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D 19067 · September 2012 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de

8-9/2012

Das Entwickler-Magazin von all-electronics

Wireless

Identifi kation von Störsignalen

und Interferenzen sowie von

unbekannten Signalen Seite 18

Embedded Systeme

COM-Lösungen mit Microspeed-

Steckverbinder für zeitgemäße,

schnelle serielle Interfaces Seite 66

LED

Intelligente Straßenbeleuchtungen

auf Basis der Powerline-

Kommunikation Seite 78

Bahnelektronik

Neue Technologien und Innovationen

unter dem Funkturm Seite 28

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www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09 / 2012 3

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Editorial

Heißer Herbst für

Elektronik-Branche

Geht es aufwärts, abwärts oder seitwärts? Der Europäische Halbleitermarkt

bleibt jedenfalls weiterhin schwach. Im 2. Quartal kam es zu einem Umsatzrückgang

von 14,7 % gegenüber dem Vorjahrszeitraum, meldete DMASS (Distributors’

and Manufacturers’ Association of Semiconductor Specialists). Sollte

es im zweiten Halbjahr zu einer Erholung kommen, wird das Gesamtjahr 2012

dennoch mit einem leichten Minus abschließen. Besonders in Westeuropa

gings bergab. Überdurchschnittlich verloren Skandinavien (-18 %), Deutschland

(-21,9 %) und Italien (-24,3 %).

Die Schwäche bei Mikrocontrollern scheint ihre Ursache im Automobilbereich

zu haben, spekuliert DMASS. Für Jürgen Weyer, VP Automotive Sales &

Marketing - EMEA bei Freescale Semiconductor, ist die Elektronikbranche

schon immer eine Achterbahn in der man nie genau weiß, an welchem Punkt

man sich grade befindet, oder ob vielleicht ein Looping durchfahren wird. Der

Profi sieht’s gelassen, er ist auf alle

Eventualitäten vorbereitet.

Auch andere Halbleiter-Hersteller

mit einem hohen Automobil-Anteil

bringen sich in Stellung. In den Tageszeitungen

war zu lesen, dass sich Infineon

angesichts der Marktlage höchstvorsorglich

einen Einstellungsstopp

und Investitionskürzungen auferlegt

hat. Man hat ja aus der letzten Krise

gelernt.

Für den deutschen Bauelemente-

Dipl.-Ing. Hans Jachinski,

Chefredakteur elektronik industrie

www.elektronik-industrie.de

Distributionsmarkt hat der FBDi e.V.

schon vor einiger Zeit einen Geschäftsklimaindex

ins Leben gerufen.

Er bewertet die aktuelle Situation als gut bis zufriedenstellend. Das 3. Quartal

erhielt eine 2,91, das kommende Winterquartal eine 2,68 und die langfristige

Entwicklung mit 2,49 fast ein „gut“ (nach Schulnotensystem). Was die Stimmungslage

betrifft, so hat diese sich also wieder aufgehellt. Der Trendindikator

Verhältnis von Auftragseingang zu Umsatz liegt allerdings bei 0,97, zeigt derzeit

keine Trendwende nach oben an.

Schauen wir weiter oben in die Ernährungskette, so ist auch beim Embedded-Spezialisten

Kontron der Auftragsbestand vom vorsichtigen Disponieren

betroffen und lag zum Ende des zweiten Quartals um etwa 14 % unter dem

Vorjahreswert.

Die Lage ist also zwiespältig und ein schwächer werdender Euro ist letztendlich

förderlich für den Export.

Hans Jaschinski, hans.jaschinski@huethig.de

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Inhalt

September 2012

Coverstory

28

Bahntechnik unter dem Funkturm

Wer sich ür Bahnelektrotechnik und -elektronik

interessiert, hat sicher schon lange den Termin 18.

bis 21. September für die in Berlin stattfindende Inno

Trans im Kalender. Die Präsentationsfläche ist komplett

ausgebucht.

62

Einfacher Weg zur kundenspezifischen HMI

So vielfältig HMI-Anwendungen sind, so unterschiedlich sind

auch die Anforderungen. Ein modularer Aufbau bei der Realisierung

einer HMI bietet die Möglichkeit, auch schon bei mittleren

Stückzahlen eine kundenspezifische Lösung um zu setzen.

74

Robuste

Schaltungen

Raue Umgebungsbedingungen

erfordern robuste

Schaltungen. Es gibt einige

Faktoren, die Einfluss

auf die Robustheit einer

Schaltung haben.

Märkte + Technologien

06 Die Top 5

08 NI Week 2012

Die Highlights aus Austin/Tx

12 Technologietag bei Plastic Logic

Fortschritte in der Polymerelektronik

14 Rigol Technologies in Europa

Interview mit Wolfgang Bartels

16 Top 25 wachsen um 21,8 Prozent

Führende Anbieter von Technologie-

Beratung und Engineering Services

Wireless

18 Messung von Funkstörungen

Tipps zum Einsatz von Spektrumanalysatoren

22 Berührungslose EKG-Überwachung

Bluetooth-Interface überträgt

gewonnene Daten

26 Bernstein oder Bits und Bytes?

Digital einstellbare Kondensatoren

Leserservice infoDIREKT:

Zusätzliche Informationen zu einem Thema erhalten

Sie über die infoDIREKT-Kennziffer. So funktioniert’s:

• www.elektronik-industrie.de aufrufen

• Im Suchfeld Kennziffer eingeben, suchen

Bahnelektronik

28 Bahnelektronik unter dem

Funkturm

Die Inno Trans 2012 steht vor der Tür

30 Funktechnologie in Zügen

Zügiger Datenaustausch

34 Messen in Genauigkeitsklasse R

Bahn-Energieverbrauch klar abrechnen

38 Akustisch informiert

Warnmelder für Hamburger Hochbahn

40 Zur Datenübertragung bei

erhöhten Anforderungen

Bahnsteckverbinder

42 Blitzschneller Zusammenbau

Skalierbare Leistungsschnittstellen

46 Zuverlässig bei Extrembedingungen

Netzwerk-Videoaufnahme für die

Fahrgastsicherheit

50 Technologische Herausforderungen

der Bahntechnik

Steckverbinder für extreme

Umweltbedingungen

54 Sichere Elektronik für die Schiene

Embedded-Systeme werden immer

zuverlässiger

Embedded-Systeme

58 Performance zum Abheben

Box-PCs für Check-In-Schalter

62 Vieles ist möglich

Der einfache Weg zur kundenspezifischen

HMI

66 COMs für raue

Industrieumgebungen

Zuverlässiges, geschirmtes

Steckverbindersystem

Aktive Bauelemente

70 Vierfach-Widerstandsarrays

Abgeglichene Widerstände maximieren

die Leistung von Verstärkern

74 Gegen Fehlfunktionen gefeit

Robustheit – ein wichtiges

IC-Einsatzkriterium

LED

77 LED professional Symposium 2012

Vier zentrale Bausteine zur erfolgreichen

LED Technologie-Strategie

78 Intelligente Straßenbeleuchtungen

Fernsteuerungs-Protokoll auf Basis der

Powerline-Kommunikation, Teil 1

4 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Inhalt

September 2012

› AKTIVE BAUELEMENTE

› PASSIVE BAUELEMENTE

› ELEKTROTECHNIK

› MESSTECHNIK

› AUTOMATION

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Mobilfunk kann abweichen

96

High Tech Toy

Wie stark erhitzt sich die Stereo-Endstufe, ist der Kühlkörper

richtig dimensioniert? Mit dem Scan Temp 485 kann man die

Temperatur schnell und berührungslos messen. Wir haben das

Innenleben angeschaut und zeigen die Funktionen.

AUSSUCHEN.

ANKLICKEN.

AUSPACKEN.

82 LEDs – Messen, Analysieren und Bewerten

Testhaus unterstützt bei der Qualitätssicherung

86 Energiekreislauf zu Ende gedacht

Rusol koppelt Energiegewinnung mit Energieeffizienz

Messtechnik + Tools

90 Boundary Scan anwenderfreundlich

Praktische Programmierung für Praktiker

92 Universal-Softwarelösung

Kopplung zwischen 1D- und 3D-Softwaretechnologien

Rubriken

03 Editorial

Heißer Herbst für Elektronik-Branche

95 Gewinnspiel

96 High Tech Toy

Temperatur berührungslos messen

98 Impressum

98 Verzeichnisse

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Märkte + Technologien

TOP

5

Artikel

1

Thermische Anforderungen von

LED-Leuchten

500ejl0312 OSRAM Opto Semiconductors

Hier präsentiert Ihnen die elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel,

News und Produkte von unserer Internetseite www.all-electronics.de.

Unsere Leser haben diese Inhalte in den letzten vier Wochen am häufigsten

gelesen. Interessieren Sie sich für spezielle Informationen, gehen Sie auf www.

all-electronics.de und geben die infoDirekt-Kennziffer (Beispiel 599ei0412) in

das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte der

elektronik industrie seit 1999. Um immer auf dem Laufenden zu sein, abonnieren

Sie unseren Newsletter unter www.all-electronics.de.

2

3

4

5

Lösungen für die MEMS-Sensorfusion

426ei1111

Bericht der Redaktion

Echte Gestenerkennung für alle

609ei0512

Mechaless Systems

Hochstromleiterplatte für LED-Ringbeleuchtung

405pr0712Häusermann

Raum für Fehler (-korrektur)

592ei0712

Toshiba Electronics

NEWS

1

Armbanduhr mit über 20

Jahren Batterielaufzeit

401ei0712

Bericht der Redaktion

2

3

Stühlerücken bei NXP

500ei0712NXP

Avnet, Inc. kauft Passivspezialist Altron

501ei0712Avnet

4

Präzision aus der Zentralschweiz

590ei0712

Bericht der Redaktion

5

Bartec hat einen neuen Besitzer

917iee0812Bartec

PRODUKTE

1

ST bringt F3 Mikrocontroller

mit Cortex M4

588ei0712STMicroelectronics

2

3

4

5

HMI-Coprozessor verbessert Spracherkennung

640ei0712Spansion

Kopplung zwischen 1D- und 3D-Softwaretechnik

620ei0912 Mentor Graphics

EEPROM mit MAC und ID vorbelegt

586ei0712Atmel

Kleine robuste M12-Steckverbinder

219ejl0312Hypertac

6 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


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25. Weltleitmesse für Komponenten,

Systeme und Anwendungen der Elektronik

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13.–16. November 2012

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Märkte + Technologien

Die Highlights der NI Week 2012

HF-Vektorsignal-Transceiver, Single-Board RIO GPIC, Stand-alone cDAQ

Rund 3600 Teilnehmer trafen sich zur NI Week 2012 in Austin/Tx, um sich über die neuesten messtechnischen

Entwicklungen und Anwendungen im Bereich der modularen Hard- und Software zu informieren. Wir waren für

Sie dabei.

Autor: Hans Jaschinski

Die NI Week, eine National Instruments Veranstaltung, die

jährlich im Convention Center der texanischen Hauptstadt

stattfindet, startete mit einem bahnbrechenden Produkt,

das Anwender wie Wettbewerber im Hochfrequenzbereich

aufhorchen lassen wird: dem HF-Vektorsignal-Transceiver

(VST) PXIe-5644R (Bild 2). Er vereint als erstes softwaredesigntes

Messgerät einen Vektorsignalgenerator und einen

Vektorsignalanalysator mit einem anwenderprogrammierbaren

FPGA in einem modularen PXI-Messsystem.

Der weltweit erste Vektorsignal-Transceiver kann in ein neues

Messgerät verwandelt oder bestehende Funktionen mithilfe der

Systemdesignsoftware LabVIEW stärker ausgeschöpft werden. Der

VST eignet sich durch seinen bis 6 GHz reichenden Frequenzbereich

und der HF-Echtzeitbandbreite von 80 MHz besonders für

die Prüfung aktueller Wireless- und Mobilfunkstandards wie

802.11ac und LTE. Das drei Steckplätze breite PXIe-Modul wurde

von Grund auf neu entwickelt und kann mehrere traditionelle

Messgeräte zu einem Bruchteil der Kosten und Größe ersetzen. Als

Preis für das weniger als 60 W benötigende Modul wurden rund

45.000 US-$ netto genannt. Zusätzlich sind natürlich noch ein entsprechendes

PXI-Chassis sowie LabVIEW, idealer Weise immer

die neueste Version, notwendig.

Um die Wichtigkeit dieses Produktes deutlich zu machen, betonte

Dr. James Truchard, President, CEO und Mitbegründer von

8 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

National Instruments: „Vor einem Vierteljahrhundert definierte NI

die Mess- und Prüftechnik mit der Systemdesignsoftware Lab-

VIEW neu – jetzt wird dies mit dem Vektorsignal-Transceiver wieder

geschehen" (Bild 3). Qualcomm ist einer der Kunden, der bereits

frühzeitig in den Genuss des VST kam. „Für Qualcomm

Atheros sind die Flexibilität der Messsysteme und die vollständige

Steuerung entscheidend dafür, unseren HF-Testprozess so effizient

wie möglich zu gestalten. Wir freuen uns über die Leistungssteigerungen,

die wir bei Tests mit dem neuen Vektorsignal-Transceiver

von NI verzeichnen", erklärt Doug Johnson, Director of Engineering

bei Qualcomm Atheros (Bild 4).

„Der NI PXIe-5644R bietet uns die Freiheit und die Flexibilität

so, wie wir sie bei der Entwicklung unserer Lösungen nach dem

Standard 802.11ac für unsere Kunden benötigen. Mit dem VST haben

wir den Prüfdurchsatz entscheidend verbessert." Hervorgehoben

wurden von Hersteller wie Anwender besonders die mehr als

zehnmal schnelleren Messungen

als mit vergleichbaren traditionellen

Lösungen.

Bild: Hans Jaschinski

Bild 2: Der

HF-Vektorsignal-Transceiver

(VST) PXIe-

5644R enthält

auf einem drei

Steckplätze

breiten

PXIe-Modul

einen Vektorsignal-Generator

und -Analysator.

LabVIEW 2012

Traditionell wurde auch dieses Mal

eine neue Version der Systemdesignsoftware

LabVIEW präsentiert

(Bild 5).

In LabVIEW 2012 stehen nun

unter anderem einsatzfertige Vorlagen

für eine große Bandbreite an

Anwendungen zur Verfügung. Außerdem

ist der Zugriff auf neue

Schulungsmöglichkeiten enthalten,

die Anwender bei der Verbesserung

der Qualität ihrer Systeme

unterstützen sollen. Neuerungen

in LabVIEW 2012 umfassen beispielsweise

eine verbesserte Stabilität,

neue Werkzeuge für Analyse

und Bildverarbeitung, Anwenderfeedback

aus der LabVIEW Idea

Exchange, sowie Apps zur Steuerung

und Darstellung von Daten

auf einem iPad.

Am zweiten Tag der NI Week

kam dann auch der LabVIEW-Vater

und NI-Mitgründer Jeff Kodosky

mit einem iPad auf die Bühne

und gab dort erstmals Einblick in

seine Ideen, wie zukünftig auf einem

iPad in LabVIEW programmiert

werden könnte (Bilder 6 und

7).

Single-Board RIO GPIC für

intelligente Stromnetze

Mit dem Single-Board RIO General

Purpose Inverter Controller

(GPIC) verfügt National Instruments

jetzt über ein FPGA-basiertes

Entwicklungssystem, um die

Kommerzialisierung von Smart-

Grid-Leistungselektronik stark zu

Bluetooth le Controller

Minimaler Stromverbrauch Kleinste Abmessungen

Wichtige Eigenschaften

Kompatibel zum Bluetooth LE Single

Mode (als Master oder Slave)

Master/Slave-Umschaltung ohne Reboot

Technische Daten

Betriebsspannung: 1,6 V bis 3,6 V

Betriebstemperaturbereich:

-20 °C bis +70 °C

Geringe Stromaufnahme

Sendung:

9.8 mA

Empfang:

8.8 mA

Sleep:

< 0,7 mA

Unterstützung für ATT, GATT,

SMP, GAP, L2CAP

Host-Interface: SPI oder UART

GPIO-Ausgang

Gehäuse: WQFN-32

(5 x 5 x 0,8 mm)

Einfachstes Design

Der neue Bluetooth LE Controller ML7105 ermöglicht die drahtlose Kommunikation über geringe Distanzen

bei extrem niedrigem Stromverbrauch und kurzen Latenzzeiten. Dies schafft die Voraussetzungen für eine

breite Palette von neuen Anwendungen und kompakteren Geräten in den Bereichen Healthcare, Fitness,

Sicherheit und Home Entertainment.

RF-Part

LNA

PA

Main

Regulator

Halle A5 Stand 542

Minimaler Stromverbrauch

Eigener Timer im Low Power Logic Block

senkt die System-Verlustleistung im

Sleep-Modus

PLL

Low Power

Regulator

26

MHz

ADC

MIX BPF Limiter

DAC

32

kHz

Modem

De-Mod

Digital-

Mod

Bluetooth LE

Controller

Hardware

+

Firmware

Low Power

Logic

UART

I 2 C

SPI

GPIO

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Märkte + Technologien

Bild: National Instruments

Bild 3: NI-CEO Dr. James Truchard kann auf

einen sehr erfolgreichen Geschäftsverlauf

zurückblicken. Die 1-Mrd.-Dollar-Umsatzmarke

ist locker übersprungen.

Bild 6 (oben rechts): Jeff Kodosky deutete erstmals

an, wie zukünftig auf einem iPad in

LabVIEW programmiert werden könnte.

Bild 7 (rechts): Heute ist die LabVIEW-Programmierung

auf dem iPad noch eine

Spielerei.

vereinfachen (Bild 10). Mit Single-Board

RIO GPIC können relativ schnell und einfach

rekonfigurierbare Energiewandlungssysteme

entwickelt und zur Marktreife geführt

werden. Die grafische Systemdesignplattform

und das rekonfigurierbare I/O

(RIO) System ermöglicht es Kunden ihre

Designs in-house durchzuführen, ohne das

Programmierkenntnisse auf Registerebene,

beispielsweise in Verilog oder VHDL,

vorhanden sein müssen. Das neue System

hat standardmäßig zahlreiche Analog- und

Digital-I/Os und 58 verschiedene DSP-

Cores, die sich in das FPGA einbauen lassen,

um bestimmmte Regelungen, I/O,

Leistungs- und Kostenanforderungen für

die meisten intelligenten Stromnetze zu

entwickeln, beispielsweise DC/AC-, AC/

DC-, DC/DC- und AC/AC-Wandler für

Bild: National Instruments Bild: Hans Jaschinski

Bild: Hans Jaschinski

flexible AC-Übertragungssysteme, Erneuerbare

Energie-Erzeugung, Energiespeicherung

und variable Antriebssysteme.

