährte Bauteile und Baugruppen integriert, die in zahlreichen Nahverkehrszügen bereits im Einsatz sind.

SUMMARY

Plug-and-play connector system for the World’s longest articulated urban regional-express train The Coradia LIREX regional train for Stockholm (Fig. 1) has now got off to a successful debut in Sweden. The pluggable connectors from Pfi sterer have turned out to be a highly reliable additional component for the innovative vehicle concept from Alstom LHB.

5. START IN DEUTSCHLAND

Dem erfolgreichen Debüt des Zuges in Schweden folgen weitere Aufträge: Der Auf-gabenträger Skånetrafi ken, zuständig für den Regionalverkehr in Südschweden, hat bei Alstom LHB 49 vierteilige CORADIA LIREX im Wert von 240 Mio. € bestellt, die ab dem zweiten Halbjahr 2009 ausgeliefert werden. Auch in Deutschland folgt bald der erste Ein-satz des innovativen Regionalzuges. Hierfür wurde der CORADIA LIREX mit einer geraden Seitenwand konzipiert, die dem UIC 505-1/EBO-G1-Profi l entspricht.Den ersten Auftrag aus Deutschland für die Produktfamilie erteilte 2006 die DB Regio AG. Sie bestellte bei Alstom LHB 37 viertei-lige Regionalzüge vom Typ CORADIA LIREX im Wert von 160 Mio. € plus einer Option über bis zu 42 weiteren Zügen. Mit von der Partie sind wieder die steckbaren PLUG-Sys-teme von Pfi sterer, diesmal in erweitertem Einsatzumfang: auch die Anschlüsse der Antriebsumrichter werden mit den PLUGs

steckbar ausgeführt. Die Fahrzeuge sollen ab Dezember 2008 auf dem elektrischen Netz Augsburg, auf den Strecken Mün-chen – Augsburg – Ulm und Augsburg – Do-nauwörth – Aalen/Treuchtlingen eingesetzt werden.Mit der Weiterentwicklung des PLUG-Systems der Größe P1 für Kabelquerschnitte bis herun-ter auf 25 mm2 werden auch Anschlüsse von Traktions- und Antriebsumrichtern steckbar ausgeführt.Die erfolgreiche Zusammenarbeit von Alstom LHB und Pfi sterer setzt sich fort. <

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