Topthema: Transport & Automobil

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1 Topthema: Transport & Automobil Innovativ: Systemintegration mit Mechatronik Offensiv: Europäischer Zugsicherungsstandard Alternativ: Linearantrieb für Elektroautos Sensitiv: Optische Meßsignalübertragung an Schienenfahrzeugen People Power Partnership 3-I-1999

2 Titel tec. I n h a l t Editorial Fokus Seite 4 Seite 6 TOPTHEMA: Mechatronik ie rasante Entwicklung der Mikroelektronik führt zu einem Mehr an Funktionalität, Sicherheit und Komfort in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens. Ein markantes Beispiel ist die Automobilindustrie. Hier sind in den letzen Jahren kontinuierlich neue Komponenten entwickelt und neue Funktionen in die Fahrzeuge integriert worden. Als Beispiele sind Airbag, Anti-Blockier- System und die elektronische Fahrwerksstabilisierung zu nennen. Bei der Entwicklung dieser Systeme spielt Mechatronik, also die Integration von Elektronik und mechanischen Komponenten, eine wesentliche Rolle. Treibende Kraft ist die gewünschte weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit eine effizientere Nutzung der weltweiten Rohölressourcen. Besondere Bedeutung bei allen mechatronischen Komponenten hat der Steckverbinder, der jetzt zugleich Verbindungselement und Gehäuse für Elektronik bzw. Sensorik ist. INNOVATIV: Mechatronic treibt Systemintegration voran BRANCHE: Technologietrends bei Schienenfahrzeugen OFFENSIV: Zug um Zug zum europäischen Sicherheitsstandard BLICKWINKEL: Mobilität ist Verantwortung ALTERNATIV: Linearantrieb für Elektroautos ANWENDUNG: Gleitschutz für EXPO-Stadtbahn SENSITIV: Optische Meßsignalübertragung an Schienenfahrzeugen Panorama Produkte & Applikationen Messen Service Info-Fax Seite 9 Seite 12 Seite 14 Seite 18 Seite 21 Seite 25 Seite 27 Seite 30 Seite 33 Seite 34 Seite 35 Impressum. Herausgeber: HARTING KGaA, M. Harting, Postfach 11 33, D Espelkamp, Tel. +49 (0) , Fax: +49 (0) Chefredaktion: Dr. A. Viver, Dr. H. Peuler Gesamtkoordination: Abteilung Publizistik und Kommunikation, B. F. Haberbosch Idee und Konzeption: Bickmann & Collegen Unternehmensberatung, R. Brügmann, Hamburg Layout: Contrapunkt, Tutzing Titelcomposing: E. Reiss Produktion und Druck: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück Auflage: Exemplare weltweit (deutsch und englisch) Bezug: Wenn Sie an einem regelmäßigen, kostenlosen Bezug dieses Magazins interessiert sind, sprechen Sie die nächstgelegene HARTING-Niederlassung, Ihren HARTING-Vertriebsmitarbeiter oder einen der örtlichen HARTING-Distributoren an. Nachdruck: Für den ganzen oder auszugsweisen Nachdruck von Beiträgen ist eine schriftliche Genehmigung der Redaktion erforderlich. Das gilt ebenso für die Aufnahme in elektronische Datenbanken und die Vervielfältigung auf elektronischen Medien (z. B. CD-Rom und Internet) Alle verwendeten Produktbezeichnungen sind Warenzeichen oder Produktnamen der HARTING KGaA oder anderer Unternehmen Trotz sorgfältiger Überprüfung können Druckfehler oder kurzfristige Änderungen der Produktspezifikationen nicht vollständig ausgeschlossen werden. Bindend für die HARTING KGaA sind daher in jedem Falle die Angaben im entsprechenden Katalog. Umweltfreundlich gedruckt auf 100% chlorfrei gebleichtem Papier mit hohem Recyclinganteil by HARTING KGaA, Espelkamp. Alle Rechte vorbehalten. 2 HARTING tec.news 3-I-1999