Ein 400 MHz embedded PowerPC-Prozessor,

auf dem das Echtzeitbetriebssystem

VxWorks läuft, unterstützt die Smart-

Grid-Netzprotokolle DNP3, IEC 60870-5

und IEC 61850, onboard Comtrade (IEEE

37.111) Datenlogging und standardmäßig

die dreiphasige Analyse der Netzqualität

nach IEC, EN und IEEE.

Stand-alone CompactDAQ

Das Stand-alone-System CompactDAQ

enthält einen Intel Dual-Core-Prozessor i7

für die Datenerfassung, Online-Analyse

und das Datenloggen. Es verfügt über 2

GByte RAM und 32 GByte Solid State Disk

als nichtflüchtigen Speicher, auf einen ex-

Bild 4 (links): Doug Johnson, Director of Engineering bei

Qualcomm Atheros, ist einer der ersten Anwender des

Vektorsignal-Transceivers.

Bild: Hans Jaschinski

Bild 11 (oben): Stand-alone CompactDAQ ermöglicht das

Datenstreaming mit bis zu 30 MByte/s direkt auf die SSD.

Bild 10 (rechte Seite unten): Der Single-Board RIO General

Purpose Inverter Controller (GPIC).

10 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Bild: Hans Jaschinski

Bild 12: In der Kategorie

Advanced Control Systems

ging der Design Award an

Johannes Klöckner und

sein Team von der TU

Illmenau.

Great Value in

Test & Measurement

Bild 5 (unten): LabVIEW 2012 besitzt jetzt einsatzbereite

Vorlagen und Zugriff auf neue Schulungsmöglichkeiten.

Bild 8: Eric Starkloff, Vice President Product

Marketing für Systemplattformen bei National

Instruments steuert hier einen Roboter via iPad.

ternen PC kann also verzichtet werden (Bild 11).

Anwender können mit dieser Plattform und

LabVIEW ein vollständiges Messsystem benutzerdefiniert

anpassen oder mithilfe der mehr als

600 Unternehmen des NI Alliance Partner Network

eine benutzerdefinierte, schlüsselfertige Lösung

für das Datenloggen erstellen.

Das Chassis des Systems hat 8 Steckplätze, die

mit I/O-Modulen der C-Serie bestückbar sind.

Zu den mehr als 50 verschiedenen Modulen gehören

zahlreiche I/O- und Sensor-Typen, einschließlich

AI, AO, DIO und CAN. Jedes Modul

lässt sich im laufenden Betrieb austauschen und

wird vom System automatisch erkannt.

Vier USB-Hi-Speed-, zwei Gigabit-Ethernet-,

zwei serielle Schnittstellen sowie ein MXI-Express-Port

ermöglichen den Anschluss vonCompactDAQ-Systemen

untereinander, um die Anzahl

der Modul-Steckplätze für Applikationen

Bild: National Instruments

mit hohen Kanalzahlen zu ermöglichen oder

auch die Integration anderer Komponenten wie

zum Beispiel eine Kamera oder GPS.

Daten können mit einer Geschwindigkeit von

bis zu 30 MByte/s auf die Disk gestreamt werden.

Genauer gesagt, gleichzeitiges Streamen kontinuierlicher

Messungen mit Abtastraten von bis zu 1

MS/s pro Kanal.

Fast alle hier präsentierten Produkte werden

wir am 24.-25. Oktober auf VIP 2012 in Fürstenfeldbruck

sehen. Auch Keynote-Sprecher Eric

Starkloff wird mit dabei sein. Die nächste NI

Week 2013 findet übrigens vom 5. bis 8. August

statt.

Der Autor: Hans Jaschinski, Chefredakteur der elektronik

industrie, war für Sie auf NI Week unterwegs.

infoDIREKT www.all-electronics.de512ei0912

Bild: National Instruments

Bild 9: Meg Selfe, Vice

President für Complex

& Embedded Systems

bei IBM, referierte

über die Zusammenarbeit

von IBM und NI,

beispielsweise über

die Software DOORS.

350MHz 2/4 Kanal

Digital Oszilloskop

HMO3522 / HMO3524

4 GSa/s Real Time,

50 GSa/s Random

Sampling, rauscharme

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Serielle Busse triggern

und hardwareunterstützt

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Optionen: I 2 C + SPI +

UART/RS-232, CAN/LIN

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Wo ist

Conrad ?

Bild: National Instruments

Bild: Hans Jaschinski

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Märkte + Technologien

Die Displays sind dünn,

flach und flexibel.

Bilder: Plastic Logic

Der Aufbau basiert auf der

Polymertransistortechnologie.

Technologietag bei Plastic Logic

Fortschritte in der Polymerelektronik

Die flexible Displaytechnik stellt einen Trend dar, der die Aufmerksamkeit der Technologieindustrie auf sich zieht.

Basierend auf der Polymertransistor-Technologie von Plastic Logic lässt sich Elektronik auf flexible oder organische

Folien aufbringen.

Am 5. Juli 2012 fand in Dresden bei Plastic Logic, einem

Hersteller von organischer Backplane-Technik, der Technologietag

mit Fokus auf Polymerelektronik statt. Im

Rahmen des Industrialisierens der Massenproduktion

von Kunststoffelektronik eröffnete 2008 am Technologiestandort

Dresden die großtechnische Produktionsanlage mit 4000 qm Reinraum.

Die Produkte aus organischer Elektronik sind leichte, dünne,

und robuste 10,7 Zoll Kunststoffdisplays – inzwischen lassen

sich Displays in Diagonalen mit bis zu 40 Zoll fertigen.

Robust, zuverlässig und langlebig

Die Displays widerstehen sowohl Knicken und Zerschneiden als

auch dem Durchstechen mit Reißzwecken oder dem Durchlöchern

mit Schusswaffen – sie funktionieren weiter – ausgenommen

an der beschädigten Stelle selbst. Bei zehn Millionen Seitenupdates

beträgt die garantierte Lebensdauer fünf Jahre. Die monochromen

Displays weisen eine Auflösung von 1280 x 960 Pixel bei 225 Punkten

pro Zoll (ppi) auf. Mit den Farbdisplays lassen sich 4096 Far-

ben darstellen; allerdings bei niedrigerer praktischer Bildauflösung.

Einfache Videos, Animationen und Sequenzen laufen mit 12

Bildern pro Sekunde und die Steuerung erfolgt über Siliziumchips.

Als Referenten informierten Konrad Herre, COO bei Plastic Logic

und Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer-Instituts für

Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden sowie Dr. Peter Fischer,

CTO bei Plastic Logic in Dresden. Seit 2011 sitzt er auch im

Vorstand des Branchenverbands OE-A (Organic and Printed Electronics

Association). „Mit der vollindustrialisierten Massenproduktion

von ultradünnen, leichten und robusten sowie flexiblen

Kunststoffdisplays in der weltweit ersten Großanlage für organische

Elektronik haben wir unseren Prozess so weit entwickeln können,

dass wir inzwischen eine Ausbeute vergleichbar mit der LCD-

Industrie verzeichnen können", erläuterte Konrad Herre. „Unsere

ultradünnen und robusten flexiblen Displays können monochrome

sowie farbige und sogar animierte Inhalte darstellen.", erklärte

Dr. Peter Fischer. „Mit dieser Technologie können wir unterschiedliche

Anwendungen realisieren – von flexiblen E-Readern

12 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

und robusten Smartphones über intelligente Uhren bis hin zu Zugtickets

oder Sicherheitspässen."

Millionen Transistoren auf Substrat

Bei den flexiblen und formbaren Display, die nicht dicker als ein Blatt

Papier sind, können Transistoren bei niedrigen Temperaturen deutlich

unter dem Siedepunkt von Wasser direkt auf normale Polymersubstrate

aufgebracht werden. Der patentierte, verzerrungstolerante

Fertigungsprozess kompensiert und korrigiert Fehlausrichtungen bei

der Fertigung, die sich auf Grund der Elastizität des Polymers ergeben

können. Durch Strukturierungsverfahren lassen sich Millionen

Transistoren auf jedem Substrat aufbringen, wodurch das fertige Display

Detailgenauigkeit aufweist. Das Displaymedium (Frontplane)

besteht aus Material der taiwanesischen E Ink Corporation. Die Technik

lässt das Aussehen von Tinte auf Papier entstehen.

Flexible Displays eröffnen

neue Anwendungen.

Alternativ zu Papier

Die dünnen Polymerdisplays haben die gleiche Qualität und Haptik

wie Papier, allerdings sind sie robuster und haltbarer. Damit

bietet sich eine Alternative zu Papier – ein wichtiges Bestreben in

der Branche. Die flexiblen Displays eröffnen die Möglichkeit, Anwendungen

zu entwickeln, die mit normalen Glasdisplays nicht

möglich sind. Anpassbare Displays mit größerem Formfaktor eignen

sich beispielsweise für Beschilderungen, während die kleineren

Displays auf die Anforderungen der mobilen IT- und Kommunikation

sowie anderer Anwendungen der Massenproduktion ausgelegt

sind. Die Displaytechnologie eignet sich für Infotafeln oder

andere permanente Beschilderungen, wie Busfahrpläne. Die bei

Tageslicht gut ablesbaren Schilder lassen sich aus mehreren Displays,

die nur beim Schalten Energie benötigen, zusammensetzen,

was die Montage vereinfacht.

Wenn statt eines elektrophoretischen Displaymediums ein Sensormaterial

verwendet wird, wie bei einem Lesegerät, kann Plastic

Logic großflächige Sensoren mit der gleichen OTFT-Substrattechnologie,

wie für die Displays, fertigen. Damit ist der Hersteller in

der Lage, mobile Dokumentenscanner oder Röntgengeräte, selbst

anschmiegsame Ganzkörpersensoren für Röntgenstrahlen, zu produzieren.

Die nächste Generation der Polymerelektronik wird verschiedene

Funktionen in einer Polymerfolie integrieren. Dadurch

entsteht ein komplettes System auf der Folie. Dies könnten Displays

oder Sensoren und sogar Siliziumchips sein. Die Verbindung

der Komponenten erfolgt über die OTFT-Schaltungen. Anwendungen

sind Smartcards, Smart-Verpackungen und spezifische

Markenauthentifizierungsgeräte für Spezialprodukte. (rao) n

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Märkte + Technologien

Interview mit Wolfgang Bartels, Rigol Europa-Chef

Rigol Technologies

in Europa

Höhere Bandbreite, mehr Speed, mehr MSO,

mehr Build-in, kleinerer Preis?

Bilder: Rigol

Seit rund 11 Monaten ist der chinesische Messgerätehersteller Rigol

auf dem Europäischen Markt mit einer eigenen Firma direkt vertreten.

Wir sprachen mit dem Europa-Chef Wolfgang Bartels.

elektronik industrie: Rigol in Europa. Wie ist es angelaufen?

Wolfgang Bartels: Rigol ist in Europa nicht komplett neu gestartet.

Wir hatten und haben nach wie vor Distributoren. Das heißt, ein

gewisses Niveau und ein gewisser Bekanntheitsgrad ist bereits vorhanden.

Aber ich muss sagen, allein durch die Eröffnung des Büros

und die bereits veröffentlichten Presseinformationen, ist die Anfrage

stark gestiegen. Man merkt es natürlich an den Umsätzen,

wir sind jedenfalls positiv überrascht.

War der Start in Europa gleichmäßig gut?

Rigol ist in Deutschland überproportional gut gestartet. Aber auch

ganz Europa liegt über den Zielen. Deutschland ist für Rigol ein

wesentlicher Markt. Die Stoßrichtung geht zunächst in die Bereiche

Forschung und Universitäten um potenzielle Kunden zu überzeugen.

Aus diesem Grund hat Rigol das für Europa zuständige

Büro hier in Deutschland eröffnet. Weitere Märkte, die angegangen

werden, sind natürlich auch der Industrie- und Automobilbereich.

Auch dort haben wir, gemeinsam mit unseren Partnern, positive

Signale empfangen. Nicht nur bei Oszilloskopen und Multimetern,

sondern auch im Spektrumanalysatorbereich, Stichwort

keyless entry. So können auch Spektrumanalysatoren für 1058 €

netto ihren Einsatz in der Produktion finden. Das sind für uns Türöffner

für gewisse Märkte. Und wir wollen durch Qualität überzeugen,

wir wollen nicht „der billige Asiate“ sein.

Wie ist Rigol entstanden?

Rigol wurde 1998 von drei jungen Studenten gegründet, alle drei

sind noch in der Zentrale der Firma in Peking aktiv. Der eine betreut

die analytischen Messgeräte, der zweite ist in der Entwicklung

der Messgeräte, der dritte in der Administration. In der Nähe von

Shanghai wird derzeit ein zweites Werk gebaut. Die Qualität der

Produkte war in den ersten Jahren noch nicht optimal. Dann aber

nahm Rigol auch ODM-Verträge an, also Entwickeln und Fertigen

für andere Unternehmen, da muss man Qualität liefern und ISOzertifiziert

sein. Das Unternehmen hat dadurch eine Menge gelernt.

Aus persönlicher Augenscheinnahme kann ich sagen, es entspricht

alles europäischen Verhältnissen. Heute hat Rigol weltweit

rund 400 Mitarbeiter, davon etwa 100 Entwicklungsingenieure.

Das erste Quartal dieses Jahres hat es gezeigt: Wir bieten neue

Generatoren, Oszilloskope und den Spektrumanalysator an. Jetzt

kommt die 2000er Oszilloskop-Serie und es geht mit einer faszinierenden

Roadmap weiter. Wir bieten Oszilloskope für 268 € an,

mit 50 MHz Bandbreite, zwei Kanälen, FFT und drei Jahren Garantie.

Da bleibt „nichts mehr hängen“, das wissen alle, aber es ist

ein strategisches Marketingprodukt. Die Rücklauf-Quote liegt hier

unter einem Prozent. Auf dieser Basis sind es bei dem Preis-Leistungsverhältnis

die neuen Produkte wie die 4000er Oszilloskop-

Serie und der Spektrumanalysator, die sehr erfolgreich gestartet

sind. Nicht zu vergessen die zweikanaligen 60-MHz Arb-Generatoren

mit integriertem 200-MHz-Universalzähler für 650 € − da

kann man beim Kauf eigentlich nichts falsch machen. Viele Kunden

testen zunächst die Geräte und sagen dann: o.k., überzeugt

mich, kann ich nehmen. Das ist so etwa die Vorgehensweise wie

wir als Anbieter die Kunden überzeugen können, durch Qualität.

Wie ist Europa für Rigol definiert?

Im Moment ist es tatsächlich das Gebiet Europa, aber die Tendenz

geht zu EMEA. Europa heißt, auf jeden Fall inklusive Russland und

es kommt noch Israel dazu und die Türkei. Für mich ist Schwerpunkt

Europa: Deutschland, Österreich, Schweiz, Frankreich, UK,

Schweden, Italien, Spanien. Die „osteuropäischen“ Länder werden

noch direkt von einem Kollegen in Peking betreut, der aber in naher

Zukunft nach Europa kommen und Osteuropa von hier aus

betreuen wird.

Wir sind gerade dabei, die ersten Handbücher für die neuen

Messgeräte ins Deutsche zu übersetzen, wobei die DS1000 Scope-

Serie bereits neben dem Englischen über ein integriertes GUI in

deutscher, französischer und spanischer Sprache verfügt.

Wir führen in Puchheim ein Zwischenlager. Wobei ab Hamburg

zum Teil schon Geräte palettenweise direkt an die Distributoren

gehen. Kleinere Länder und kleinere Distributoren können sich

natürlich nicht sofort hochpreisige Geräte auf Lager legen. Sie werden

von uns über Puchheim zwei-, fünf-, zehnstückweise bedient.

Es ist wichtig für uns, dass wir schnelle Verfügbarkeit haben und

dieses auch unseren Distributoren anbieten.

Es kristallisiert sich heraus, dass es Distributoren gibt, die einen

sehr guten Web-shop für lowcost Produkte installiert haben und

die Produkte in Massen verkaufen. Auf der anderen Seite gibt es

für uns immer wichtiger werdende Distributoren, die ein etwas anderes

Vertriebskonzept haben, natürlich auch einen Shop, aber zu-

14 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Die Oszilloskope der Rigol-Familien DS2000 sind

in 2-Kanal-Varianten für 70 MHz, 100 MHz und 200

MHz erhältlich.

sätzlich Messeauftritte, Seminare geben,

direkt zum Kunden fahren und ein Gerät

präsentieren können.

Wie ist der Status Ihres Distributorennetzes?

Ich denke, es wird immer mal wieder Anpassungen

geben, aber das Grundgerüst

steht. Das sind zu 80 % die, die auch vorher

schon für Rigol tätig waren. In Deutschland

sind autorisierte Distributoren u.a.

Batronix in Schwentinental und Meilhaus

Elektronik in Puchheim. Meilhaus ist, neben

einigen anderen in Europa, mit Sicherheit

jemand im Sinne der neuen Strategie

mit mid- und high-range-Produkten. Ein

1-GHz-Scope DS6000 kann man nicht einfach

über einen Webshop verkaufen. In Österreich

haben wir Rekirsch Elektronik,

Wien, in der Schweiz die Maxdata

(Schweiz) AG, Baar. In UK ist als Distributor

die Firma Amplicon in Brighton zu den

bestehenden, wie Telonic und MCS, hinzugekommen.

In Frankreich ist es die Firma

OVIO mit einigen Partnern, die Rigol entsprechend

vertreten. Man könnte jetzt alle

aufzählen, aber diese Liste ist im Internet

zu finden.

www.elektronik-industrie.de

Rigol ist die einzige asiatische Firma die den

LXI-Compliance-Test anbietet. Wie schätzen

Sie die LXI-Schnittstelle ein?

