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Stromversorgungen
1000-W-DC/DC-Wandler für die Bahn
Auswahl und Vergleich von EN 50155-konformen Wandlern
Spannungswandler werden zunächst nach Ausgangsleistung, Spannung, Strom, Temperaturbereich, EMV-Verhalten
und Baugröße ausgewählt. Im zweiten Schritt werden die Anschaffungskosten, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit in
Augenschein genommen. Daraus wird dann das beste Paket ausgewählt. Da hier sehr viele Aspekte eine Rolle
spielen, ist die Auswahl nicht einfach. Dieser Beitrag soll helfen die richtige Auswahl zu treffen. Autor: Willi Spiesz
Im Bahnbereich sind Nennspannungen von 24 V DC bis 110 V
DC als Speisespannung inklusive der Toleranzen von ±40 %
nach der Bahn-Norm EN 50155 spezifiziert. Das heißt, innerhalb
dieses Eingangsspannungsbereiches müssen die Wandler
dann ordnungsgemäß über den spezifizierten Temperaturbereich
unter Einhaltung der EMV-Vorgaben funktionieren. Weitere äußere
Einflüsse, Feuchte, Betauung, Vibrations- und Schockbelastungen
müssen über die gesamte vorgesehene Brauchbarkeitsdauer
eingehalten werden.
Im Bahnbereich sind dies zwischen 20 und 30 Jahre. Setzt man
eine tägliche Einsatzdauer von 16 Stunden pro Tag an, ergeben sich
somit folgende Betriebsstunden bei 16 Stunden/Tag an 365 Tagen
im Jahr: in 20 Jahren 116.800 Betriebsstunden, in 25 Jahren 146.000
Eine Notstarteinrichtung von Grau Elektronik speziell für die Bahntechnik.
Betriebsstunden und in 30 Jahren 175.200 Betriebsstunden. Über
die Herstellerangabe zur Gerätezuverlässigkeit MTBF (Mean Time
Between Failure) lässt sich damit eine statistische Aussage treffen,
mit wie vielen Ausfällen innerhalb der angestrebten Brauchbarkeitsdauer
zu rechnen ist. Um einen realistischen Vergleich zu erhalten,
sind die MTBF-Werte auf eine bestimmte Umgebungstemperatur,
meistens T U = +40 °C bei sonst gleichen Belastungen der
Ausgangsleistung zu referenzieren.
Ein Beispiel aus der Praxis
Anhand folgenden Beispiels aus der Praxis sollen diese Sachverhalte
klar verständlich gemacht werden: DC/DC-Wandler mit 500-W-
Ausgangsleistung für 72-V- und 110-V-Nennspannung.
■ Hersteller A: MTBF = 250.000 Stunden
■ Hersteller B: MTBF = 500.000 Stunden
bei T U = +40 °C und Nennleistung. Die zu erwartende Ausfallwahrscheinlichkeit
lässt sich nach folgender Formel errechnen:
■ R = e -λt
mit R = Reliability, λ = Ausfallrate, t = (Betriebs-) Zeit. Weiterhin
gilt: λ = 1/MTBF. Daraus folgt:
■ R = e -t/MTBF
■ Für die Fehlerrate F gilt: F= 1 - R
Für eine Betriebsdauer über 10 Jahre ergibt sich somit eine statistisch
errechnete Verfügbarkeit: 10 Jahre mal 16 Stunden pro Tag an
365 Tagen im Jahr bei einer MTBF von 250.000 Stunden.
■ R = e -10 x 365 x 16 / 250.000 = 0,7916
42 elektronik industrie 12/2012
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