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4 tec. E d i t o r i a l O. Follert W ie wir alle täglich erfahren, ist nichts beständiger als die Veränderung. Dies gilt natürlich auch für den Industriebereich Transportation mit seinen Segmenten Schienenverkehr, Automotive, Aerospace und Schiffahrt. Der Schienenverkehrsmarkt wächst weltweit, in Fahrzeugeinheiten gemessen, pro Jahr um etwa 7 Prozent. Dahinter verbirgt sich ein Produktionsvolumen von rund 9000 Regionalverkehrszügen, über 1500 Lokomotiven und etwa Güterwagen. Trotz dieser Wachstumsrate besteht ein erheblicher Preisdruck, der mit zu einer verstärkten Fusionstätigkeit der Hersteller geführt hat. Im Automobilbereich werden derzeit etwa 57 Millionen Fahrzeuge pro Jahr hergestellt, davon allein 16 Millionen in Europa. Die vorhandenen Fertigungskapazitäten liegen bei 80 Millionen Fahrzeugen jährlich. Innovation ist ein absolutes Muß in diesen Märkten. Um die time to market den jeweiligen Erfordernissen anzupassen, müssen die Zulieferanten bei der Entwicklung neuer Systeme frühzeitig eingebunden werden. Der Elektronikanteil bei einem PKW beträgt gegenwärtig etwa 20 Prozent der Herstellungskosten. Er wird in den nächsten 5 Jahren auf rund 30 Prozent anwachsen. Für Bordcomputer und Mikroprozessoren wird bei einigen Autoherstellern inzwischen mehr Geld ausgegeben als für den traditionellen Rohstoff Stahl. Tatsächlich ist Microsoft bei den ersten Systemen bereits mit an Bord. Treibende Faktoren für den verstärkten Elektronikeinsatz im Auto sind nicht nur die gegebenen Grenzen mechanischer Systeme, sondern auch die trotz gesteigerter Funktionalität entstehenden Kostenvorteile. Die wachsenden Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Komfort, Umweltschutz, Energieverbrauch, Information und Unterhaltung beschleunigen den Einsatz modernster Technologien. Hier seien exemplarisch die Schlagworte Mechatronik, Optoelektronik, Radar, Satellitentechnik, Neuronale Netze, Fuzzy Logic und Supraleiter genannt. HARTING hat entschieden, in diesem Industriesegment seinen technologischen Beitrag zu leisten. Alle entsprechenden Aktivitäten sind jetzt in der HARTING Automotive GmbH & Co. KG zusammengefaßt. Für einen erfolgreichen Marktauftritt sind erstklassige Ressourcen erforderlich. HARTING verfügt über die finanziellen Mittel für Forschung, Entwicklung und Produktion. Das Wichtigste ist jedoch das Knowhow unserer Mitarbeiter. Wir wollen die Zukunft mit Technologien für Menschen gestalten! 4 HARTING tec.news 3-I-1999

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6 tec. F o k u s tec. DRIVE BY WIRE Wenn das neue Auto beim Händler steht, erwarten wir selbstverständlich deutliche Verbesserungen bezüglich Komfort, Sicherheit und Kraftstoffverbrauch. Um diesen Wünschen gerecht zu werden, ohne Preis und Gewicht der Fahrzeuge zu erhöhen, geht die Automobilindustrie beim Aufbau der elektronischen Komponenten neue Wege. Die Integration von Elektronik in Steckverbinder, Elektromotoren und andere elektromechanische Komponenten, Mechatronik genannt, trägt dieser Anforderung Rechnung. In Zukunft wird z. B. ein sogenanntes Drive-by-Wire-System viele mechanische Verbindungen zwischen Aktuatoren und den Bedienelementen für Lenkung, Bremse, Gas und Kupplung ersetzen. HARTING hat eine kundenspezifische Lösung zur berührungslosen Erfassung der Pedalstellung entwickelt, bei der Sensoren und Elekronik Bestandteil des Steckverbinders sind. INNOVATIV S. 9 BRANCHE IM UMBRUCH Bis vor wenigen Jahren wurden Schienenfahrzeuge in enger Abstimmung zwischen Hersteller und späterem Betreiber entwickelt. Mit der beginnenden Privatisierung nationaler Eisenbahngesellschaften in Europa und der gleichzeitigen Aufspal- tung in gewinnorientierte Unternehmensbereiche hat sich die Situation nachhaltig geändert. Fahrzeugentwicklung und -erprobung wird nun fast ausschließlich als Aufgabe der Hersteller gesehen. Parallel entstehen neue Eisenbahnunternehmen, die mit den nationalen Carriern im Personen- und Güterverkehr konkurrieren. Allen Betreibern gemeinsam ist die Forderung nach modernen Fahrzeugen auf Abruf, d. h. schnelle Lieferung ohne langwierige Prototyperprobung. Dabei steht die Bahnindustrie im verschärften globalen Wettbewerb: Internationale Konkurrenz drückt auf Produktentwicklungszeiten und Preise. Neue Fahrzeuge entstehen in enger Kooperation zwischen Systemhäusern und eigenverantwortlichen Systemlieferanten. Rationalisierung und Innovation sind auf beiden Seiten lebensnotwendig. Probleme beim grenzüberschreitenden Bahnverkehr sind die Folge. Mit Blick auf ein vereintes Europa, dessen Metropolen von modernsten Hochgeschwindigkeitszügen verbunden werden, sollten Fahrgäste und Güter auch beim Passieren von Grenzen keine Zeit verlieren. Ein Wechsel des Lokführers, des Triebfahrzeugs oder gar ganzer Züge ist ein volkswirtschaftlich teurer Anachronismus. Um die aufwendige und technisch komplizierte Ausrüstung der Fahrzeuge mit allen national üblichen Zugsicherungssystemen zu vermeiden, muß eine europaweit einheitliche Sicherheitsphilosopie entwickelt werden, die dennoch Freiraum für Innovationen läßt. Als Beispiel können mo- dulare Produktplattformen oder tec. OFFENSIV S. 14 dynamische Fahrgast-Informationssysteme genannt werden. MOBILE VERANTWORTUNG Jegliche Konzepte für ein zukunftsorientiertes, globales Verkehrssystem werden auch in der Wirtschaft ihre Auswirkungen zeigen. Noch schneller, noch komfortabler und noch umweltfreundlicher, so lauten die wesentlichen Merkmale von Mobilität im 21. Jahrhundert. Alle Verkehrsträger (Abb. Siemens Verkehrstechnik) Flugzeug, Bahn, Schiff, tec. BRANCHE S. 12 Auto und Zweirad müssen gemäß den beiden Prämissen Mobilität und ZÜGIG DURCH EUROPA Verbesserung der Lebensqualität im 150 Jahre Entwicklungsgeschichte des Schienenverkehrs haben eine weltweiten Kontext neu bewertet werden. Vielzahl nationaler Zugsicherungssysteme tec. BLICKWINKEL S. 18 hervorgebracht. Technische 6 HARTING tec.news 3-I-1999