Die LXI-Schnittstelle ist für die Zukunft

ganz wichtig. Nicht unbedingt im Laborbereich,

da lässt sich auch mit USB einiges

machen, aber im professionellen Bereich,

in der Fertigungstechnik, bei Automotive

und Industrial. Überall dort, wo hohe Datenübertragungsraten

zwischen den Geräten

gefordert sind. So besitzt zum Beispiel

der Rigol-Spektrumanalysator, wenn er in

der Fertigung eingesetzt werden soll, eine

LXI-Schnittstelle. Für uns ist LXI nicht nur

Hardware, sondern es geht auch Richtung

Web-Interface, Bedienung und portable

Software-Unterstützung. Wir sind dabei,

dies alles zu integrieren. Es wird auch Produkte

geben, wo es zwingend notwendig

ist, so etwas anzubieten. Schon heute unterstützen

die 4000er Scope-Serie LXI, die

2000er Scopes sind ebenfalls mit einem

LAN-Anschluss ausgerüstet.

Im Moment hat Einschub-Messtechnik

keine Priorität bei Rigol. Wir verfügen bereits

heute über eine Multimeter/Scanner-

Kombinationen. Aber auch da muss man

einfach einem gewissen LXI- und Softwarestandard

folgen, sonst kann man im

ATE-Bereich nicht mithalten.

Wie sind die Trends bei Rigol-Messgeräten?

Höchstwahrscheinlich wird es bei Rigol in

die höheren Frequenzen gehen, beispielsweise

bei Oszilloskopen. In den Geräten

sind Standard-Bauelemente, auch FPGAs

und Module im Einsatz, ASICs derzeit aber

nicht. So gibt es zum Beispiel in den

DS2000-Oszilloskopen rauscharme Eingangs-Module,

die 500 µV pro Division

ermöglichen, wo bisher 1 oder 2 mV pro

Division üblich sind.

Was Kombigeräte angeht, ist für Europa

zunächst einmal die Mixed-Signal-Funktion

ganz wichtig. Da bietet Rigol im Moment

zwei Geräte an, das Oszilloskop

1000D mit 100 und 50 MHz Bandbreite

mit digitalen Eingängen. Hier wünsche ich

mir ein MSO in der DS4000-Klasse, da wir

hier im Augenblick keine Zuwächse verzeichnen,

eher Umsatz verlieren. Zusätzliche

Funktionen in Oszilloskopen wie beispielsweise

Generatoren oder Spektrumanalysatoren

sehe ich mittelfristig bei Rigol

nicht. Rigol bietet ja bereits einen zweikanaligen

Arb-Generator bis 20 MHz für 310

Euro an, den man extern triggern kann,

ihn zusätzlich zu integrieren macht also

wenig Sinn.

Wesentliche serielle Busanalyse-Anfragen

kommen aus dem Bereichen Universitäten

und Ausbildung. Dies ist auch die

Zielgruppe, wo wir in Europa die Möglichkeit

sehen, relativ schnell Fuß zu fassen. Es

ist um ein Vielfaches schwerer in einen Betrieb

rein zu kommen, der seit Jahrzehnten

bei etablierten Herstellern kauft.

Für die Protokollanalyse bieten wir auch

CAN- und Flexray-Decodierung an. Bemerkenswert

ebenfalls die Speichertiefe

der 4000er- und 6000er-Geräte. Wir können

dort so etwa 140 Mio. Punkte ablegen

(Best in Class!). Wichtig für komplexere

Signale mit größeren Datenmengen. Die

arbiträren Generatoren, speziell die

5000er-Serie, haben einen großen Speicher

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Märkte + Technologien

Top 25 wachsen

um 21,8 Prozent

Führende Anbieter von Technologie-

Beratung und Engineering Services

in Deutschland

Die hohe Nachfrage in der Automobilindustrie hat sich

im Geschäftsjahr 2011 als starker Motor für das

Wachstum im Markt für Technologie-Beratung und

Engineering-Services in Deutschland gezeigt. Durchschnittlich

konnten die Top 25 ihre Inlandsumsätze um

21,8 Prozent gegenüber dem Vorjahr steigern.

Bild: lassedesignen - Fotolia.com

16 elektronik industrie 08-09 / 2012

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Führende Anbieter von Technologie-Beratung und Engineering Services in Deutschland 2011

Unternehmen Umsatz in Mitarbeiterzahl Gesamtumsatz

Deutschland in Deutschland in Mio. Euro 7)

in Mio. Euro

2011 2010 2011 2010 2011 2010

1 Bertrandt AG, Ehningen *) 508,2 388,9 6.600 5.300 576,2 428,8

2 IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr, Berlin 404,7 311,3 3.926 3.100 456,4 368,0

3 EDAG GmbH & Co. KGaA, Fulda 1) 376,0 322,0 4.342 4.298 423,0 362,0

3 Ferchau Engineering GmbH, Gummersbach *) 376,0 287,4 4.000 3.470 380,0 292,7

5 MBtech Group GmbH & Co. KGaA, Sindelfingen 340,0 250,0 2.600 2.100 390,0 300,0

6 ESG Elektroniksystem- und Logistik GmbH, Fürstenfeldbruck 228,0 223,0 1.175 1.120 240,0 235,0

7 Brunel GmbH, Bremen 150,3 109,9 2.150 1.800

8 Randstad Professionals GmbH & Co. KG, Köln *) 2) 3) 145,0 130,0 2.450 2.200

9 Euro Engineering AG, Ulm 4) 140,0 120,7 2.120 2.000 140,0 120,7

9 IndustrieHansa Consulting & Engineering GmbH, München 5) 140,0 64,0 1.800 840 142,0 66,0

11 Tieto Deutschland GmbH, Eschborn *) 136,0 146,0 925 1.078

12 P3 Ingenieurgesellschaft mbH, Aachen *) 132,0 120,6 700 645 155,0 141,1

13 MVI Group GmbH, München *) 130,0 120,0 1.300 1.200 155,0 140,0

14 Rücker AG, Wiesbaden 114,4 94,2 1.419 1.346 175,9 151,8

15 IABG Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH, Ottobrunn 6) 113,0 175,0 1.031 1.049 133,0 205,0

16 Satyam Computer Services Ltd, Wiesbaden *) 110,0 100,0 330 315

17 Assystem Deutschland Holding GmbH, Hamburg 107,3 106,2 1.127 1.139

18 Altran GmbH & Co. KG, Frankfurt am Main 100,0 94,0 950 850

19 FEV GmbH, Aachen 91,0 57,0 1.060 1.002 230,0 200,0

20 Semcon Holding GmbH & Co. KG, München 90,1 70,7 954 827

21 Alten GmbH, Coburg 77,0 59,7 900 775

22 RLE International Gruppe, Overath 74,4 72,3 800 600 93,0 85,0

23 ETAS GmbH, Stuttgart 61,3 45,9 432 412 155,7 121,6

24 Gigatronik Gruppe, Stuttgart 52,1 44,3 555 475 52,4 44,3

25 Labinal GmbH, Hamburg *) 42,4 32,7 348 319

Bild: Lünendonk

*) Umsatz- und/oder Mitarbeiterzahlen teilweise geschätzt. 1) In den Geschäftszahlen der EDAG GmbH & Co. KGaA ist rückwirkend für 2010 der Umsatz des

Schwesterunternehmens FFT EDAG Produktionssysteme GmbH & Co. KG nicht enthalten. 2) Ohne die Umsätze der in 11/2011 an Segula IndustrieHansa veräußerten

Aerospace-Geschäftseinheiten. 3) Seit 1.4.2012 firmiert Yacht Teccon unter Randstad Professionals. 4) Einschließlich der Umsätze der Encad Ingenieurgesellschaft mbH. 5)

Übernahme der Aerospace-Geschäftseinheiten von Yacht-Teccon durch das Joint-Venture Segula IndustrieHansa. 6) Die Umsätze der IABG im Geschäftsjahr 2010 enthalten

Sondereffekte. 7) Nur Unternehmen mit Hauptsitz bzw. der Mehrheit ihres Grund- und Stammkapitals in Deutschland

Aufnahmekriterium: Über 50 Prozent des Umsatzes werden mit Technologie-Beratung und Engineering-

Services erwirtschaftet. Die Rangfolge basiert auf kontrollierten Selbstauskünften und Schätzungen von

Lünendonk über in beziehungsweise von Deutschland aus bilanzierte/erwirtschaftete Umsätze.

Diese positive Tendenz zeigt die aktuelle

Lünendonk-Liste 2012

"Führende Anbieter von Technologie-Beratung

und Engineering

Services in Deutschland". Rechnet man das

Unternehmen IndustrieHansa, das seinen

Umsatz unter anderem durch Übernahmen

auf 140 Millionen Euro mehr als verdoppeln

konnte, als Ausreißer heraus, ergibt

sich für die 25 führenden Anbieter ein

durchschnittliches Umsatzwachstum von

17,7 Prozent. Der Gesamtmarkt für Technologie-Beratung

und Engineering Services

in Deutschland ist nach Schätzungen

von Lündendonk, Kaufbeuren, im Jahr

2011 um 14,7 Prozent auf 7,8 Milliarden

Euro gewachsen. Die Top 25 erzielten 2011

einen Inlandsumsatz von 4,2 Milliarden

Euro. Im Jahr 2010 lag der Inlandsumsatz

bei 3,5 Milliarden Euro.

Für das laufende Geschäftsjahr 2012 planen

die für die Studie befragten Anbieter

aufgrund der unsicheren konjunkturellen

Aussichten etwas konservativer und rechnen

mit einem Marktwachstum von durchschnittlich

8,4 Prozent. Für das eigene Unternehmen

sind die Anbieter etwas optimistischer

– sie erwarten für 2012 ein Umsatzwachstum

von durchschnittlich 11,6

Prozent.

Positive Erwartungen

Diese positiven Erwartungen resultieren

vor allem aus dem Geschäft mit Kunden

aus der Automobilindustrie, die immer

größere Auftragspakete an externe Technologieberatungs-

und Engineering-Service-

Unternehmen vergeben. Zudem sorgen bei

den Herstellern und Zulieferern der Mangel

an eigenem Personal sowie der Zeitund

Kostendruck für eine zusätzliche

Nachfrage. Nach Informationen des Verbandes

der Automobilindustrie (VDA)

steigerten die Automobilhersteller und die

Zulieferer ihre internen Investitionen in

den Bereichen Forschung und Entwicklung

im Jahr 2011 um 6,4 Prozent auf 15,8 Milliarden

Euro.

Die detaillierte Lünendonk-Studie 2012

„Führende Anbieter von Technologie-Beratung

und Engineering Services in

Deutschland" kann ab August bei Lünendonk

zu einem Preis von 1600 Euro erworben

werden. (ah)

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Messung von Funkstörungen

Tipps zum Einsatz von Spektrumanalysatoren

Der Bericht legt den Schwerpunkt auf vier essenzielle Aspekte und die damit verbundenen Hard- und Softwareoptionen

der Anritsu-Spektrumanalysatoren: Identifikation von Störsignalen und Interferenzen, Identifikation von

unbekannten Signalen, Ortung von Störsignalen und Interferenzen, Messung der C/I-Ratio (Signal-Interferenz-

Verhältnis).

Autor: Cyril Noger

Bild 1: Messung im Spektrogramm-Modus.

Die Mittenfrequenz eines überlagernden Störsignals ist der

wichtigste Parameter, den es zu bestimmen gilt, wenn

man seinen Ursprung identifizieren möchte. Das Störsignal,

das den Empfang einer Übertragung stört, kann innerhalb

oder außerhalb des Bandes liegen welches das Signal selbst

beinhaltet. Es breitet sich über die Antenne zum Empfänger aus.

Da der Empfänger Frequenzen abseits der Nutzfrequenz nicht

empfangen kann, sollte bei der Überwachung statt des Empfängers

ein Spektrumanalysator verwendet werden. Der Spektrumanalysator

„sieht" über die Antenne des Übertragungssystems auch die

abseits liegenden Frequenzbänder, wodurch Rückschlüsse auf

mögliche Störparameter, deren Pegel und Einfallsrichtung möglich

sind. Durch die Analyse des Frequenzspektrums kann eine Reihe

von essenziellen Parametern ermittelt werden.

■■

Störungen und Interferenzen können aus einer Vielzahl unterschiedlicher

Quellen stammen:

■■

Versteckte Sender,

■■

unlizensierte Aussendungen zugewiesener Frequenzbändern,

■■

Aussendungen, die sich in der Nähe der Trägerfrequenz des

Nutzsignals befinden und somit in der Nutzbandbreite liegen,

■■

elektronische Störmaßnahmen zur Unterbrechung und Störung

von Nutzsignalen,

■■

unbeabsichtigte Aussendungen.

In all diesen Fällen ist der erste Schritt die Detektion der unerwünschten

Signale. Man hat zwar Kenntnisse über das Signal, die

größte Herausforderung ist jedoch die Lokalisierung der Quelle.

Mit den Anritsu-Spektrumanalysatoren werden vielfältige Softwareoptionen

geboten. Eine der wichtigsten gerätetechnischen Vo-

Bild 2: Die 3D-Spektrogrammsanzeige macht Störungen

leichter erkennbar.

raussetzungen für die Detektion von Stör- und Interferenzausstrahlungen

ist:

■■

eine hohe Empfindlichkeit, um Aussendungen mit kleinen Pegeln

selbst noch im Rauschen zu identifizieren,

■■

ein hoher Dynamikbereich, um unmittelbar nebeneinander liegende

hohe und kleine Pegel verzerrungsfrei darzustellen und

■■

ein geringes Phasenrauschen des Lokaloszillators zur Trennung

beziehungsweise Auflösung unmittelbar nebeneinander liegender

spektraler Komponenten.

Neben diesen Grundvoraussetzungen für die Spektralanalyse bieten

die Anritsu-Analysatoren eine optimierte Betriebsart für die

Identifikation von bekannten, unbekannten, permanenten oder

zufälligen Signalen. Diese bietet folgende Messmöglichkeiten:

■■

Spektrogramm (Wasserfalldarstellung),

■■

Received Signal Strength Indicator (RSSI), das heißt Messung

des Signalpegels über der Zeit im Zero-Span-Betrieb auf einer

fest eingestellten Frequenz,

■■

Feldstärkemessung (Momentanwertanzeige) im Zero-Span-

Betrieb auf einer fest eingestellten Frequenz und akustische

Überwachung des demodulierten Signals,

■■

Signalidentifikation im Hinblick auf Mittenfrequenz, Bandbreite,

Kanalnummer, SNR und Modulationsart (FM, CDMA,

GSM, WCDMA, WLAN).

Mit der Wasserfalldarstellung können Störaussendungen von intermittierenden

Signalen einfach analysiert werden. Teile des

Spektrums oder der gesamte Frequenzbereich des Gerätes können

bis zu maximal 72 Stunden in definierten Zeitintervallen aufgezeichnet

und die Messdaten abgespeichert werden. Die Analyse

18 elektronik industrie 08-09/2012

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Wireless

Bild 3:

Identifikation im

Scanmodus.

Bild 4:

Identifikation im

Frequenzmodus.

der Daten kann einfach mit kostenlos verfügbaren Anritsu-Master-Software-Tools durchgeführt

werden. Die zwei- oder dreidimensionale Darstellung bietet vielfältige Messmöglichkeiten

im Zeit- und Frequenzbereich. Sie können die Messdaten in Echtzeit wiedergeben.

Die Pegel des Spektrogramm können individuell über eine Farbeditors angepasst

werden. Eine einmal definierte Farbpalette kann gespeichert und wiederverwendet werden.

Mit der Zoomfunktion kann in das Signalgeschehen hineingezoomt werden (Bild 1).

Das in Bild 2 gezeigte 3D-Spektrogramm macht Störungen auf einen Blick erkennbar.

Die Stärke der 3D-Spektrogrammsanzeige ist seine Anpassbarkeit: Rotation der Darstellung

auf allen drei Achsen, Min/Max-Marker zur Identifikation von Spitzenwerten in den

Spuren, sowie Spektrogrammzoom für eine Nahaufnahme der Details.

Auf einen Blick

Einhalten der zugewiesenen Bandbreite

und Sendeleistung prüfen

Eine Vielzahl von Radiofrequenzen wird von den tagtäglichen, drahtlosen Kommunikationssystemen

und anderen elektronischen Anwendungen erzeugt, die häufi g im selben Frequenzband

nebeneinander arbeiten. Bedingt durch diese Koexistenz können Interferenzen generiert werden,

die den Betrieb der einzelnen Systeme und deren Funkabdeckung negativ beeinfl ussen

können. Es ist demnach sehr wichtig über die „spektrale Reinheit“ der Umwelt und die Übertragungsqualität

im Funkkanal nachzudenken, um Erkenntnisse über die beteiligten Störfaktoren

und deren Einfl üsse zu gewinnen. Das Ziel ist dabei die Überwachung der spektralen Nutzung

und das Einhalten der vorgegebenen Sendeleistung für die Aufrechterhaltung einer hohen Übertragungsqualität

im Funkkanal.

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Wireless

Bild 5a: Anritsu Richtantenne

885 – 975 MHz, 12,3 dBi.

Bild 5b: Charakteristik

der Richtantenne.

Bild 6: C/I-Verhältnis direkt auf dem Analyse-Bildschirm.

Bilder: Anritsu

Die Signal-ID-Funktion ist Bestandteil des Interference Analyzer

Modus (Bild 3 und Bild 4). Sie stellt in Listenform die identifizierten

Signale hinsichtlich Mittenfrequenz, Bandbreite, Kanalnummer,

SNR und Modulationsart (FM, CDMA, GSM, WCD-

MA, WLAN) im Bereich der gesetzten Start- und Stopp-Frequenz

dar. Daneben können mit einer Cursorfunktion (rot gepunktete

Linie) einzelne Frequenzbereiche analysiert werden. Erkennt das

Gerät den Signaltypen, erscheint ein blauer Balken zur Identifizierung

des durch das Messsignal belegten Bereiches.

Ortung von Störsignalen und Interferenzen

Die Ortung von Störsignalen ist mit der Anritsu Interference Analyzer

Option 25 in Verbindung mit der GPS-Empfänger Option 31

einfach. Man schließt eine Richtantenne an das Gerät an und peilt

auf der in das Gerät hochgeladenen georeferenzierten Karte den

vermuteten Senderstandort. Die akustische Überwachung des zu

peilenden Signals mit der Feldstärkemessoption ermöglicht es einfach

und schnell die Einfallsrichtung zu ermitteln. Durch Drehen

des Einstellknopfes am Gerät bewegt man den Peilstrahl in die zuvor

festgestellte Richtung und übernimmt die Messwerte durch

Abschluss der Messung. Dann wiederholt man diese Messung von

zwei oder drei verschiedenen Standorten (verschiedene Winkel)

um die ungefähre geographische Position zu triangulieren.

Die Qualität von Übertragungssystemen nach dem WLAN

802.11-Standard oder den GSM- beziehungsweise CDMA-Mobilfunkstandards

und deren Robustheit hängt letztendlich vom Verhältnis

Signalpegel (C) zu Interferenz (I) ab, dem so genannten

C/I-Ratio. Es ist daher wichtig im Funkfeld C/I-Abschätzungen

vornehmen zu können. Das Ergebnis ermöglicht eine Aussage, ob

das Übertragungssystem unter den jeweiligen Vor-Ort-Bedingungen

erfolgreich arbeiten kann. Bei der C/I-Messung wird zuerst der

Pegel des modulierten Signals gemessen, dann das Signal ausgeschaltet,

um nun den Summenpegel von Interferenz und Rauschen

messen zu können. Im Anschluss kann das C/I-Verhältnis direkt

auf dem Analyse-Bildschirm angezeigt werden (Bild 6).

Überwachung und Kontrolle möglicher Interferenz

Mit einer optionalen Scanner-Betriebsart können zuvor definierte

Frequenzkanäle in Form einer Balkengrafik oder im Listenformat

überwacht werden. Maximal 20 Kanäle lassen sich darstellen. Mit

der Script Scanmaster Software lassen sich maximal 1200 Kanäle

überwachen. Die zu überwachenden Frequenzen können ein kontinuierliches

Spektrum abdecken oder beliebig angeordnet sein.

Das folgende Beispiel zeigt die Frequenzsituation mit neun lokalen

Sendestationen an einem realen Flughafenstandort:

■■

Rundfunksender auf 106,50 MHz, Bandbreite 80 kHz, FM,

■■

ERMES Paging-Sender auf 169,50 MHz, Bandbreite 25 kHz,

4-PAM/FM,

■■

drei Mobilfunksektoren: GSM 1800 auf 1805,2 MHz (Kanal

512), Bandbreite 200 kHz, 8-PSK; AMP/EIA auf 885,75 MHz

(Kanal 553), Bandbreite 30 kHz, FM; PCS 1900 auf 1932,5 MHz

(Kanal 50), Bandbreite 200 kHz, GMSK,

■■

Amateurfunk-Repeater 147,36 MHz, Bandbreite 12,5 kHz, FM,

■■

Amateurfunk-Packet Radio Repeater auf 485,5625 MHz, Bandbreite

20 kHz, FSK,

■■

Land Mobile Radio (LMR) BTS auf 451,7875 MHz, Bandbreite

12,5 kHz, C4FM,

■■

Flight-Information-System auf 121,4 MHz, Bandbreite 25 kHz,

AM (A3E).

Zur Überwachung und Kontrolle möglicher Interferenzen kann

mit der Option 27 für jeden Sender beziehungsweise den aus dem

Frequenzgemisch resultierenden Intermodulationsprodukten ein

„Überwachungskanal" definiert werden. Einmal abgespeichert

kann ein Setup jederzeit einfach wieder geladen werden. Praktische

Erfahrung im Umgang mit Hochfrequenzmessmittel reicht

nicht aus, um im schwierigen Signalumfeld zu verwertbaren Resultaten

zu kommen. Wichtigen Parametern muss die gleiche Aufmerksamkeit

gewidmet werden:

■■

genügend hohe Kanalleistung und Signal-Rausch-Verhältnis

(C/I) größer 10 dB, das heißt keine Messung direkt am Rauschpegel,

■■

belegte Bandbreite,

■■

Modulationsart (oder Spektrum),

■■

Auflöse- und Videobandbreite, passen Sie diese Parameter an

Ihr Signal an,

■■

verwendeter Detektionstyp (Average, Peak oder RMS),

■■

Identifizieren der Harmonischen und möglicher Intermodulationsprodukte,

■■

analoge Demodulation, „reinhören" um festzustellen, um was

es sich handeln könnte,

■■

Nutzung der Demodulationsmöglichkeiten bei bekannten

Standards (GSM, UMTS, WiMAX und so weiter) und deren inhärente

Qualitätsparameter für die Signalbeurteilung. (jj) n

Der Autor: Cyril Noger ist RF & Wireless Products Support Ingenieur

bei Anritsu.

20 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


RF- und Mikrowellen-

Messtechnik neu definiert

Modulare Hardware und offene Software

Erhöhen Sie Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität Ihrer Testanwendungen

im RF- und Mikrowellenbereich mit der modularen Hardware und der offenen

Software von National Instruments. Im Gegensatz zu traditionellen Messgeräten,

die aufgrund des technologischen Fortschritts schnell veraltet sind, setzen Sie

mit der Systemdesignsoftware NI LabVIEW und NI-PXI-Hardware die aktuellsten

Technologien bei PC-Bussen, Prozessoren und FPGAs ein.

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National Instruments unterstützt zahlreiche

Wireless-Standards, darunter:

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WCDMA/HSPA/HSPA+

GSM/EDGE

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© 2012 | National Instruments, NI, ni.com und LabVIEW sind Marken der National Instruments Corporation.


Wireless

Bild: spaxiax - Fotolia.com

22 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Wireless

locate, communicate, accelerate

Berührungslose

EKG-Überwachung

Bluetooth-Interface

überträgt gewonnene Daten

Der EPIC (Electric Potential Integrated Circuit) von

Plessey Semiconductor ist ein extrem hochohmiger

Sensor, der das elektrische Feld in der Umgebung mit

sehr geringer Verfälschung misst. Der Beitrag macht

mit einer Applikation bekannt, die durch die Variabilitätsanalyse

der Herzfrequenz den Rückschluss auf

die Aufmerksamkeit und die Kondition des Fahrers

ermöglicht.

Autoren: Shrijit Mukherjee, Robert Breakspear

und Sean D. Connor

Aktuelle Entwicklungen führten zu einer zuverlässigen

Technik, die das EKG-Signal durch die Kleidung hindurch

misst, wobei die Aufnahmesensoren im Fahrersitz

integriert sind. Ein Bluetooth-Interface überträgt die gewonnen

Daten auf ein Aufzeichnungssystem, ein Mobiltelefon

oder ein Tablett. Der jeweilige Empfänger kann die Daten entweder

selbst in Echtzeit überwachen oder mittels Mobilfunk- oder

Cloud- Computing-Netzwerken zur Analyse senden.

Man betrachtet den EPIC-Sensor dabei als nahezu perfektes

Voltmeter, das so gut wie keine Belastung für das zu messende Signal

darstellt (Bild 1). Die Sensorelektrode benötigt keinen ohmschen

Kontakt mit dem Körper des Probanden, wodurch der Systemaufbau

von Haus aus elektrisch isoliert ist. Die EPIC-Produktfamilie

besteht aus Sensoren mit Bandbreiten im Bereich von etwa

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CDMA-Modulen

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Wireless

Bild 1 (links): Schaltbild eines typischen EPIC-Sensors.

Bild 4: Ein

Bluetooth-Modul

zur drahtlosen

Übertragung der

Sensordaten.

Bild 2 (oben): Schaltbild eines EKG-Überwachungssystems

mit USB-Schnittstelle und passender

Signalumsetzung und -Verarbeitung.

alle Bilder: Plessey Semiconductors

Bild 3a (links): Die Sensoren mit der Signalbearbeitung, Datenerfassung und Anzeige. Bild 3b (mitte): Ein vom System aufgenommenes EKG-Signal

während des Fahrbetriebes. Bild 3c (rechts): Die Sensoren, montiert an der Rückenlehne des Fahrersitzes.

0,01 Hz bis 100 kHz, die entweder bereits während der applikationsspezifischen

Entwicklungsphase oder durch die Auswahl von

externen Komponenten erzielt werden. Das AC-Verhalten der

EPIC-Sensoren macht diese unabhängig von statischen elektrischen

Feldern wie zum Beispiel auch dem Feld der Erde, womit ein

stabiler Betrieb über den ganzen Frequenzbereich erreicht wird.

Bei der Messung von Herzsignalen verursacht die elektrische

Aktivität des menschlichen Herzens ein genau definiertes EKG-

Signal, das von passenden kapazitiv gekoppelten Sensoren erfasst

werden kann. Ein Testaufbau für berührungslose EKG-Messungen,

bestehend aus einem Paar differenzieller Sensoren und einer

Zusatzbeschaltung, wurde realisiert, um zusammen mit einem örtlichen

Herzüberwachungsmonitor die Herzfrequenz des Fahrers

während der Fahrt zu überwachen. Ein Bluetooth-Interface überträgt

die Sensordaten per Funk an ein Mobilgerät. Solch eine Konfiguration

ist in der Lage, EKG-Daten zur Analyse der Herzfrequenzänderung

aufzunehmen, um durch wichtige psychologische

und physiologische Daten auf die Aufmerksamkeit und die Kondition

des Fahrers schließen zu können.

Auf einen Blick

Kontaktlose EKG-Messung

Electric Potential ICs oder kurz EPIC-Sensoren eignen sich für Applikationen,

die die Änderung des umgebenden elektrischen Feldes erfassen.

Eine der EPIC-Applikationen betrachtet die kontaktlose EKG-

Messung eines Fahrzeuglenkers in Verbindung mit einer Funkanbindung,

wodurch die stetige Überwachung seines

Gesundheitszustandes gegeben ist.

infoDIREKT www.all-electronics.de

507ei0912

EKG-Messsysteme

EKG-Messungen benötigen in der Regel ein Paar von EPIC-Sensoren.

Die Elektroden haben einen dielektrischen Überzug, der den

Körper des Probanden vom Sensor isoliert und eine kapazitive

Kopplung darstellt, die den bisher verwendeten ohmschen Kontakt

überflüssig macht. Die Sensoren funktionieren durch mehrere Lagen

von Kleidungsstücken hindurch und überbrücken auch einen

kleinen Luftspalt.

Die Elektronik des Überwachungsmonitors verarbeitet das Differenzialsignal,

das mehrfach verstärkt durch ein 50/60-Hz-Filter

läuft, um die Netzbrummspannung aus der Umgebung zu eliminieren

(Bild 2). Ein Mikrocontroller mit AD-Wandler-Eingang

digitalisiert das analoge Signal und filtert anschließend den resultierenden

Datenstrom. Derzeit hat das EKG-System sowohl ein

USB- als auch ein Bluetooth-Interface um eine lokale oder eine

abgesetzte Datenanalyse zu ermöglichen. Bild 3 zeigt Bilder mit

dem Fahrer, den Sensoren und dem Datenerfassungssystem in einem

Kfz.

Die Driven-Right-Leg-Methode DRL

Bewegung, Artifakte und Umgebungsrauschen beeinflussen sehr

stark die Qualität des Signals. Während der Fahrt verursacht der

Fahrer durch Änderung seiner Sitzposition laufend Bewegungsartifakte.

Das Sensorsystem ist um eine DRL (Driven Right Leg)-

Zusatzschaltung ergänzt um dieses Problem zu adressieren.

Bei der DRL-Methode wird das Störsignal dem Probanden wieder

phasenverschoben zugeführt, was einer Störsignal-Nullungstechnik

entspricht. Dieses System verwendet ein leitfähiges Gewebe

am Lenkrad und auf dem Fahrersitz, dem dieses Signal zugeführt

und am Fahrzeuglenker kapazitiv eingekoppelt wird. Diese

Maßnahme verringert den dynamischen Bereich, was sowohl die

Bewegungsartifakte minimiert, als auch den Sensor nicht in die

Sättigung treibt. Die Bluetooth-Schnittstelle für die EPIC-EKG-

Sensoren ist ein batteriegespeistes Zusatzgerät mit differentiellen

Sensor-Eingängen, einem 14-Bit-AD-Wandler, einem breitbandigen

Bluetooth-2.1-Modul mit integrierter Antenne und Protokoll

Stack, geräteseitiger Filterung sowie Verstärkerblöcken (Bild 4).

Das drahtlose EKG-Überwachungssystem für die örtliche Fahrerkontrolle

mittels neuartiger EPIC-Sensoren ermöglicht berührungslose

EKG-Messungen und macht gleichzeitige die bisher verwendeten

Ag-AgCl-Elektroden überflüssig. Als nächster Schritt ist

bereits die Integration des Bluetooth-Moduls mit den Sensoren in

Arbeit. (jj)


Die Autoren: Shrijit Mukherjee, Robert Breakspear und Sean D. Connor sind

Mitarbeiter von Plessey Semiconductors .

24 elektronik industrie 08-09 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Wireless

Bild: Atlantik Elektronik

Wi-Fi-USB-Modul für industriellen Temperaturbereich

Bis zu 150 Mbit/s Datenrate

Mit dem 802.11b/g/n Wi-Fi-USB-

Modul Wuba-171-GN von

Sparklan präsentiert Atlantik Elektronik

ein Bauteil, das auf dem

AR9271-Chipsatz von Atheros

aufbaut. Mit seiner integrierten

1T1R-Technologie sind Datenraten

von bis zu 150 Mbit/s möglich.

Durch einen 5-Pin-USB-Header

kann es in Geräte mit USB-

Schnittstelle leicht integriert werden.

Einsetzbar ist das Modul fast

im gesamten industriellen Temperaturbereich

(-30 bis +75 °C), wodurch

es sich sehr gut eignet für

Anwendungen, mit großen Anforderungen

an die Hardware. Verschlüsselungstechniken

wie WPA

/ WPA2 werden vom Wi-Fi-USB-

Modul unterstützt. Es kann in Systemen

mit MS Windows (XP, Vista,

7) oder Linux eingesetzt werden.

infoDIREKT

637ei0912

Mobilfunk

Wir halten die Fahne hoch!

20 Jahre Innovationen

Bild: Silicon Laboratories

Mini-PCI-Express-Card

Auf Basis von Intel-Technologie

Das neue Modul HE910 mit Mini-

PCIe-Adapter von Telit Wireless

Solutions bietet M2M-Connectivity

für Embedded-PCs in industriellen

Anwendungen. Die Adapterkarte

bietet sichere 3G-Mobilfunkverbindungen

für die Daten-,

Sprach- und Video-Kommunikation.

Konzipiert ist diese Lösung für

Embedded-PCs, die in industriellen

Anwendungen zum Einsatz

kommen und bei denen eine permanente

drahtlose Datenverbindung

und -überwachung erforderlich

ist. Dazu gehören beispielsweise

Geldausgabeautomaten,

Verkaufsautomaten, digitale Informationssysteme

oder Lösungen in

Silicon Laboratories stellt zwei

EZRadio-Wireless-ICs der nächsten

Generation vor, mit denen

eine leistungsfähige Wireless-

Datenanbindung in Embedded-

Anwendungen hinzugefügt werden

kann. Die EZRadio-Transceiver

und -Empfänger eignen sich

für Wireless-Anwendungen wie

Fernbedienungen, Haus- und

den Bereichen Fernüberwachung

von Geräten oder Flottenmanagement.

Ausgestattet ist sie mit einem

Plug-and-Play-Kartenslot

und einem 52-Pin-Card-Edge-

Connector.

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639ei0912

Wireless Embedded Design

Transceiver und Empfänger einfach einsetzbar

Gebäudeautomatisierung, Sicherheit

und Beleuchtungssteuerung,

Wire-less-Sensornetzwerke

etc. Die Si4x55-Bausteine

decken die Frequenzbänder 283

bis 350, 425 bis 525 und 850 bis

960 MHz ab und bieten +13 dBm

Ausgangsleistung sowie -116

dBm Empfindlichkeit. Eine Outof-Band-Performance

von -56

dB Selektivität und -61 dB Blocking

bei 1 MHz Offset erleichtert

die Einhaltung von Standards

und ermöglicht den Betrieb in

störungsbehafteten Umgebungen

ohne zusätzliche Filter.

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Bild: Telit Wireless Solutions

640ei0912

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Wireless

Bild 1: Im nur 1,0 mm

x 1,5 mm großen

Gehäuse SON8 sind

die digital einstellbaren

Kondensatoren

AZT 70 und AZT 71

von Arizona Microtek

untergebracht.

Bilder: Arizona Microtek

Bernstein oder Bits und Bytes?

Digital einstellbare Kondensatoren

Arizona Microtek hat digital einstellbare Kondensatoren entwickelt, beispielsweise zum Abgleich auf eine bestimmte

Mittenfrequenz von Oszillatoren. Die Kommunikation mit den Bausteinen AZT 70 und AZT 71 erfolgt beim Abgleich

über einen seriellen Datenstrom in einem dafür vorgesehenen Programmiermodus. Autor: Klaus Vogel

Digitale Potentiometer sind bereits in unterschiedlichen

Ausführungen auf dem Markt ..., so begann der Autor als

Applikationsingenieur beim E²-Pionier Xicor an gleicher

Stelle vor 20 Jahren einen Artikel über eine neue Bauteilefamilie

von Potentiometern. Bereits in der damaligen Zeit hatte

der eine oder andere die Idee, dass es eigentlich sinnvoll wäre, dem

digital einstellbaren Widerstand sein kapazitives Pendant beizustellen,

um dem Bernsteinschraubendreher den Rücken zu kehren.

Warum damals nichts daraus wurde, ist nicht überliefert.

Da ein wichtiger Vorteil für digital einstellbare Komponenten

im automatischen Abgleich im Endgerätetest liegt, gilt das nicht

nur für Widerstände, sondern auch für kapazitive Trimmer. Das

wird unter großem finanziellem Investitionseinsatz mittels Laserabgleich

durchgeführt – welche Parallele zum Widerstand in früheren

Zeiten.

Dass dieses Unterfangen nun auch mit einem digital einstellbaren

Trimmer möglich ist, soll anhand eines neuen integrierten

Bausteins des US-Herstellers Arizona Microtek (AZM) aufgezeigt

werden. Der Spezialist für digitale ECL-Technologie, Standard-ICs

für Oszillatoren und kundenspezifische ASICs tritt mit den beiden

Bausteinen AZT 70 und AZT 71 an, die sich nur in den Kapazitätswerten

unterscheiden.

Bild 2 (links):

Blockdiagramm des

digital einstellbaren

Kondensators

AZT 70.

Bild 3 (rechts):

Der Kondensator

AZT 70 im

Programmiermodus.