7 tec. F o k u s LINEAR IM KREIS Fragt man nach umweltgerechter, individueller Mobilität, verweisen viele Experten auf das Elektroauto. Der Übergang vom Verbrennungsantrieb zum Elektroantrieb eröffnet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten. Konventionelle Elektromotoren an jedem Antriebsrad führen bei Straßenfahrzeugen allerdings zu Problemen. Die großen, ungefederten Massen verlangen aufwendige Feder- und Dämpferelemente. Für das Schieben oder Abschleppen ist zudem ein separater Freilauf erforderlich. Beide Nachteile vermeidet ein patentierter Linearantrieb, der speziell für den Antrieb von Straßenfahrzeugen an der Fachhochschule im westfälischen Bielefeld entwickelt wurde. tec. ALTERNATIV S. 21 tec. EXPO-BAHN GEBREMST Die Vorbereitungen zur Weltausstellung EXPO 2000 unter dem Motto Mensch Natur Technik laufen auf Hochtouren. Um dem prognostizierten Verkehrsaufkommen Herr zu werden, beschaffen die Hannoverschen Verkehrsbetriebe derzeit große Stückzahlen der neuen Stadtbahn Das Fahrzeug, eine Synthese aus U-Bahn und Straßenbahn, kombiniert innovative Technologien mit außergewöhnlichem Design. In enger Kooperation der Entwicklungspartner wurde dem wachsenden Wunsch nach Schnelligkeit und Funktionalität im öffentlichen Personennahverkehr entsprochen. Als Zulieferer, u. a. für elektromagnetische Systeme in der Bremsanlage der Stadtbahn 2000, ist HARTING mit im Team. ANWENDUNG S. 25 (Abb. Bochumer Verein Verkehrstechnik) ROTIERENDES LICHT Wahl eines geeigneten Übertragungsmediums. Bisweilen ist das Übertragen von elektrischen Signalen eine schwierige Aufgabe, besonders wenn es um die Verbindung zu rotierenden Teilen geht. Ein Problem, das sich auch bei der Entwicklung und Prüfung von Schienenfahrzeugen sowie deren Komponenten zeigt. Hier kann moderne Elektronik leistungsstarke und zugleich einfache Lösungen anbieten. Die Lichtwellenleiter- Technik ist in den Bereichen Telekommunikation und Industrieautomatisierung bereits etabliert. Jetzt halten komplexe LWL-Systeme auch in der Meßtechnik Einzug. Ein Anwendungsbeispiel ist das Erfassen der auf Räder und Achsen eines Schienenfahrzeugs wirkenden dynamischen Kräfte. Ebenso wichtig ist jedoch die tec. SENSITIV S. 27 People Power Partnership 7