26 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Wireless

Der AZT 70/71 stellt einen digital einstellbaren Kondensator,

speziell zum Abgleich auf eine bestimmte Mittenfrequenz von

Quarzoszillatoren oder SAW basierten Oszillatoren, dar. Die Kommunikation

mit dem Baustein beim Abgleich erfolgt über einen

seriellen Datenstrom in einem dafür vorgesehenen Programmiermodus.

Hauptzielsetzung bei der Entwicklung war es, den Herstellern

entsprechender Produkte ein Arbeitszeit und Kosten einsparendes

Bauteil zu bieten.

Basierend auf nichtflüchtiger Speichertechnologie (E²PROM)

wird der eingestellte Kapazitätswert erhalten, könnte aber auch zu

jedem Zeitpunkt in der Schaltung geändert werden, wobei die Zahl

der minimal möglichen Änderungen vom so genannten Endurance-Wert

abhängt. Zu den Hauptmerkmalen zählen:

■■

Einstellbereich 2,8 bis 14,55 pF (AZT 70) oder 6,6 bis 37,55 pF

(AZT 71),

■■

kleinste Schrittweite 0,063 pF,

■■

reprogrammierbar durch E²-Technologie,

■■

größere Kapazitätswerte sind durch Parallelschaltung möglich,

■■

geringer Stromverbrauch,

■■

Versorgungsspannungsbereich von 2,5 V bis 5,5 V,

■■

Gehäuse SON8, 1,0 mm x 1,5 mm, RoHS compliant / bleifrei.

Bild 2 zeigt den funktionellen Aufbau des digital einstellbaren

Kondensators AZT 70. Mit der Kapazität C F

ist der kleinste Wert

vorgegeben. Dieser Kapazität werden zwei Kapazitätsbänke von

unterschiedlicher Auflösung und Schrittweite parallel geschaltet,

wobei die beiden Werte C mid

und C lo

über ein serielles 11 Bit langes

Datenwort über ein Schieberegister konfiguriert werden.

Die AZT 70/71-Betriebsarten

Im Einsatz stehen die beiden Betriebsarten Programmiermodus

und Normalbetrieb zur Verfügung. Im Programmiermodus hat

der Boardhersteller Zugriff auf die Kapazitätseinstellung, um beispielsweise

auf die Mittenfrequenz eines Oszillators abzugleichen.

Dabei werden die Daten über ein Schieberegister in den Baustein

getaktet und danach in den nichtflüchtigen E²-Speicher geschrieben,

was in beiden Fällen über den Daten- (DA), Takt- (CLK) und

Programmierspannungseingang (PV), unter Zuhilfenahme eines

zusätzlich lieferbaren Programmierboards AZP70 erfolgt.

Der Hintergrund für die beiden Möglichkeiten liegt darin: zu-

Bild 4: Der

Kondensator AZT 70

im Betriebsmodus.

erst wird der finale Kapazitästwert zum Beispiel in einem iterativen

Abgleichprozess bestimmt. Anschließend wird dieser Wert ausgelesen

und danach in das E²PROM geschrieben. Diese Vorgehensweise

ist notwendig, da ein direkter Transfer vom Schieberegister

ins E²PROM nicht vorgesehen ist. Das hat den Vorteil, dass sonst

unnötige Schreibzyklen anfallen würden und das Schreiben ins

E²PROM außerdem vergleichsweise langsam vonstatten geht.

Im Normalbetrieb, nachdem der Baustein entsprechend programmiert

wurde, beziehungsweise noch die herstellerseitigen

Standardwerte enthält, sind diese drei Eingänge nicht beschaltet

und werden durch die internen Pull-down-Widerstände auf Masse

gezogen, wobei für den Betrieb nur die drei Anschüsse GND, V ss

und der Kapazitätsausgang X 1

benötigt werden (Bild 4).

Ausblick

Abgesehen vom Einsatz beim Abgleich von Oszillatoren wäre auch

ein Einsatz in abzugleichenden Filtern beziehungsweise Filterbänken

denkbar. Vor allem in mehrstufigen Filterbänken, bei denen

ein iteratives Vorgehen notwendig ist, wäre ein automatischer Abgleich

ein wünschenswerter Kosteneinsparfaktor.

Unbeachtet des weiten Versorgungspannungsbereichs wird zurzeit

an einer Erweiterung hinunter zu 1,8 V gearbeitet. (jj) n

infoDIREKT www.all-electronics.de500ei0912

Der Autor: Klaus Vogel ist Systems Application & Product Manager

Semiconductor Division bei der Acal BFi Germany GmbH in Gröbenzell bei

München.

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Internationale Fachmesse für Industrie und Gewerbe

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Bahnelektronik

Bild 1: Bahnbetreiber können mit

der On-Board-Lösung Media-4-Rail

von Siemens CMT beliebiges

Infotainment auf die mobilen

Endgeräte der Fahrgäste senden.

Bild: Siemens CMT

Bahnelektronik unter dem Funkturm

Die Inno Trans 2012 steht vor der Tür

Wer sich für Bahntechnik und speziell für Bahnelektrotechnik und -elektronik interessiert, hat sicher schon

lange den Termin 18. bis 21. September für die alle zwei Jahre in Berlin stattfindende Inno Trans im Kalender.

Die Präsentationsfläche auf dem Berliner Messegelände unter dem Funkturm ist komplett ausgebucht.

Damit ist erstmals auch die Halle 9 an den vier Messetagen voll belegt.

Autor: Hans Jaschinski

Neue Technologien und Innovationen sind die Basis für die

Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit der Bahnbranche

und gleichzeitig Motor für den effizienten, sicheren und

umweltfreundlichen Schienenverkehr von morgen.

Nachfolgend haben wir einige Highlights der Innotrans aufgeführt,

die bereits im Vorfeld bekannt wurden.

Optoelektronik und Displays

Mit der On-Board-Lösung Media-4-Rail von Siemens CMT können

Bahnbetreiber ihren Passagieren anspruchsvolles Infotainment

auf deren eigenen mobilen Endgeräten ermöglichen, wie

zum Beispiel Laptops, Handhelds, Handys oder Tablet-PCs (Bild

1). Dazu wird den Passagieren zahlreiche Dienste wie Music-on-

AD_RPP_RPR_420x80_DE_1208_Layout 1 8/10/2012 9:09 AM Page 1

Demand, Nachrichten-Updates, aktuelle Wettervorhersagen und

Echtzeit-Informationen über Zugverbindungen und Reiserouten

geboten.

Das Hauptaugenmerk der Edge LED Panels aus der Public Display-Serie

von Conrac, einer zur Data Modul gehörenden Firma,

liegt auf der verringerten Leistungsaufnahme sowie auf dem IP-

Schutzkonzept (Bild 2). Die IP54-geschützte Display-Einheit und

die Elektronik-Box, die die Ansteuer-Elektronik und das Netzteil

beinhaltet, wurden als separate Einheiten konstruiert. Die Elektronik-Box

wird mit einer speziellen Steckverbindung mit der Display-Einheit

verbunden. Dies ermöglicht einen schnellen und mühelosen

Austausch der Display-Elektronik, die in verschiedenen

Ausführungen verfügbar ist. Dieses Konzept vereint somit alle

NEU!

Der kleinste EN-zertifizierte DC/DC-Wandler für Bahntechnik, Luftfahrt und Industrie

Hitze, Kälte, Vibration? Alles kein Problem!

Die PowerlinePlus-Familie ist speziell

für den rauen Einsatz konzipiert, z.B.

in der Bahntechnik. Betriebstemperaturen

von -45°C bis +85°C sind

Standard, Schock und Vibration bis

10G ebenso. Je nach Wunsch ist das

Gehäuse flach oder mit Kühlrippen

bzw. Montageplatte ausgestattet.

Mit Eingangsspannungen bis 160V,

2:1 oder 4:1 Bereichen, Ausgangsspannungen

von 3.3V bis ±24V,

hohem Wirkungsgrad, Isolation bis

3kVDC, integriertem EMI-Filter und

einer MTBF von ca. 2 Mio. Std. setzen

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Bahnelektronik

Bild: Conrac

Bild 2: Die Edge

LED Panels der

Public Display-

Serie von Conrac

sind mit

Bilddiagonalen von

42 und 55 Zoll

verfügbar.

Bild: Moviken-SLE

Bild 3: Die Navibus-Bildschirme zeigen

zum Beispiel interaktive und mehrskalige

Liniendiagramme mit auf die Position

des Fahrzeuges abgestimmte Sequenzialisierung

der Bildschirmanzeige.

Bild: LPA Excil Electronics

Bild 4: Die Lumi-Matrix

ist in beliebiger Form

und Größe als einfache

gedruckte Leiterplatte

oder voller Leuchtträger

nutzbar.

Bild 5: Der Modular Power

Connector (MPC) von

Multi-Contact für Leistungsübertragung

im elektrischen

Antriebsstrang von

Schienenfahrzeugen.

Bild: Multi-Contact

Vorteile einer voll integrierten Lösung mit vereinfachtem Service

und der Flexibilität einer externen Lösung. Durch Aluminiumgehäuse

und Frontpanel aus Sicherheitsglas sind die Displays für den

Einsatz in öffentlichen Bereichen gerüstet. Die ersten Seriengeräte

werden mit Bilddiagonalen von 42 und 55 Zoll verfügbar sein, gefolgt

von einer 46-Zoll-Variante.

Moviken-SLE hat das eigenständige, im Fahrzeug zu integrierende

Fahrgastinformations- und Navigationssystem Navibus entwickelt

(Bild 3). Es bietet den Fahrgästen in Bus oder Bahn einen

oder mehrere hochauflösende/n TFT-Superbreitbildschirm/e. Zur

Ergänzung der visuellen Anzeige verfügt das System über Audiokanäle

mit separaten Kanälen für Durchsagen innerhalb und außerhalb

des Fahrzeuges.

LPA Excil Electronics wird sein Lumi-Matrix-Konzept zeigen

sowie einen Teil seiner LED-basierten Lumi-Serie zur Innenausstattung

von Schienenfahrzeugen (Bild 4). Bei dem neuen Konzept

ist eine Matrix aus individuellen Niedrigstrom-Chip-LEDs an einer

Rückwand befestigt. An der Vorderseite der LEDs befindet sich

konventionell ein Lichtstreuer aus Glas oder Polykarbonat. Die

Matrix lässt sich entsprechend konfigurieren, um sie an die Beleuchtungsintensität

von Leuchtstofflampen anzupassen.

Elektromechanik

Für die Leistungsübertragung im elektrischen Antriebsstrang von

Schienenfahrzeugen hat Multi-Contact seinen Modular Power

Connector (MPC) entwickelt (Bild 5). Er wird unter anderem zur

Kontaktierung von Transformator, Traktionsmotor, Umrichtern

und Batterien sowie zur Leistungsverbindung zwischen den Wagen

eingesetzt. Mit Nennwerten von 3600 V und bis zu 700 A eignet er

sich zudem für viele andere industrielle Hochstrom- und Hochspannungs-Anwendungen.

Der robuste Steckverbinder mit Schutzart

IP 66/IP 67 in gestecktem Zustand ist für anspruchsvolle Anwendungen

mit über 500 Steckzyklen ausgelegt. Für verschiedene

Kontaktdurchmesser und Kabelquerschnitte von 10 bis 240 mm²

stehen unterschiedliche Isolierkörper zur Verfügung, die alle kompatibel

sind. Bis zu 15 Module sind kombinierbar. Eine optionale

Kodierung verhindert Verpolung. Da der MPC für die raue Umgebung

von Bahnanwendungen entwickelt wurde, ist er unter anderem

vibrations- und schockgeprüft gemäß EN 61373 sowie korrosionsbeständig

(240 Stunden Salznebeltest) nach EN 60068-2-11.

Der Hersteller von halogenfreien Ethernet- und Gigabit-Ethernet-Leitungen

für die Bahntechnik, SAB Bröckskes, hat die Produktreihe

Sabix Rail um die Typen R 660 CAT 5e (2x2x22 AWG)

und R 691 CAT 6 (4x2x26 AWG) erweitert. Mit diesen CAT 5eund

CAT 6-Ethernet-Leitungen rundet die Firma ihr Produktportfolio

für die Schienenfahrzeugtechnik ab und kann damit zusätzliche

Bahnleitungen anbieten. Die Leitungen erfüllen die Brandschutznorm

DIN 5510.

Weitere Informationen und Fachartikel zum Thema Bahn haben

wir auf den folgenden Seiten bis Seite 57 für Sie zusammengestellt.

Der Autor: Hans Jaschinski ist Chefredakteur elektronik industrie

infoDIREKT www.all-electronics.de511ei0912

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Bahnelektronik

Funktechnologie in Zügen

Zügiger Datenaustausch

Immer mehr Bahnbetreiber setzen beim Nahverkehr auf die WLAN-Technologie als kosteneffektive Lösung.

Ausgereifte Kommunikationsprotokolle, intelligente Wireless-Router und Kosteneffektivität sind Treiber für

standardisierte Lösungen auf Basis von WLAN.

Autor: Beate Lorenzoni-Felber

Moderne WLAN-Netze im Nahverkehr ermöglichen

verschiedene Anwendungen und neue Geschäftsmodelle:

Zugriff der Passagiere auf das Internet, Austausch

von Betriebsdaten zwischen Zügen, Betriebszentrale

und Bahnhöfen, Überwachung per Voice/Video in den

Zügen bis hin zur Fahrgastinformation und Digital-Signage-Systemen

für Werbezwecke. Die dazu eingebundenen Geräte im Zug,

zum Beispiel der Ticketautomat, der neben Bargeld auch EC- oder

Kreditkarten akzeptiert, sind häufig untereinander über Ethernet

verbunden. Gesteuert wird der Datenverkehr über einen Mobile-

Router. Dieses Gerät organisiert sowohl die notwendige Verifikation

der Karten über einen Online-Datenabgleich mit der Zentrale,

als auch die kontinuierliche Übertragung von Betriebsdaten (zum

Beispiel Verfügbarkeit von Fahrscheinpapier, Wechselgeld). Das

erfordert eine ständige bidirektionale Verbindung, die über Mobilfunktechnologie

realisiert wird.

"Da die übermittelten Daten unmittelbar ausgewertet werden

müssen, ist eine Permanentverbindung zwischen dem Router und

der Auswertungszentrale erforderlich", so Jürgen Kern, Geschäftsführer

von Netmodule. „Um dabei die Kosten im Griff zu halten,

setzt man GPRS, UMTS und/oder LTE als Übertragungsprotokoll

ein. Alle Protokolle sind paketvermittelt, so dass lediglich die übertragenen

Pakete zu bezahlen sind."

Das Herzstück eines WLAN-Netzes im Zug ist ebenfalls der

Mobile-Router, dazu kommen abgesetzte Access-Points. Die Besonderheit

bei Zügen sind die verschiedenen, frei zusammenstellbaren

Waggonkombinationen, etwa ein verkürzter Zug, eine vordere

Hälfte und eine hintere Hälfte, beziehungsweise werden die

Bei Anwendugen in der Bahnindustrie

gehören mechanische Beanspruchung,

Feuchtigkeit, Kondenswasser sowie

Schmutz zum Alltag.

30 elektronik industrie 08-09/2012

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Hälften vertauscht. Darum benötigt man

jeweils einen mobilen Router im vorderen

und im hinteren Teil, von dem aus die Anbindung

der Access Points erfolgt. Er

stimmt sich automatisch auf Positionsänderungen

und Ergänzung eines Waggons

ab. Je nach gewünschter Signalstärke werden

pro Waggon zwei bis drei verteilte Access-Points

installiert. Sie sind über ein eigenständiges

lokales Internet-fähiges Netz

mit dem mobilen Router verbunden, der

wiederum die Daten über verschiedene gebündelte

UMTS-Links via Mobilfunk ins

globale Internet schickt. Die Kanalbündelung

führt letztendlich zu einer höheren

Bandbreite, die einen Flaschenhals in der

Kommunikation beim Transport der Daten

vermeidet.

Software muss stabil laufen

Damit ein Wireless-Router in Zügen überhaupt

eingesetzt werden darf, muss er nach

EN 51055 zertifiziert sein, also strenge Anforderungen

an elektromagnetische Verträglichkeit,

Beständigkeit gegenüber extremen

Temperaturen und Feuchtigkeit sowie

Stoß- und Vibrationsfestigkeit erfüllen,

und seine Software muss entsprechend

stabil laufen. Diese Anforderungen erfüllt

NetModule mit dem Router NB2600R. Der

nach EN 50155/T3, CEN/TS 45545 zertifizierte

Router wird bereits ab Werk in Doppelstockzügen

von Bombardier und anderen

Bahnherstellern eingebaut – eine in

diesem Markt gängige Vorgehensweise.

Mit seinen für die Bahntechnik spezifischen

M12-Drehsteckern eignet sich der

Router sehr gut für Anwendungen, in denen

mechanische Beanspruchung, Feuchtigkeit

und Kondenswasser sowie Schmutz

an der Tagesordnung stehen. Ausgestattet

mit Mobilfunk- und WLAN-Antenne lässt

er sich gleichzeitig als Mobile-Router und

als Access-Point einsetzen. Eine genaue

Lokalisierung zu jeder Zeit lässt sich mit

der GPS-Option realisieren. Der USB-Anschluss

ermöglicht die dateibasierte Konfiguration

oder er dient als Expansionsschnittstelle.

„Die Verbindung zwischen Zug und Basisstation

muss schnellstmöglich aufgebaut

werden und zugleich die sichere Datenübertragung

in unterschiedlichen Netzwerken

gewährleistet sein", erläutert Jürgen

Kern. „Router, die in Zügen installiert

sind, müssen so intelligent sein, dass sie

unter mehreren Verbindungsmöglichkeiten

immer automatisch die schnellste und

günstigste wählen. Nähert sich also der

Zug einem Public-WLAN-Access-Point,

muss die Software des Routers von Mobilfunk

(GSM/UMTS) auf das WLAN umschalten

können." Der NB2600R vereint

3G+, WLAN- und GPS-Kommunikation

in einem einzigen Gerät und unterstützt

alle modernen Mobilfunkstandards GSM/

GPRS/EDGE beziehungsweise HSxPA/

UMTS/HSPA bis zu 14,4 Mbps Downlink

und 5,76 Mbps Uplink. Damit erlaubt er

sogar die drahtlose Übertragung von Audio-

und Videodatenströmen – das ermöglicht

beispielsweise die Videoüberwachung

im Zug. Der Router ist als „Always-On-

Least-Cost-Router" konzipiert: Dank der

nach RFC 3344 und RFC 5944 implementierten

Mobile-IP-Software erkennt er Unterbrechungen

blitzschnell und wechselt

automatisch auf die nächste tiefere/höhere

Priorität beziehungsweise das nächste verfügbare

Kommunikationsprotokoll, ohne

dass die Endgeräte von der Unterbrechung

etwas merken.

Damit eine ausreichend sichere Verfügbarkeit

bei der Datenübertragung „auf der

Strecke" garantiert ist, setzt Netmodule auf

Redundanz: Dank Dual SIM kann der

NB2600R bei einem eventuellen Ausfall eines

Providers, etwa in einem Funkloch, auf

das Netz eines zweiten Providers umschalten.

Die Software stellt sicher, dass die Verbindung

permanent gehalten wird und keine

Daten verloren gehen. Zudem verteilt er

Lasten selbstständig und verhindert dadurch

Datenüberlastungen.


ACR 150

150 Watt Ausgangsleistung

Auf einen Blick

Für die strengen Anforderungen der Bahnbranche

Der nach EN 50155/T3, CEN/TS 45545 zertifi

zierte Wireless-Router NB2600R von Netmodule

erfüllt die strengen Anforderungen

der Bahnbranche. Mit seinen für die Bahntechnik

spezifi schen M12-Drehsteckern eignet

er sich sehr gut für Anwendungen, in denen

mechanische Beanspruchung, Feuchtigkeit

und Kondenswasser sowie Schmutz an

der Tagesordnung stehen. Ausgestattet mit

Mobilfunk- und WLAN-Antenne lässt er sich

gleichzeitig als Mobile-Router und als Access-Point

einsetzen. Er vereint 3G+, WLANund

GPS-Kommunikation in einem einzigen

Gerät und unterstützt alle modernen Mobilfunkstandards.

Äußerst stabil läuft außerdem

die Software.

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Bahnelektronik

Der Wireless-

Router NB2600R

erfüllt die hohen

Anforderungen der

Bahnbranche.

Oben: Für die Anwendungen Einspielen von Fahrgastinformation, Internetsurfen

im Zug, Übertragung von Betriebsdaten werden drei virtuelle LANs

aufgebaut.

Rechts: Moderne WLAN-Netze im Nahverkehr ermöglichen verschiedene

Anwendungen und neue Geschäftsmodelle.

Bilder: Netmodule

Werden personenbezogene Daten (zum Beispiel PINs von EC-

Karten, Kreditkarteninformationen) oder persönliche Informationen

(beispielsweise Emails) übertragen, ist größte Sicherheit geboten.

Diese Herausforderung löst Netmodule über virtuelle LANs

(VLANs). Indem mehrere VLANs ein Netzwerk in sich abgeschirmte

Segmente unterteilen, sorgen sie für mehr Sicherheit, unabhängig

davon, wo sich die Teilnehmer eines Segments im physikalischen

LAN befinden. Alle Geräte in einem VLAN können zunächst

nur ausschließlich mit den anderen Geräten im eigenen

VLAN kommunizieren, so dass das Netzwerk wie eine Anzahl

mehrerer, nicht verbundener LANs zu betrachten ist. Bei Bedarf

verbindet der Router die segmentierten Netze.

Datenüberlastung wird verhindert

Für die Anwendungen Einspielen von Fahrgastinformation, Internetsurfen

im Zug, Übertragung von Betriebsdaten werden also

drei virtuelle LANs aufgebaut: VLAN1 verbindet im Zug installierte

Displays, auf denen Nachrichten und Werbung dargestellt werden,

mit der Zentrale des Betreibers der Werbung. VLAN2 wird

den im Zug surfenden Fahrgästen zugeteilt. Das eingesetzte

WLAN-fähige Gerät (Handy, PDA oder Netbook) wird darüber

mit dem öffentlichen Internet verbunden. VLAN3 schließlich verbindet

die im Zug über Ethernet verbundenen Geräte (Ticketautomaten,

Boardcomputer) mit der Leitzentrale.

Reibungsloser Informationsaustausch

Voraussetzung für einen reibungslosen Informationsaustausch

zwischen Zentrale und Zug sind unterbrechungsfreie, transparente

Verbindungen, zudem müssen die Anwendungen logisch getrennt

werden, um ausreichende Sicherheit zu gewährleisten.

„Egal welche Anwendung, ob Videostreams, Sprachverkehr, Betriebsdaten

oder die Übertragung sehr sensibler Kreditkarten-Daten

– wichtig ist besonders, dass alle Daten zur gleichen Zeit sicher,

aber dennoch völlig unabhängig voneinander übermittelt werden",

so Jürgen Kern.

Dazu verbindet ein VPN (Virtual Private Network) die lokalen

Netze im Zug und in der Zentrale miteinander über das Internet

und UMTS-Mobilfunknetz. Als Protokoll dienen IPsec, OpenVPN

und PPTP, die von der Internet-Protokoll (IP) Schicht unabhängig

sind, so dass es auch keine Probleme mit Network Address Translation

(NAT), das im Mobilfunk meist zum Einsatz kommt, gibt.

Die Lösung lässt sich in bestehende Infrastrukturen integrieren,

oder von Grund auf neu aufbauen. Der intelligente Router übernimmt

die Verschlüsselung der Daten und die geregelte Zuordnung

zum jeweiligen VLAN.

Kundenspezifische Anpassung und Finanzierung

Jede Branche ist durch spezifische Anforderungen geprägt, bei

Bahnanwendungen wären das unter anderem technische Parameter

des Triebwagens (Ölstand, ...), der Ticketautomaten (Kleingeld,

Papier, ...) und Alarmroutinen. Zur schnellen, individuellen Implementierung

von Zusatzfunktionen wird ein optionales SDK (Software-Development-Kit)

für die auf Linux basierenden NB2600R-

Router angeboten. Das gesamte Toolkit besteht aus einem SDK-

Host, der die Laufzeitumgebung („Sandbox") definiert, dabei die

Zugriffe auf Systemressourcen wie Programmspeicher, Storage

und CPU kontrolliert und für die passende Skalierung sorgt. Da

die Sandbox-Umgebung komplett im User Space integriert ist, und

Zugriffe auf das File-System unter anderem über FUSE gesteuert

werden, ist das SDK ohne Kernel-Patches installierbar und vermeidet

unerwünschte Auswirkungen auf das bestehende System.

Existiert erst einmal eine Funkverbindung in den Zug, rücken

Zusatzdienstleistungen und neue Geschäftsmodelle in den Mittelpunkt,

wie beispilsweise Digital Signage, wo je nach Ort und Zeit

die passende Werbung im Fahrgastinformationssystem des Zugs

eingespielt wird. Zusätzlich können sich die Passagiere weitere Information

über WLAN auf ihre Smart Devices laden. „Dabei ermöglicht

der in unseren Routern integrierte GPS-Empfänger die

genaue Ortung der Position des Zugs, übermittelt diese an den

Content Provider, der dann wiederum den regionalen Inhalt überträgt",

skizziert Jürgen Kern. Beworben werden beispielsweise der

aktuelle Menüplan eines Restaurants, Angebote eines Veranstalters,

der Spielplan eines Theaters – der Fantasie sind hierbei keine

Grenzen gesetzt. (ah)

n

Die Autorin:

Beate Lorenzoni-Felber ist freie Journalistin.

32 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Messen in Genauigkeitsklasse R

Verbrauchte Energie transparent abrechnen

Der exakte Energieverbrauch der verschiedenen Verwaltungen, die ein Zug durchfährt, muss genau abgerechnet

werden. Über ein bordinternes Energie-Messsystem (EMS) erfolgt die Messung. Von LEM gibt es verschiedene

Lösungen für Strom- und Spannungsmessungen. Autoren: Michel Ghilardi, Marc Schaerrer, Stéphane Rollier

Diese erfüllen die in der Norm EN 50463 aufgeführten

Leistungswerte. Ein Gerät der neuen ITC-Serie eignet

sich besonders für Gleichstrommessungen der anspruchsvolleren

Klasse 0.5R. Die Privatisierung von

Schienennetzwerken und die Aufteilung in die operativen Einheiten

von Infrastruktur- und Schienenfahrzeugbetreiber haben eine

Liberalisierung der europäischen Bahnfracht-Märkte zur Folge.

Aus diesem Grund wurde im Januar 2010 der Bahn-Personenverkehr

für den grenzübergreifenden Wettbewerb geöffnet.

Diese Liberalisierung der europäischen Bahnverkehrsmärkte

zieht einige Konsequenzen nach sich. So erhöht sich durch die verschiedenen

nationalen Märkte die Anzahl der Wettbewerber.

Grenzüberschreitender Verkehr und Anzahl der Anbieter, deren

Tätigkeit mehrere Länder umspannt, nehmen zu. Weiterhin entwickelt

sich ein neues Umfeld für einen intra- und intermodalen

Wettbewerb und die Anforderungen an die Kostentransparenz

nehmen zu. Der exakte Energieverbrauch der Verwaltung, die ein

Zugbetreiber gerade durchfährt, muss genau abgerechnet werden.

Energieverbrauch transparent abrechnen

Schienenfahrzeuge verbrauchen Energie in allen Ländern, die sie

durchqueren. Eisenbahn-Betreiber (Railway Undertakings – RUs)

stehen in einer vertraglichen Beziehung mit jedem Infrastruktur-

Betreiber (Infrastructure Manager – IM). Um den Energieverbrauch

transparent abrechnen zu können, muss der RU bei jeder

Grenzüberquerung Informationen über den Verbrauch erfassen,

der ihm dann vom IM in Rechnung gestellt wird.

Das Schienenfahrzeug entnimmt die elektrische Energie aus der

Oberleitung (Overhead Contact Line – OCL) oder speist diese

während eines regenerativen Bremsvorgangs wieder zurück. Die

34 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Messung erfolgt über ein bordinternes Energie-Messsystem

(EMS). Durch dieses Energie-Management lässt sich der Gesamtverbrauch

verringern und die vom externen elektrischen Antriebssystem

gelieferte Energie überwachen.

Die Energie-Messfunktion (EMF) beinhaltet die Spannungs- sowie

die Strommessung. In der Norm EN 50463 sind die erforderlichen

Messwandler-Kenndaten für DC- oder AC-Strom- und

Spannungsmessungen sowie für die eigentliche Energiemessung

definiert. LEM präsentiert verschiedene Lösungen für Strom- und

Spannungsmessungen, die die in der Norm aufgeführten Leistungswerte

erfüllen. Für Gleichspannungsmessungen der Genauigkeitsklasse

0.5R eignen sich die Messwandler der DV-Familie am

besten. Volle Normkonformität für die Ausführung von Gleichstrommessungen

der Klasse 1R ermöglicht ein Messwandler der

DI-Familie mit einem Shunt-Widerstand der Klasse 0.2. Bei

Gleichstrommessungen der anspruchsvolleren Klasse 0.5R ist ein

Gerät der neuen ITC-Familie die am besten geeignete Lösung.

Sämtliche Messgeräte für den Einsatz auf Schienenfahrzeugen

haben eine Reihe gemeinsamer Merkmale. Alle müssen sie Spannungs-/Strom-Wellenformen

messen, also DC, AC, gepulste und

komplexe Wellenformen. Für den bordinternen Einsatz sollten sie

kompakt aufgebaut sein. Ein geringer interner Stromverbrauch

und eine sehr hohe Genauigkeit zur Erfüllung der Abrechnungs-

Standards sind weitere Forderungen. Unerlässlich sind außerdem

ein niedriger Temperaturdrift sowie hohe Werte für Isolation und

Teilentladung, um eine hohe Sicherheit erreichen zu können. Ein

hohes Maß an Störsicherheit gegenüber externen elektrischen, magnetischen

und elektromagnetischen Feldern erfordert einen guten

EMV-Schutz. Geringe Abstrahlungswerte, die die Normen für

Brand- und Rauchschutz erfüllen (diese sind in Bahntechnik-Anwendungen

zwingend vorgeschrieben) sind weitere Bedingungen.

Kurze Reaktionszeiten

Spezifische Funktionsmerkmale, wie etwa Unempfindlichkeit gegen

Gleichtaktspannungs-Effekte, kurze Reaktionszeiten, große

Bandbreite und Rauscharmut, gilt es zu erfüllen. Zu den wünschenswerten

Attributen dieser Bausteine zählen ein modularer

Aufbau für eine einfache Anpassung mit einer Reihe von Anschluss-Optionen

für die Sekundärseite wie Stecker, abgeschirmte

Kabel oder Gewindebolzen (M4, M5, UNC und so weiter). Zuverlässigkeit

und lange Betriebslebensdauer sollten bereits in der

Konstruktion berücksichtigt werden. Nachgewiesen werden diese

beiden Anforderungen durch eine umfassende Serie von Betriebsund

Alterungstests unter verschiedenen Umweltbedingungen.

Auf dem Gebiet der Gesamt-Genauigkeit der EMF (Energiemessfunktion)

schreibt der Standard EN 50463 neue, gesteigerte

Anforderungen vor. Die EMF muss eine Gesamt-Genauigkeit von

1,5 Prozent für Wirkenergie bei Wechselstrom, drei Prozent für

Blindenergie bei Wechselstrom und zwei Prozent bei Gleichstrom

bei einer Umgebungstemperatur von +23 °C aufweisen. Die Genauigkeitswerte

von Strom- und Spannungs-Messwandler sowie

Energiezähler werden separat ermittelt und zu einer Gesamtgenauigkeit

anhand der Formel auf Seite 38 zusammengerechnet.

Wobei die genannten Parameter folgende Bedeutung haben:

ε EMF

: Gesamt-Genauigkeit der EMF (System aus Stromsensor,

Spannungssensor und Energiemessgerät)

ε VMF

: Klassen-Genauigkeit der Spannungs-Messfunktion

(Spannungs-Messwandler)

ε CMF

: Klassen-Genauigkeit der Strom-Messfunktion

(Strom-Messwandler)

ε ECF

: Klassen-Genauigkeit der Energie-Berechnungsfunktion

(Energiezähler)

Unter anderem definiert EN 50463 die Fehler-Grenzwerte für

Gleichstrommessungen (siehe Tabelle 1). Für Wechselstrom-Messwandler

beträgt der maximal zulässige Fehler bei einem Prozent

des nominellen Primärstroms I PN

lediglich fünf Prozent (Klasse

1R). In Bezug auf die Linearität des Messsystems in der Nähe des

Messbereichs-Extremwertes ist dies eine ziemliche Herausforderung.

Tabelle 2 zeigt die zulässigen Fehlertoleranzen bei Änderungen

der Umgebungstemperatur für die spezifizierten Gleichstrombereiche

in Bezug auf 100 Prozent des nominellen Primärstroms.

Auch hierbei handelt es sich um anspruchsvolle Anforderungen

für ein Messsystem.

Besitzt jedes der unterschiedlichen Messgeräte – Spannungs-

Messwandler, Strom-Messwandler und Energiezähler – eine Klassen-Genauigkeit

von nur 1R, dann beträgt die Gesamt-Genauigkeit

der EMF nach einer Berechnung anhand der oben aufgeführten

Quadratwurzel-Formel 1,732 Prozent. Dies reicht aus, um die

spezifizierten Grenzwerte für ein Gleichstrom-System (Anforderung:

2,0 Prozent) zu erfüllen. Allerdings muss die erforderliche

Gesamt-Genauigkeit über die Lebensdauer gültig bleiben – dabei

handelt es sich um eine Zeitspanne von mehreren Jahren, die es

noch abschließend zu definieren gilt. Durch die Wahl einer geringeren

Genauigkeitsklasse als die in der Norm erlaubten Nominalwerte,

lässt sich sicherstellen, dass die vorgeschriebene Genauigkeit

über diesen Zeitraum eingehalten wird. Für Mehrsystem-Züge

ist der Einsatz eines einzigen Spannungs- oder Stromsensors für

zwei oder mehr Spannungssysteme zulässig. Dann gilt Folgendes:

■ Der Spannungssensor muss die Genauigkeitsanforderungen für

jedes Spannungssystem erfüllen.

■ Der Stromsensor muss die Genauigkeitsanforderungen für alle

Nennströme erfüllen.

■ Für das Energie-Messgerät gelten die gleichen Randbedingungen

wie für den Stromsensor.

Vorgaben von EN 50463 für Strommessungen einhalten

Die neue Serie der Strom-Messwandler von LEM deckt den sich

entwickelnden Eisenbahn-Markt ab und damit das Problem der

Stromversorgung sowohl bei Bahn-, wie auch bei Industrieanwendungen.

Die drei Modelle messen einen Strom (DC oder AC) von

bis zu 4000 A e ff

(Messbereich bis 6000 A) in Fahrzeugen, die ihre

Energie aus einem Bahn-Netz mit einer Spannung bis zu 3000 V

DC beziehen. Da die Messwandler die Genauigkeitsklasse 0,5R erfüllen,

bieten sie zusätzlichen Spielraum gegenüber der Klasse 1R

Spezifikation ("R" steht für "Railway"). Erste Designstudien bestä-

Auf einen Blick

Messgeräte für den Einsatz in Schienenfahrzeugen

LEM präsentiert verschiedene Lösungen für Strom- und Spannungsmessungen,

die die in der Norm EN 50463 aufgeführten Leistungswerte

erfüllen. Die neue ITC-Serie erfüllt die Anforderungen der Zugantriebs-Branche

durch die Einhaltung der Klasse 0.5R. Genauigkeitswerte

entsprechend der Norm prEN 50463 für die bordinterne

Energieüberwachung über einen Temperaturbereich von -40 bis +85

°C. Einsetzen lässt sich die Serie in jeder Situation, in der eine Strom-

Messgenauigkeit im kA-Bereich von 0,5 Prozent in einem Bereich von

5 bis 120 Prozent des Nennstroms benötigt wird.

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Bahnelektronik

Tabelle 1: Zulässige Fehlergrenzen für Gleichstrom-Messwandler nach EN

50463.

Tabelle 2: Maximal zulässige Abweichungen bei Gleichstrommessungen in

Abhängigkeit von Temperaturveränderungen.

Bild 1: Funktionsprinzip eines Fluxgate

Strom-Messwandlers.