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9 tec. T o p t h e m a INNOVATIV Mechatronik treibt Systemintegration voran Dr. Jens Krause, Lars Röhrig P rodukte, in denen Mikroelektronik eine wesentliche Rolle spielt, erobern immer neue Märkte. Sie bieten einen deutlichen Zugewinn an Funktionalität, während gleichzeitig der Preis pro Funktion sinkt. stischen Werkstoff liefert dann ein Element, das zugleich als Steckverbinder, Verrastung, Gehäuse und Isolierung fungiert. Die Abkehr von der klassischen Platine erlaubt neben der Reduzierung von Kontaktstellen (z. B. zwischen Platine und Steckkontakt) auch die Nutzung der dritten Dimension zum Aufbau einer Schaltung (Moulded Interconnect Device, MID). Als Anwendungsbeispiel sei die HARTING-Studie eines Pedalsensors Gerade in der Automobilbranche ist der ständige Wunsch nach mehr Komfort und Sicherheit Antrieb zur Entwicklung neuer mechanischer und elektronischer Komponenten. Um die komplexer werdende Fahrzeugelektronik sicher zu beherrschen und den Verdrahtungsaufwand zu minimieren, müssen diese Komponenten nach den Kriterien Kosten, Gewicht (Bauraum) und Zuverlässigkeit optimiert werden. Einzelkomponenten werden zu Systemen integriert, Elektromechanik wird zum Träger der Mikroelektronik. Es entsteht eine neue Produktart: Mechatronik. Konkrete Ergebnisse dieser Entwicklung sind z. B. die dezentrale Verteilung der Systemintelligenz hin zum Sensor oder Aktor, eine Reduzierung der Verkabelung durch Bus- systeme und die Integration von elektronischen Funktionen in mechanische Elemente, wie z. B. Steckverbinder oder Gehäuse. Dem Steckverbinder als elektromechanischem Bauelement kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu. MEHR KOMFORT MIT WENIGER AUFWAND Zur Herstellung von mechatronischen Produkten werden die Elemente der Schaltung, d. h. aktive und passive Bauelemente, Sensoren und Aktoren, als gehäuste Standardbauteile auf ein Stanzgitter (Leadframe) montiert. Eine weitere Integrationsstufe stellt die Nutzung von ungehäusten Bauelementen (Naked Dies) dar. Das anschließende Umspritzen der Schaltung mit einem thermopla- Mechatronik-Modul (nach Chip-Packaging) genannt. Ziel war es, einen Steckverbinder mit integriertem Sensor zu entwickeln, der geräuschlos, verschleißfrei und diagnosefähig ist. Um diese Vorgaben mit den genannten Zielsetzungen wie höhere Zuverlässigkeit, einfache Montage, Gewichtsund Preisreduktion zu vereinbaren, wurde ein magnetisches Sensorprinzip gewählt. Der Aufbau des mechatronischen Systems erlaubt die Integration von zwei Sensoren für das Kupplungs- und das Bremspedal. 9 People Power Partnership

10 Fertigungsablauf für Mechatronik-Modul Standard Chip-Packaging / Premold Phase I: Die-Attach Phase V: Biegen Overmold ZWEISTUFIGER PRODUKTIONSABLAUF Der Fertigungsablauf ist mit Hilfe einiger Prinzipskizzen dargestellt. Auf einem Stanzgitter werden die beiden Sensoren sowie ein Auswerte- ASIC aufgebracht. Diese werden in einem Standard-Chip-Mold-Prozeß (Premold) umspritzt und das Gitter geeignet gebogen. Ein Overmold mit thermoplastischem Kunststoff liefert dann mechanische Form, Befestigungsmöglichkeiten und die elektrische Schnittstelle (Steckverbinder) des Systems. Das Auswerte-ASIC übernimmt die gesamte Datenverarbeitung der Sensor-, Diagnose- und Kalibriersignale sowie die Kommunikation mit dem übergeordneten Steuergerät. Das mechatronische System Pedalsensor basiert so auf beherrschten Standardprozessen und bietet zugleich eine höhere Funktionalität und Diagnosefähig- Phase II: Wire-Bond Phase VI: Overmold Phase III: Chipmold (Premold) Aufsicht keit als konventionelle Systeme. Aufgrund der reduzierten mechanischen und elektrischen Schnittstellen kann es einfach am Fußhebelwerk montiert werden. OPTIONEN FÜR DIE ZUKUNFT Darüber hinaus existieren Optimierungsmöglichkeiten, die abhängig von der Applikation betrachtet und bewertet werden müssen. So ermöglichen Bussysteme durch eine simple Softwareänderung die Funktionserweiterung einer dezentralen Komponente auch noch nach dem Einbau in das Fahrzeug. Die elektrische Schnittstelle kann ebenfalls weiter optimiert werden, indem z. B. die Stift-Buchse-Kombination durch Crimp- oder Schneidklemmtechnik ersetzt wird. Bei konsequenter Nutzung aller mechatronischer Möglichkeiten entfallen mehrere Verbindungsebenen, so daß die Systemarchitektur vereinfacht und die Systemzuverlässigkeit Phase IV: erhöht wird. Leadframe- & Dambar-Cut Die Schaffung erfolgreicher neuer Produkte in diesem Markt hängt von der Fähigkeit zur Sy- Frontansicht stemintegra- tion ab. Mit gewachsenem Know-how z. B. auf den Feldern Kunststoff-Formgebung und Verarbeitung elektrischer Kontakte besitzt HARTING alle Kernkompetenzen zur Realisierung mechatronischer Lösungen. Die große Produktionstiefe im Unternehmen führt zu einer sicheren Be- Sensorblock (nach Overmold) herrschung der gesamten Prozeßkette. HARTING ist daher entschlossen, die vielversprechenden Wachstumschancen der Mechatronik im Automobilbau zu nutzen. Info-Fax HARTING tec.news 3-I-1999