Formel: Erklärung der einzelnen Parameter

auf Seite 37.

Bild 2: Hystereseschleife

eines Magnetkerns; bei

unterschiedlichen

Kurvenpunkten sind

verschieden große Schritte

der Magnetfeldstärke H

erforderlich, um die

gleichen Veränderungen

der Magnetflussdichte B

zu erzielen.

tigten, dass für ein solches Leistungsniveau ein Messwandler auf

der Basis der Closed-Loop-Fluxgate-Technologie erforderlich ist.

In Bild 1 ist das Grundprinzip der Fluxgate-Messtechnik mit geschlossener

Regelschleife dargestellt. Der Primärstrom (Laststrom)

I P

fließt in einem Leiter, der durch eine Schleife oder einen Kern

(das heißt in die Ebene des Papiers bei Bild 1 hinein oder aus ihr

hinaus) läuft, was im Kern eine magnetische Durchflutung Θ p

bewirkt.

Für genaue Gleichstrommessungen kompensiert dieses Verfahren

Θ p

durch eine gegenläufige Durchflutung Θ S

, die durch einen

Strom I S

erzeugt wird.

Um eine genaue Messung zu gewährleisten, ist ein hochgenaues

Bauteil für eine präzise Messung der Bedingung Θ = 0 erforderlich.

Fluxgate-Detektoren nutzen das nicht-lineare Verhalten magnetischer

Materialien zwischen den Magnetfeldstärken H und der

Flussdichte B (Bild 2). Der Fluxgate-Detektor arbeitet mit einer

Wicklung um einen ringförmigen Kern, in dem eine oszillierende

Wellenform den Kern ständig entlang seiner B-H-Hystereseschleife

treibt.

Wird eine solche Rechteckspannung an eine Induktivität mit

Sättigungsverhalten angelegt, bis deren magnetischer Kern in die

Sättigung gelangt, wird ein Strom erzeugt. Ohne Primärstrom IP =

0 ist dieser Strom symmetrisch.

Fließt ein Gleichstrom durch die Öffnung des Kerns, dann verschiebt

sich die Kurve des Hysteresezyklus und erzeugt eine Asymmetrie

in dem von der Rechteckspannung erzeugten Strom. Diesen

Strom misst man anschließend mithilfe eines Präzisionswiderstands,

und die Asymmetrie dient zum Nachregeln des Sekundärstroms

in der Kompensationswicklung, so dass dieser den

Primärstrom genau kompensiert (Bild 3).

Anforderungen von EN 50463 mit komfortablem

Sicherheitsabstand übertroffen

LEM hat dieses Grundprinzip in etlichen Punkten verfeinert. Das

Ergebnis ist ein Messwandler, der die Anforderungen von EN

50463 mit komfortablem Sicherheitsabstand übertrifft. So gibt es

beispielsweise nicht nur einen Fluxgate-Detektor sondern zwei, die

Bild 4: Das Gerät der neuen ITC-Serie eignet

sich besonders für Gleichstrommessungen

der anspruchsvolleren Klasse 0.5R.

36 elektronik industrie 08-09/2012

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Komponenten und

Lösungen für CAN

und CANopen

Bilder: LEM

Bild 3: Signalverarbeitungs-Pfad der ITC-Messwandler

mit allen wichtigen Funktionsblöcken.

bestimmte Fehlergrößen in der Messung

kompensieren. Zusätzlich steuert ein komplexer

Mikrocontroller den Messvorgang

sowie einen mehrstufigen Schutz gegen

kurzfristige Überlastströme bis 100 kA für

100 ms. Dabei erfolgt die Verarbeitung der

Messwerte auf digitaler Ebene, während

ein D/A-Wandler ein analoges Ausgangssignal

erzeugt, das den Referenzwert an den

PWM-Generator für die Ausgangsstufe

weiterleitet. Ein patentiertes Klasse-D-

Ausgangsverstärkerdesign reduziert nicht

nur die Verlustleistung des Messwandlers,

sondern das Ausgangsverstärkerdesign

senkt und nivelliert weiterhin auch die

Lastströme an seinen Versorgungsspannungsanschlüssen.

Normen für Messungen in der

Eisenbahn-Antriebstechnik

Für alle Geräte, die in Eisenbahn-Antriebstechnikanwendungen

zum Einsatz kommen,

gelten eine Reihe von Normen. Die

Norm EN 50155 bezieht sich auf „Elektronische

Einrichtungen auf Schienenfahrzeugen"

in bahntechnischen Anwendungen,

und gilt als der Basis-Standard für

elektrische, umweltbezogene und mechanische

Parameter: er beschreibt das Verhalten

von Produkten im Umfeld der Eisenbahntechnik.

Wie bereits erläutert, gilt die neue EN

50463 speziell für die Anforderungen der

Energiemessung. Dabei ist zu beachten,

dass die oben erwähnten Messwandler (Serien

DV, DI und ITC) sich auch in Zweispannungs-Anwendungen

(das heißt beim

Umschalten von einem Spannungsnetz zu

einem anderen beim Übergang von einem

Versorgungsspannungs-Bereich zu einem

anderen) mit nur leicht verringerter Genauigkeit

einsetzen lassen. Diese Mess-

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wandler sind gegenüber externen magnetischen

Gleich- oder Wechselfeldern nur

sehr gering empfindlich.

Nur gering empfindlich

Die neueste Version des Standards EN

50121-3-2 für elektromagnetische Verträglichkeit

für Emissionen und Einstrahlempfindlichkeit

(der EMV-Standard für Bahntechnik-Anwendungen)

schreibt anspruchsvollere

EMV-Grenzwerte vor als

die typischen Normen für industrielle Anwendungen.

Die Bausteine der Serien DV,

DI und ITC erfüllen diese strengeren Spezifikationen

in vollem Umfang.

Bei Isolations- und Sicherheitsaspekten

wurde EN 50124-1 („Grundanforderungen

– Abstände und Kriechstrom-Entfernungen

für sämtliche elektrische und elektronische

Geräte") als Richtlinie zur Auslegung

der Kriechstrom-Entfernungen und

-Abstände bei den Produkten der Serien

DV, DI und ITC verwendet.

Normen NFF 16101/2 für Brand- und

Rauchschutz werden erfüllt

Weiterhin erfüllen die zum Aufbau der Geräte

verwendeten Materialien die Normen

NFF 16101/2 für Brand- und Rauchschutz

(Testprotokoll für die Materialien sind auf

Anfrage erhältlich). Die DV, DI und ITC

werden in den IRIS-zertifizierten LEM-

Werken hergestellt; die Produkte tragen die

CE-Marke nach der europäischen EMV-

Direktive 2004/108/EEC und nach der

Niederspannungs-Direktive. (ah) n

Die Autoren: Michel

Ghilardi (li) ist F&E

Projektmanager bei LEM

SA. Stéphane Rollier ist

Produkt- und Marketing Communications

Manager bei LEM SA.

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Bahnelektronik

Der Türeinstieg ist nach wie vor der kritischste Bereich in einem Verkehrsmittel.

Bilder: Escha TSL

Akustisch informiert

Warnmelder für Hamburger Hochbahn

Sicherheit und Komfort standen bei der Modernisierung der Hamburger Hochbahn im Mittelpunkt. Sämtliche

Fahrgäste müssen über den Zustand der Tür informiert werden. Neben Warnleuchten geschieht dies auch über

akustische Warnmelder, wie den parametrierbaren, TSI-Normkonformen Warnmelder WM87 von Escha TSL.


Autor: Andreas Reschke

Im Zuge der Modernisierung der Hamburger Hochbahn werden

neben Klimaanlagen, Innenausstattung oder Bestuhlung

auch die Türeinstiegsbereiche überarbeitet. Zum Einsatz kommen

Türöffnungstaster, LED-Signalleuchten und der parametrierbare

Warnmelder WM 87 von Escha TSL.

Zunächst einmal – es gibt nicht den Fahrgast. Nutzer von öffentlichen

Verkehrsmitteln sind Menschen mit den unterschiedlichsten

physischen Voraussetzungen, die tagtäglich Züge betreten und

verlassen: Junge und ältere Menschen, Fahrgäste mit Kinderwagen,

Personen mit eingeschränkter Mobilität, Fahrgäste mit Höroder

Sehbeeinträchtigungen nehmen gleichermaßen am Verkehrs-

leben teil. Der Türeinstieg ist nach wie vor der kritischste Bereich

in einem Verkehrsmittel. In einem kurzen Zeitfenster herrscht vor

der Tür im Zug als auch am Bahnsteig hektisches Treiben. Die Einen

möchten die Bahn schnellst möglichst verlassen, die Anderen

ebenso schnell hineingelangen – das alles am besten gleichzeitig,

bei einer Öffnung von maximal zwei Meter Breite. Alle Fahrgäste

müssen gleichermaßen über den Zustand der Tür informiert werden.

Neben Warnleuchten geschieht dies vermehrt auch über

akustische Warnmelder, zum Beispiel den WM87 von Escha TSL.

Durch unterschiedliche Signale, die sich in Lautstärke, Tonhöhe

und Tonarten unterscheiden, werden die Fahrgäste gewarnt. Je

38 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Links: Das Verdrahtungssystem beinhaltet auch Sammelverteiler.

Mitte: Der akustische, parametrierbare und TSI-Normkonforme Warnmelder WM87 kommt in der Hamburger Hochbahn zum Einsatz.

Rechts: Mehrere Tonfrequenzen können gleichzeitig übereinander gelegt werden.

nach Status (Tür öffnet, Tür schließt, Notentriegelung und so weiter)

werden unterschiedliche Töne gesendet. Um allen Anforderungen

gerecht zu werden, wurde der Warnmelder mit erweiterten

Funktionen bestückt, die allesamt den Vorgaben der TSI-Richtlinien

entsprechen.

Gleichzeitig mehrere Frequenzen senden

Mehrere Tonfrequenzen können gleichzeitig übereinander gelegt

werden (Multiton), so dass auch Fahrgäste mit Hörbeeinträchtigungen

die Signale wahrnehmen können. Ein integriertes Mikrofon

misst die Umgebungslautstärke. Bei einer erhöhten Geräuschkulisse

– zum Beispiel in der Rushhour bei gefülltem Zug – passt

der integrierte Prozessor den Signalausgangspegel automatisch an

und die Lautstärke wird erhöht. Diese automatische Pegelanpassung

funktioniert auch in umgekehrter Richtung sehr gut. Hält der

Zug beispielsweise nachts in einem Wohngebiet mit geringer Umgebungslautstärke

regelt der WM87 die Signalpegel automatisch

herunter, um die Anwohner in ihrer Nachtruhe nicht zu stören.

Parametrierung direkt vor Ort möglich

Eine wichtige Eigenschaft des Warnmelders, die für die Entscheidung

dieses Produktes entscheidend war, ist seine Flexibilität. Die

Signaltöne können vor Ort, im eingebauten Zustand beliebig oft

verändert werden. Stellt sich zum Beispiel beim späteren Betrieb

Auf einen Blick

Türöffnungstaster von Escha TSL

Über Türöffnungstaster von Escha TSL, eingesetzt in Zügen, berichteten

wir bereits in der Novemberausgabe 2011 von elektronik Journal.

Das Wetter ist mal heiß oder kalt, mal trocken oder feucht – der Taster

muss immer zuverlässig arbeiten. Zusätzlich müssen die Taster

unterschiedlichen Interessensgruppen genügen: dem Fahrgast dem

Verkehrsbetrieb und dem Zughersteller selbst. Die Verkehrsbetriebe

wünschen sich höchste Individualität, zum Beispiel in Gestaltung und

Design, bei Piktogrammen sowie bei optischen und akustischen Signalen.

Die Türhersteller fordern Standardprodukte, um die Züge möglichst

kosteneffi zient zu produzieren. Die Tastenhersteller müssen

modulare Lösungen anbieten, die eine schnelle, kostengünstige Montage

und Verdrahtung ermöglichen, und es gleichzeitig erlauben, auf

individuelle Wünsche der Betreiber mit ihren Kunden einzugehen.

Fahrgäste akustisch warnen

Sicherheit und Komfort für den Fahrgast stehen bei der Modernisierung

der Hamburger Hochbahn im Vordergrund. Der parametrierbare

Warnmelder WM 87 von Escha TSL warnt die Fahrgäste durch unterschiedliche

Signale, die sich in Lautstärke, Tonhöhe und Tonarten unterscheiden.

Um allen geforderten Anforderungen gerecht zu werden,

wurde der Warnmelder mit erweiterten Funktionen bestückt, die allesamt

auch den Vorgaben der TSI-Richtlinien entsprechen.

heraus, dass bestimmte Toneigenschaften angepasst werden müssen,

können diese problemlos mittels einer entsprechenden Software

umprogrammiert und in den Prozessor des Warnmelders

heruntergeladen werden.

Robust, dicht und resistent gegen Reinigungsmittel

Ein weiteres Entscheidungskriterium für diese Produktserie ist die

sehr robuste Gehäusetechnik. Aufgrund der Schutzart bis IP69K

kann das Gerät sowohl im Innen- als auch im Außenbereich des

Zuges installiert werden. Zudem schützt die stabile Edelstahloberfläche

der Geräte gegen Vandalismus-Schäden und die Oberfläche

kann nahezu unendlich oft von möglichen Graffiti-Schmierereien

gereinigt werden.

Plug & Play bei der Installation

Äußerst einfach gestaltet sich die Installation des Warnmelders, da

dieser mit einem robusten M8-Indusriesteckverbinder konfektioniert

ist. Fehler beim Anschließen der Geräte werden somit verhindert.

Neben bahntauglichen Anschluss- und Verlängerungsleitungen

beinhaltet das Verdrahtungssystem auch Sammelverteiler.

Mehrere Geräte können hier ganz einfach eingesteckt werden. Der

Verteiler kann zum Beispiel im Türbereich installiert werden. Mit

äußerst kurzen Anschlussleitungen sind neben dem Warnmelder

auch die Türöffnungstaster und LED-Signalleuchten anschließbar.

Eine Sammelleitung mit den einzelnen Steuerlitzen sämtlicher angeschlossenen

Geräte führt vom Verteiler dann direkt zu einer

zentralen Steuerung. Der lästige und anfällige Kabelbaum wird somit

verkleinert. (ah)


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608ei0912

Der Autor: Andreas Reschke ist Marketingleiter bei Turck Duotec

und ESCHA TSL.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09 / 2012 39


Bahnelektronik

Zur Datenübertragung

bei erhöhten Anforderungen

Bahnsteckverbinder

Schaltbau präsentiert dieses Jahr auf der InnoTrans Produktneuheiten wie den Bahnsteckverbinder UIC558 IT und

einen Hochstromschalter. Ergänzt wird die Produktpalette durch Bahnschütze, Fahr-, Kipp-und Schnappschalter.


Autorin: Andrea Hackbarth

Die neue Baureihe der Bahnsteckverbinder ist seit über 1,5

Jahren in einem Pilotprojekt im Bahnbereich erfolgreich

eingesetzt und erfüllt alle relevanten Bahnnormen. Genutzt

wird er als Schnittstellensteckverbinder zur sicheren

Datenübertragung (Ethernet) für flexibles Kuppeln bei Reisezugwagen

und Lokomotiven. Er erfüllt erhöhte Anforderungen

zum Beispiel für Videoüberwachung, Reisenden- und Fahrgast-

Informationssystem, automatische Fahrgastzählung (AFZ),

Sprachsteuerungen und Diagnosefunktionen. Ausgerüstet ist die

neue Baureihe mit einem 8-poligen Ethernetmodul und 16 Signalkontakten

für 24 V. Übertragungsraten bis 10 Gigabit erlaubt das

Ethernetmodul. Damit erfüllt es die Anforderungen nach Cat5,

Cat6 und 6a, die für Frequenzen bis 250 MHz tauglich sind und für

Bilder: Schaltbau

die Sprach- und Datenübertragung eingesetzt werden. Je nach Anforderungen

und Einsatzbereich sind unterschiedliche bahntaugliche

Leitungen verfügbar.

Hochstromschalter zum Patent angemeldet

In elektrischen Schienenfahrzeugen wandeln Traktionsstromrichter

die vom Fahrdraht kommende Energie zum Betrieb der Fahrmotoren

um. Ein Hauptschalter kann die Fahrzeuge potenzialtrennend

mit Lichtbogenbehandlung vom Fahrdraht trennen. Daher müssen

die elektromechanischen Schaltelemente der Traktionsstromrichter

keine Lasten abschalten können. Allerdings kann es im Falle eines

Kurzschlusses im Traktionsstromrichter zu sehr hohen Stoßströmen

kommen, die Schalter mit Druckfederkontakten wie zum Beispiel

Schütze, sofort verschweißen würden. Messerschalter, die solche

Stoßströme ohne Zerstörung überstehen würden, haben jedoch eine

zu geringe Lebensdauer. Daher hat Schaltbau ein neuartiges Schalterprinzip

zum Patent angemeldet, das die Vorteile von Druckfederkontakten

und Messerkontakten ohne deren Nachteile in einem

Gerät zusammenfasst. Die Kontakte werden ohne nennenswerte

Reibung im weichen Kontaktmaterial verschraubt und haben damit

die gleiche Steifigkeit wie Messerschalter.

Schnappschalter bietet erhöhte Temperaturbeständigkeit

Schaltbau, Spezialist für Schnappschalter mit Zwangsöffnung, bietet

kundenspezifische Lösungen für sicherheitsrelevante Applikationen.

Der Premium Line Schalter, Baureihe S926 und S970, wurde

entwickelt für extreme Bedingungen und bietet erhöhte Temperaturbeständigkeit

(-55 bis +150 °C), erhöhte Schock- und Vibrationsfestigkeit

und Beständigkeit gegenüber Chemikalien. (ah) n

Der Beitrag basiert auf Textvorlagen von Schaltbau.

Links:

Der neue Hochstromschalter

von

Schaltbau hat seine

Premiere auf der

diesjährigen

InnoTrans.

Unten links:

Der Bahnsteckverbinder

UIC558 IT erfüllt

alle relevanten

Bahnnormen.