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12 tec. T o p t h e m a BRANCHE Technologietrends bei Schienenfahrzeugen Lars Schmidt D ie Bahnindustrie: Eine Branche im Umbruch, mitten in einer Restrukturierungsphase, die Rationalisierungsprozesse notwendig macht. Die Modularisierung und Standardisierung von Komponenten und ganzen Baugruppen ist wesentlicher Bestandteil dieser Entwicklung. MODULARE VORTEILE ken, aber auch mit dem Ziel, die Die Basis zukünftiger Schienenfahrzeugsysteme, gleich ob Triebzug wendungsfall mit standardisierten Schienenfahrzeuge je nach An- oder Lokomotive, bildet eine modulare Plattform, auf der alle kunden- Züge aus dem Katalog heißt die Komponenten bestücken zu können. spezifischen Varianten nach dem Zauberformel. Der Markt wird die Baukastenprinzip aufgebaut werden. Industrie in diese Richtung drängen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Modularität führt zu einem vermehrten Bedarf an Schnittstellen, Kosteneinsparung durch verringerte Durchlaufzeiten, angefangen in die wiederum passende Steckverbinderlösungen erfordern. der Vorfertigung bzw. Vormontage bis hin zur Endmontage der einzelnen Systeme in den Fahrzeugen. Flexibilität durch schnellen Austausch Auch hohe Ströme steckbar zu HOCHSTROM STECKBAR einzelner Komponenten und Systeme, um die Life-Cycle-Kosten zu sen- Buch mit sieben Siegeln machen für Viele immer noch ein bewältigt HARTING mit einer wirtschaftlichen Anschlußtechnik: Der Axialklemmschraube. Diese verringert die Anschlußzeit erheblich und ermöglicht es, z. B. Antriebsdrehgestelle, die zunehmend als modulare Einheiten aufgebaut werden, schnell trennbar auszuführen. Mit dem Han K 3/0 sowie dem Han HC- Modular in verschiedenen Gehäusen der druckdichten HPR-Baureihe (IP 68) für Außenanwendungen werden die Zuleitungen der Antriebsmotoren in den Drehgestellen steckbar ausgeführt. Die Vorteile einer optimierten Produktion sowie der schnellere Service sprechen für das modulare Prinzip. Der Trend, höhere Spannungen bzw. Ströme steckbar zu machen, hält unvermindert an. Sei es als Schnittstelle für Erdungskreise am Wagen- Motoranschluß eines Triebdrehgestells mit Han K 3/0 im Han HPR-Gehäuse 12 HARTING tec.news 3-I-1999

13 Modularer Aufbau von Schienenfahrzeugen (Abb. SAB WABCO) chassis oder als Motoranschluß des Triebdrehgestells. Aufbauend auf den Erfahrungen mit derartiger Technologie wird HARTING auf diesem Gebiet in naher Zukunft eine weitere wirtschaftliche Lösung anbieten, um die Vorteile von Steckverbindern in immer höheren Strombereichen nutzbar zu machen. DYNAMISCHE FAHRGAST- INFORMATIONSSYSTEME (DFI) Nicht nur Leistungskreise benötigen zunehmend Schnittstellenlösungen, auch Kommunikationssysteme gewinnen kontinuierlich an Bedeutung und müssen geeignet verbunden werden. Dynamische Fahrgast- Informationssysteme sind zukünftig aus dem Fern- und Nahverkehr nicht mehr wegzudenken. Treibende Kraft ist hier der steigende Informationsaber auch Unterhaltungsbedarf unserer Gesellschaft. Die Attraktivität und Wettbewerbsfähigkeit von Schienenfahrzeugen im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln kann so weiter gesteigert werden. Aktuelle Systeme, wie sie z. B. in Hochgeschwindigkeitszügen zum Einsatz kommen, werden durch leistungsfähigere Multimedia-Bussysteme erweitert. Das Reisen mit der Bahn so angenehm wie möglich zu gestalten, heißt die Aufgabe. Telematik-Entwicklungen von innovativen Anzeigetechniken über zukunftsorientierte Kommunikationssysteme bis hin zur interaktiven Fahrgastinformation sind die Lösung. Technische Innovationen werden auch zukünftig von großer Bedeutung sein, um zum einen auf dem härter gewordenen Weltmarkt bestehen zu können, und zum anderen die Rationalisierungsprozesse weiter voranzutreiben. Für HARTING bedeutet dies eine enge Zusammenarbeit mit Systemhäusern und Zulieferern. Schon in der Konstruktionsphase gilt es, adäquate Lösungen für Einzelkomponenten DFI-Schnittstelle mit Han Multikontaktmodul wie auch Komplettsysteme zu entwickeln. Vereinfachung sowie Optimierung der Anschlüsse und Schnittstellen heißt die Strategie, mit der HARTING unterstützt durch den weltweiten Verbund seiner Tochtergesellschaften aktiv zur Wettbewerbsfähigkeit seiner Kunden beiträgt. Info-Fax People Power Partnership

14 tec. Zug um Zug zum europäischen Sicherheitsstandard Rainer Hüske I T o p t h e m a OFFENSIV mmer mehr Menschen reisen und immer mehr Güter werden transportiert. Mit der wachsenden Mobilität steigt auch das Bedürfnis nach Komfort und Sicherheit unterwegs. In puncto Sicherheit stellt die Bahn traditionell hohe Ansprüche an sich und ihre Zulieferer. Durch einen verstärkten grenzüberschreitenden Zugverkehr entstehen neue Anforderungen an Zugsicherheits- und Zugbeinflussungssysteme. Mechanisches Stellwerk der Frühzeit (Abb. Deutsche Bahn AG) In den europäischen Ländern haben sich in den zurückliegenden rund 150 Jahren Bahngeschichte unabhängig voneinander unterschiedliche Systemmerkmale ausgeprägt. Die Unterschiede liegen im baulichen Bereich wie z. B. Spurbreiten, Stromsysteme und Signalabstände, aber auch in der grundlegenden Steuerungs- und Sicherheitsphilosophie. Bis heute sind rund 20 verschiedene nationale Systeme zur Zugsicherung entstanden. Zunächst hatte allein der Zugführer die Aufgabe, Streckensignale zu beachten und wenn nötig die Geschwindigkeit entsprechend zu reduzieren. Mittlerweile gibt es zusätzlich automatische Sicherungssysteme, die ein Überfahren von Haltesignalen oder ungesicherten Bahnübergängen verhindern. PUNKTFÖRMIGE ZUGBEEINFLUSSUNG (PZB) Bei der punktförmigen Zugbeeinflussung sind entlang der Strecke an Siemens ZUB 100 (Abb. Siemens Verkehrstechnik) Alcatel LZB (Abb. Alcatel SEL) sicherheitsrelevanten Punkten Gleiskoppelspulen angebracht, die beim Passieren Daten mit der Zugkoppelspule austauschen. Ein Zugrechner überwacht Istgeschwindigkeit und Sollgeschwindigkeitsprofil und warnt den Zugführer beim Überschreiten. Sofern die Geschwindigkeit nicht reduziert wird, erfolgt eine automatische Zwangsbremsung. LINIEN- ZUGBEEINFLUSSUNG (LZB) Bei höheren Geschwindigkeiten kann der Zugführer Signale nicht mehr rechtzeitig erkennen und entsprechend reagieren. Deshalb ist es für Hochgeschwindigkeitszüge notwendig, die Signalstellung im Führerraum anzuzeigen. Gleichzeitig erhält der Zugrechner kontinuierlich Datentelegramme bzw. Fahrvorschriften über einen mittig im Gleis verlegten Linienleiter oder über eine ins Gleis eingespeiste modulierte Wechselspannung. 14 HARTING tec.news 3-I-1999

15 Die grundsätzlichen Prinzipien sind in allen Ländern gleich. Unterschiede bestehen in Details wie beispielsweise der Bauform, den Übertragungsfrequenzen oder Telegrammprotokollen. Diese Systeme sind untereinander nicht kompatibel. Im grenzüberschreitenden Zugverkehr kommt es so zu zusätzlichen Aufenthalten, um das Triebfahrzeug oder den Zugführer zu wechseln, was sich besonders im Hochgeschwindigkeitsverkehr nachteilig auswirkt. EUROPEAN RAIL TRAFFIC MANAGEMENT SYSTEM (ERTMS) ERTMS ist ein Vorhaben der Europäischen Union zur Schaffung eines einheitlichen Betriebsleitsystems mit dem Ziel, den Markt für einen problemlosen europaweiten Schienenverkehr zu öffnen. Als Kern des Systems wurde mit European Train Control System (ETCS) ein Standard zur Datenübertragung zwischen Fahrweg und Fahrzeug definiert. Die Fahrzeugsteuerung besitzt eine offene Architektur, lediglich die interne Datenübertragung erfolgt durch den einheitlich spezifizierten ETCS-Bus. Um bestehende Infrastruktur weiter zu nutzen, kann mit verschiedenen Schnittstellengeräten und Antennensystemen kommuniziert werden. Eurobalise (Abb. Siemens Verkehrstechnik) EUROBALISE Streckenseitig erfolgt die Zugbeeinflussung über die ortsfest montierte Eurobalise, die mit einem Signal oder Stellwerk verbunden ist. Beim Passieren des Zuges wird die Balise mit Energie versorgt und sendet ein Datentelegramm mit Signalzustandsmeldung, Position und Entfernung zur nächsten Balise. Die empfangene Ortungsposition wird im Zug mit Hilfe eines Odometers durch Auswertung der Meßergebnisse von Geschwindigkeitssensoren und Doppler- Radar bis zur nächsten Ortungsbalise kontinuierlich fortgeschrieben. EUROLOOP Alternativ zur Eurobalise können die Telegramme auch induktiv durch im Gleis verlegte Kabelschleifen übertragen werden. Je nach Schleifenlänge (3 m bis 700 m) kann abschnittsweise eine kontinuierliche Datenübertragung erfolgen und so in Gefahrenbereichen Geschwindigkeit bzw. Bremskurvenverlauf ständig überwacht werden. EURORADIO In einer weiteren Ausbaustufe wird mit Euroradio eine Funk-Zug-Beeinflussung (FZB) realisiert. Die Daten werden mit gleicher Leistungsfähigkeit in beiden Richtungen über das neue 900 MHz GSM-R (Global System for Mobile Communication Railway) übertragen. Dabei erfüllen leistungsfähige Verschlüsselungsverfahren die hohen Sicherheitsanforderungen der Bahnunternehmen. Das Betriebsleitsystem ERTMS bzw. ETCS arbeitet als übergeordnete Plattform unabhängig von der verwendeten Schnittstelle Eurobalise, Euroloop oder Euroradio. So können diese Schnittstellen weiterentwickelt werden, ohne daß eine Änderung des Gesamtkonzepts notwendig ist. SICHERHEIT NACH MASS Je nach Ausbaustufe ist das ETCS in die Level 1 bis 4 eingeteilt. In den drei unteren Stufen sorgen elektronische Stellwerke für die Fahrwegssicherung. Die Fahraufträge werden jeweils von Blockabschnittsgrenze zu Blockabschnittsgrenze erteilt. Im Vergleich zum optimalen Abstand (Bremsweg des Folgezuges) ist dabei der Sicherheitsabstand relativ groß. Um Hauptverkehrsstrecken besser auszulasten, werden ab Level 3 15 People Power Partnership

16 Balise und Odometer erfolgen oder zukünftig auch mit dem Satellitennavigationsystem D-GPS (Differential Global Positioning System). Mit einem Korrekturverfahren ist es möglich, die für zivile GPS-Nutzer garantierte Positionsgenauigkeit von 100 m auf unter 10 m zu verbessern. Die ermittelte Position wird mit einem digitalen Streckenatlas im Fahrzeugrechner abgeglichen und an den Fahrwegrechner übertragen, so daß eine kontinuierliche Zugverfolgung realisierbar ist, die z. B. als Grundlage für Fahrgastinformationen dienen kann. (Abb. Siemens Verkehrstechnik) fließende Blockabschnittsgrenzen (Moving Block) eingeführt. Je höher der ETCS-Level, um so geringer sind die Anforderungen an die streckenseitige Infrastruktur. Es erfolgt eine sukzessive Verlagerung der Intelligenz von den Strecken bzw. Stellwerken auf die Fahrzeuge. In Level 4, dem Funk- Fahr-Betrieb (FFB), werden keine Stellwerke mehr benötigt. Auf streckenseitig installierte Elemente wie Signale, Gleisfreimelde- oder Zugbeeinflussungseinrichtungen kann ebenfalls verzichtet werden. Damit können insbesondere Strecken mit niedrigem Verkehrsaufkommen wieder wirtschaftlich betrieben werden. FUNK-FAHR-BETRIEB (FFB) Klassische Stellwerksfunktionen werden auf Funkzentralen und Fahrzeuge übertragen. Um möglichst kurze Zugfolgezeiten zu realisieren, weist die Funkzentrale jedem Zug kleine Gleisabschnitte zu. Das Einhalten des zugewiesenen Abschnitts, die Fahrwegsicherung durch Steuerung von Fahrwegelementen (z. B. Bahnübergänge) und die Positionsbestimmung erfolgen im Triebfahrzeug. Die Ortung kann mit Hilfe von Nicht nur bei konventionellen Zugsicherungs- und Zugbeeinflussungssystemen ist HARTING mit Steckverbindern, Gehäusetechnologien und Systemkomponenten ein international gefragter Partner. Auch die Komponenten des ERTMS bzw. ETCS werden von den Erfahrungen HARTINGs auf dem Gebiet der Bahntechnik profitieren. Info-Fax HARTING tec.news 3-I-1999

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18 tec. T o p t h e m a BLICKWINKEL Mobilität ist Verantwortung Birgit Friederike Haberbosch E s gibt wenige Bedürfnisse, die alle Lebewesen von Geburt an miteinander teilen. Entfernungen zu überwinden ist ganz sicher ein gemeinsames, uraltes Bedürfnis der Menschheit. Mobilität steht nicht nur für meßbare und faßbare Beweglichkeit, sondern auch für geistige Mobilität, Offenheit, Innovationskraft und weite Horizonte. Das macht zusätzlich deutlich, wie wichtig Mobilität für unsere Lebensqualität ist. Mobilität bedeutet im 21. Jahrhundert, daß alle Verkehrsträger Flug- bestimmenden Vorteile, die durch- ist. All diese, unsere Lebensqualität zeug, Bahn, Schiff, Auto, Zweirad usw. in ein integriertes Gesamtsystem einbezogen werden, damit wir auch morgen noch schnell, sicher und umweltfreundlich an unsere Ziele kommen. aus auch Bedenkt man, wie wichtig eine effiziente Verkehrsinfrastruktur zum Nachteile mit sich bringen, Vorwärtskommen ist, wird auch müssen verantwortungsvoll betrachtet und gestaltet werden. Mobil zu deutlich, wo unterschiedliche Interessen aufeinander prallen können. sein, ist von entscheidender Bedeutung für unsere Gesellschaft, doch Wachstum braucht Mobilität, Mobilität erzeugt aber auch Wachstum. nicht um jeden Preis. Vorwärts zu Dieser Zusammenhang zeigt, daß kommen und gleichzeitig die Mobilität gemeinsam mit Kommunikation und Innovation der Lebens- Menschen zu sichern und auszubau- erreichte Lebensqualität für die nerv einer modernen Gesellschaft en, das ist unser aller Verantwortung. Wir brauchen eine zeitgemäße Mobilität, die pulsierende Metropolen entlastet, z. B. den öffentlichen Nahverkehr. Lebendiges urbanes Leben wirkt auf Menschen, Güter und Dienstleistungen anziehend. Das resultierende Verkehrsaufkommen kann nur durch ein Miteinander der verschiedenen Verkehrsträger zu einem zukunftsträchtigen Verkehrssystem werden. Wir müssen einen Mobilitätsverbund aller Verkehrsbetroffenen schaffen, der allein die Gewähr dafür bietet, daß der bei Personen und Gütern erreichte Grad an Mobilität auf Dauer umweltgerecht erhalten bleibt. Denn das wahrscheinlich größte Optimierungspotential der vom Verkehr ausgehenden Umweltbelastungen liegt in der besseren Integration der einzelnen Verkehrsmittel. 18 HARTING tec.news 3-I-1999

19 Luftverkehr, Schiene und Wasserstraße müssen in erster Linie im Langstreckenverkehr ebenfalls ihren Part übernehmen. Gerade die beiden letztgenannten Verkehrsträger sind in hohem Maße leistungsfähig, zuverlässig und umweltfreundlich sowie aufgrund ihrer hohen Transportkapazität äußerst energieeffizient. Auch die weitgehende Verlagerung des Kurzstreckenluftverkehrs auf die Schiene könnte ein Ziel sein. Der Straßengüterverkehr, nach wie vor Lastesel im Verteilerverkehr und über kurze Entfernungen unersetzbar, sollte ebenso kritisch geprüft werden. Um den unterschiedlichen Ansprüchen gerecht zu werden, bedarf es eines Verkehrsmanagementsystems für Regionen und Länder. Die Weiterentwicklung von Verkehrsleitsystemen, die Verbesserung des öffentlichen Personennahverkehrs und die weitere Vernetzung der verschiedenen Verkehrsträger weltweit sind wichtige Schwerpunkte, deren Klärung wesentlicher Bestandteil eines modernen Gesamtverkehrssystems für das nächste Jahrhundert sind. Für alle Verkehrsträger gilt, daß sie ihren Part in einem Gesamtverkehrssystem nur übernehmen können, wenn ihnen eine entsprechende Infrastruktur zur Verfügung steht. International gesehen heißt dies in erster Linie Aufbau einer modernen Infrastruktur und Weiterentwicklung der vorhandenen Infrastruktur. Ziel ist der Abbau von Kapazitätsengpässen im bestehenden Verkehrsnetz, der Aufbau eines leistungsfähigen Bahnnetzes und ein Ausbau der Schnittstellen zwischen den einzelnen Verkehrsträgern. Es geht um Verknüpfung und damit den Aufbau verkehrsträgerübergreifender Transportketten. Um diese Projekte den höchsten ökologischen Anforderungen entsprechend umzusetzen, sind weltweit noch erhebliche Anstrengungen erforderlich. Wenn es um den Aufbau eines modernen integrierten Gesamtverkehrssystems geht, sehen wir einer spannenden Zukunft entgegen. Mit einem ökologischen, innovativen und integrativen Gesamtverkehrskonzept können wir einen entscheidenden Beitrag zur Schaffung eines effizienten intermodularen Verkehrsnetzes in Deutschland und darüber hinaus als Grundlage einer optimalen Mobilität für Menschen und Güter auch im 21. Jahrhundert schaffen. 19 People Power Partnership

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