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40 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Verbindungstechnik-Lösungen

Von Steckverbindern bis hin zu T-/Y-Verteilern

Holen Sie sich

die Spannung, die

Sie brauchen

Innotrans

Halle 11.1

Stand 310

Das Produktportfolio von Provertha für die

Bahn- und Verkehrstechnik umfasst Verbindungstechnik-Lösungen

aus den Bereichen

D-Sub-Steckverbinder und Quick-

Mount-D-Sub-Vollmetallhauben, sowie

feldanschließbare M12-Ethernet-Steckverbinder

und -Verbindungsleitungen.

Komplettiert wird das Programm durch

vollgeschirmte D-Sub-Hutschienenadapter

für beispielsweise Service-Schnittstellen,

Vollmetall-D-Sub-Verteilerboxen sowie

M12-, T- und Y-Verteiler mit

360°-Schirmung. Dieses umfassende Produktspektrum

präsentiert das Unternehmen

während der InnoTrans 2012 vom 18.

bis 21. September in Berlin. Hauptkriterien

sind dabei die funktionssichere Datenübertragung

durch eine sehr zuverlässige

Kabelstecker mit D-Codierung in Schutzart

IP67 für schnelle und zuverlässige Industrial-Ethernet-Verbindungen.

Dieser

Crimp-Stecker ist sehr gut geeignet für

Bahntechnik-Anwendungen entsprechend

den hohen Anforderungen an einen robusten

Stecker und den Einsatz von gängigen

Kabeln. Mit nur wenigen Komponenten

und einfacher Snap-in-Verbindung der

Crimp-Kontakte in den Kontakt-Halter

bietet der Kabelstecker eine einfache und

sichere Montage.

Es werden die zumeist in Bahnanwendungen

eingesetzten Railcat-Kabeltypen

von Huber + Suhner mit den Durchmessern

6,6 mm, 7,25 mm und 8,3 mm unterstützt.

Eine Version für das Profinet-Kabel

in der Industrieautomation ist ebenfalls

Bild: Provertha

Das Produktportfolio

von Provertha für die

Bahn- und Verkehrstechnik.

vibrationssichere Signal- und Schirmkontaktierung

sowie die ebenso vibrationssichere

Kabel-Zugentlastung.

Einfache Handhabung, hohe Robustheit

und Zuverlässigkeit sind für die Verbindungen

in industriellen Netzwerken gefordert.

Für Anwendungen im Transportwesen

und der Bahntechnik gelten diese Vorgaben

im Besonderen. Stichworte hierzu

sind einfache und sichere Konfektionierung

im Feld, hohe mechanische Robustheit,

Schutz gegenüber Feuchtigkeit und

Verschmutzung (IP 67) und bestmögliche

EMV. So fordern die Kunden im Bahnund

Transportbereich unter anderem zuverlässige

Abschlüsse für die Signalleitungen,

effiziente Schirmung, optimierte Zugentlastung,

einfache und schnelle Assemblierung

sowie kompakte Abmessungen für

platzsparenden Einbau. Vorgestellt auf der

InnoTrans 2012 wird der neue M12-Crimpverfügbar.

Die sehr kompakten Abmessungen

mit einem Gesamtdurchmesser von

nur 16 mm für eine feldkonfektionierbare

Lösung ermöglichen die Applikation dieser

Steckverbinder auch in beengten,

schwierigen Einbauverhältnissen. Für Gehäusewand-

oder Schaltschrankdurchführungen

gibt es den kompakten feldkonfektionierbaren

Hinterwand Crimp-Kabelstecker

in Buchsen-Version.

Vorgestellt werden auch die neuen

Quick-Mount-D-Sub-Vollmetallhauben

für die einfache und schnelle Montage im

Feld. Dafür sind alle Schrauben vormontiert

und unverlierbar. Eine Verzögerung

oder ein Stopp bei der Installation durch

zum Beispiel heruntergefallene oder nicht

mehr auffindbare Schrauben, entfällt dadurch.

(ah)

n

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senken den Energieverbrauch und die

Verluste. Sie bieten eine flexible

Auswahl an Verbindungen sowie

Ausgangssignalen und sind außerdem

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Bahnelektronik

Blitzschneller Zusammenbau

Skalierbare Leistungsschnittstellen

In der Bahntechnik steigt die Nachfrage nach Modularität und somit nach steckbaren

Systemen, zum Beispiel bei der Energieübertragung von Fahrzeug zu Fahrzeug sowie

bei Antriebsystemen innerhalb der Fahrzeuge.

Autor: Frank Quast

Bild: Markus Mainka - Fotolia.com

Der Trend zu Mega-Cities ist ungebrochen,

mit der Folge, dass immer mehr

Menschen über die Schiene transportiert

werden müssen. Egal ob es sich um

Hochgeschwindigkeitszüge, Nahverkehrszüge,

Straßenbahnen oder führerlose U-Bahnen handelt

– eins haben alle Fahrzeuge gemeinsam: Sie

unterliegen dem Anforderungsprofil, Menschen

möglichst schnell und zuverlässig zu befördern.

Bei modernen Schienenfahrzeugen wird zudem

verstärkt auf den dafür einzusetzenden Energieaufwand

geachtet. Es gilt, die bewegte Masse zu

minimieren, indem möglichst viel in Leichtbauweise

ausgeführt wird.

Um einzelne Baugruppen separat fertigen und

testen zu können sowie diese anschließend zu

Wartungs- beziehungsweise Modernisierungszwecken

schnell und unkompliziert austauschen

zu können, erfolgt der Fahrzeugbau modular.

Daraus resultierend werden immer mehr elektro-

42 elektronik industrie 08-09 / 2012

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Auf einen Blick

Erweiterte Kontaktanordnung

Ein moderner Steckverbinder hat unterschiedlichste Anforderungen

zu erfüllen. Aufgrund des erforderlichen schützenden Gehäuses bei

Hochstromsteckverbindern gelangt der Aufbau oft an ein Limit bezüglich

der implementierbaren Kontakte. Die Baureihe Han HC Individual

von Harting erweitert die Anordnungsmöglichkeiten der Hochstromschnittstellen

maßgeblich. Hochstromisolierkörper können auf einer

universellen Aluminiumschiene einzeln eingerastet werden. Jedes

Kontaktpaar ist einzeln abgedichtet und weist in Kombination mit der

anschlussseitigen Verschraubung die Schutzart IP 66/67 nach IEC 60

529 auf. Es können bis zu sechs Kontakte individuell und ohne Spezialwerkzeug

einfach und schnell aneinandergereiht werden.

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Bahnelektronik

Bilder: Harting

Der Steckverbinder Han HC Individual erweitert die Anordnungsmöglichkeiten

der Hochstromschnittstellen maßgeblich.

Bis bis zu sechs Kontakte können individuell und ohne

Spezialwerkzeug einfach und schnell aneinandergereiht

werden. Ein besonderes Highlight der Verriegelung sind die

integrierten und austauschbaren Edelstahl-Führungsbolzen.

technische Schnittstellen dieser Baugruppen und Module steckbar

ausgeführt. Die Lebensdauerkosten oder "Life-Cycle-Costs", oder

kurz "LCC" genannt, werden dadurch minimiert, was im Sinne des

Betreibers liegt.

Ein moderner Steckverbinder hat also unterschiedlichste Anforderungen

zu erfüllen. Die zuverlässige Kontaktgabe und Stromübertragung

bei langer Lebensdauer in rauer Umgebung, bei möglichst

kompakter und leichter Bauweise bei gleichzeitig hohem

Bedienkomfort sind nur einige davon.

Stellt man sich einen Hochstromsteckverbinder vor, so denkt

man unweigerlich an eine gewisse Anzahl an massiven Kontakten,

die von einem robusten Aluminiumgehäuse umschlossen

sind. Diese Lösungen sind bekannt und sinnvoll und werden daher

erfolgreich in Fahrzeugen eingesetzt. Aufgrund des schützenden

Gehäuses dieser Komponenten gelangt der Aufbau jedoch

immer an ein Limit bezüglich der implementierbaren Kontakte.

Von Harting gibt es jetzt ganz neu eine zusätzliche Baureihe, den

Han HC Individual. Dieser Steckverbinder erweitert die Anordnungsmöglichkeiten

der Hochstromschnittstellen maßgeblich.

Die Kernidee basiert auf Hochstromisolierkörpern, die auf einer

universellen Aluminiumschiene separat eingerastet werden. Jedes

Kontaktpaar ist einzeln abgedichtet und weist in Kombination

mit der anschlussseitigen Verschraubung die Schutzart IP

66/67 nach IEC 60 529 auf. Es können bis zu sechs Kontakte individuell

und ohne Spezialwerkzeug sehr einfach und schnell aneinandergereiht

werden.

Die Verriegelung mit Öffnungshilfe

Bei Bahnanwendungen ist immer von einer starken Beanspruchung

durch Umwelteinflüsse sowie Schock und Vibrationen auszugehen.

Um Ausfälle im Betrieb zu vermeiden, müssen die Komponenten

die einschlägigen bahnspezifischen Anforderungen gemäß

DIN 61373 erfüllen. Der Han HC Individual erreicht dabei

die anspruchsvolle Kategorie 2, die zum Anbau an das Drehgestell

berechtigt. Ebenfalls modular aufgebaut ist die Verriegelung, was

bedeutet, dass der Anwender je nach Applikationsanforderung die

Anzahl der Verriegelungselemente wählen kann. Sie sind aus leichtem

Aluminium und werden kraftschlüssig mit der Aluminiumschiene

verschraubt. Ein besonderes Highlight der Verriegelung

sind die integrierten und austauschbaren Edelstahl-Führungsbolzen,

die die Isolierkörper vor Beschädigungen schützen und bei

der Handhabung mit großen Kabelquerschnitten den Steckvorgang

komfortabel unterstützen. Da das Bügelsystem beim Öffnen

über Hebelkraft die Steckverbinderhälften auseinander schiebt,

sind die Betätigungs- und Lösungskräfte bei dieser Familie mit

Kräften kleiner 50 N besonders niedrig.

Stapelbare Kontaktanordnung

Die Steckverbinder erweitern die Kontaktanordnung nicht nur

entlang der Rastschiene, es können Ebenen auch aufeinander geschichtet

werden. So entstehen hochpolige Leistungsschnittstellen

auf engstem Raum. Diese Stapelung bedarf keiner zusätzlichen

Bauteile, da die Fixierungen der Verriegelungselemente durch

180°-Drehung jeweils zwei Ebenen miteinander verbinden können.

Der Einsatz von Materialien wie Aluminium und Kunststoff

macht das Produkt leicht, jedoch ohne irgendwelche Einbußen für

den Außenbereich.

Sollte die Einbausituation beispielsweise am Fahrzeugboden einen

zusätzlichen Schutz notwendig machen, so kann optional ein

Aluminiumblech nachgerüstet werden, welches die Isolierkörper

vor Schlägen und vor Steinschlag schützt. Die Kunststoffelemente

sind auf Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Ozon, Hydrauliköl,

Säuren und Laugen getestet und weisen darüber hinaus auch

sehr gute Flammschutzwerte auf, wie beispielsweise F2/I3 gemäß

NFF 16 101/102.

Geschützt vor Schlägen und Steinschlag

Bei der Baureihe Han HC Individual handelt es sich um die technologische

Erweiterung der Han HC 350-Kontakteinsätze zur Übertragung

hoher Ströme durch individuelle Kontaktanordnung. Herausragende

Funktionalitäten sind das schnelle Wechseln einzelner Isolierkörper

für zeitoptimierte Wartungsarbeiten, sowie die solide

Stapelbarkeit der Steckverbinder-Ebenen. Durch diese neue Technologie

ist die Produktfamilie für individuelle Schnittstellengestaltung

in Bahnanwendungen in den Bereichen Wagenübergänge, Traktionsmotoren

und Stromrichtern qualifiziert. (ah)

n

Der Autor: Frank Quast ist Leiter Produktmanagement Han

Deutschland bei der Harting Technologiegruppe, Espelkamp.

44 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Bild: jörn buchheim

Zuverlässig bei Extrembedingungen

Netzwerk-Videoaufnahme für die Fahrgastsicherheit

Die Haagsche Straßenbahngesellschaft aus den Niederlanden rüstete ihre Straßenbahnwagen mit Videoüberwachungstechnik

aus. Netzwerke und Computing-Geräte in Schienenfahrzeugen müssen einiges bieten. Dazu

gehört unter anderem der sichere Schutz gegen Schock und Vibrationen.

Autor: Stefan Palm

Das Straßenbahnnetz des Regierungssitzes der Niederlande,

Den Haag, ist eines der größten in Europas. Die Betreibergesellschaft

ist die Haagsche Tramweg-Maatschappij

(HTM, Haagsche Straßenbahngesellschaft), die ebenfalls

das städtische Busnetz betreibt. Die Straßenbahnlinie wurde

bereits 1864 als Pferdebahn eröffnet, die 1905 elektrifizierte Strecke

ist bis heute als Teil der Linie 1 in Betrieb.

Gemeinsam mit dem Systemintegrator VCS Observation stattet

die HTM bereits seit vielen Jahren ihre Fahrzeuge des ÖPNV mit

Netzwerk-Sicherheitstechnik aus. Auch bei dem aktuellen Projekt,

der Aufrüstung von 47 Straßenbahnwagen mit Videoüberwa-

chungstechnik zur Verbesserung der Fahrgastsicherheit, kooperierten

die beiden Unternehmen. Nach ausführlichen Tests entschied

man sich, neben Produkten weiterer Hersteller, für die zwei

Moxa-Produkte MXNVR-MO4 und V2616. Hierbei handelt es

sich zum einen um ein Exemplar des Netzwerkvideorekorders

(NVR) und zum anderen um eine Version des Schienenverkehrscomputers

V2616-XPE-CT.

VCS Observation entschied sich für den Einsatz von Moxa

V2616, da es sich um ein robustes Industriegerät mit Serienreife

handelt. Insgesamt wurden 47 Geräte installiert. Darüber hinaus

verfügt der Netzwerkvideorekorder über die einschlägigen Zertifi-

46 elektronik industrie 08-09/2012

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Auf einen Blick

Robustes Design für den zuverlässigen Betrieb

unter Extrembedingungen

Die Anforderungen an Videoüberwachungssysteme in Schienenfahrzeuge

sind äußerst hoch. Durch intelligentes Hardware-Design lassen

sich die Einschränkungen, die Netzwerkvideorekorder-Systeme mit

sich bringen, überwinden. So können moderne Systeme mit großer

Speicherkapazität zu einem angemessenen Preis-Leistungsverhältnis

installiert sowie die Wartungskosten reduziert werden und die Effi zienz

der Anwendungen lässt sich langfristig steigern.

InnoTrans 2012

Leistungselektronik für Bahnsysteme

infoDIREKT www.all-electronics.de

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Beratung am Stand 7.1/ / 211

Das Straßenbahnnetz des Regierungssitzes der Niederlande, Den Haag, ist

eines der größten in Europa.

Bilder: Moxa

zierungen für den Einsatz in Schienenfahrzeugen und ein flexibles,

modulares Design. Die planmäßige Inbetriebnahme erfolgte am 1.

August 2012.

Robustes Industriegerät

Um Netzwerke und Computing-Geräte in Schienenfahrzeugen installieren

zu können, müssen diese zwingend gemäß der Norm

IEC 60571 für die elektronische Ausrüstung in Schienenfahrzeugen

konstruiert worden sein. Dazu gehört unter anderen der sichere

Schutz gegen Schock und Vibrationen. Für eine zuverlässige

Videoaufnahme und -wiedergabe ist eine sehr hohe Leistungsfähigkeit

in Bezug auf Computing- und Speichervermögen erforderlich.

Besonderer Wert wurde zudem auf die nahtlose Integration

der Computer in den vorhandenen Kommunikations-Backbone

gelegt sowie die Kompatibilität mit den Videoüberwachungskomponenten.

Der Forderung nach einem robusten Design für den

zuverlässigen Betrieb unter Extrembedingungen wird der Computer

unter anderem durch seine lüfterlose Konstruktion ohne bewegliche

Teile gerecht.

Das IP-basierte Videoüberwachungssystem verfügt über Ethernet

Switches und Embedded-Computer für den Betrieb der im gesamten

Zug installierten digitalen Kameras und für die Videodatenspeicherung.

Sofern im System neben IP-Videokameras auch

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Internationale Fachmesse

für Verkehrstechnik

18.-21.09.2012

Halle 7.1

Stand 211


Bahnelektronik

Eine asymmetrische Hardware-Klammer

reduziert wirksam die Auswirkungen

von Erschütterungen und Vibrationen.

Festplatten-Einschübe

erleichtern den

Austausch von

Festplatten erheblich.

analoge Kameras vorhanden sind, können zusätzlich Videoserver

zur Datenformatumwandlung eingesetzt werden. Im Führerhaus

des Zuges befindet sich ein Monitor für die Echtzeit-Videoüberwachung

oder die Wiedergabe spezifischer auf dem Computer gespeicherter

Dateien.

Die in den verschiedenen Waggons installierten Kameras nehmen

ununterbrochen Bilder auf. Um Netzwerkengpässen bei der

Bündelung von Datenströmen entgegenzuwirken, werden in betriebskritischen

Anwendungen die Netzwerkvideorekorder zunehmend

dezentral platziert. Die Datenströme dieser Vielzahl von

Kameras werden dann an einem zentralen Ort sichtbar gemacht,

meist im Führerhaus der Bahn oder in einer Leitstelle, zu der die

Datenübertragung drahtlos erfolgt. Im Fall der Haagschen Straßenbahn

wurden die V2616-Computer im Führerhaus installiert,

wo sie neben der Echtzeit-Überwachung des Geschehens im Inneren

der einzelnen Waggons auch gleichzeitig die Wiedergabe der

aufgenommenen Daten übernehmen. Außerdem zeichnen sie die

Bilder für die später eventuell notwendige Auswertung auf. Mithilfe

eines Bildschirms im Führerhaus kann der Zugführer die Bilder

ausgewählter Kameras wiedergeben.

Umfangreiche Datenspeicherkapazitäten sind erforderlich, um

die zuverlässige Speicherung großer digitaler Videodateien gewährleisten

zu können. Massenspeichermedien wie USB-Flash-

Laufwerke, SD-Speicherkarten oder Festplatten werden zu diesem

Zweck üblicherweise im System eingesetzt.

In der Datenspeicherung liegt die Haupteinschränkung auf dem

NVR-System. Das gesamte Überwachungssystem erzeugt eine riesige

Datenmenge, die für eine eventuelle spätere Durchsicht gesichert

werden muss. Auch muss eine solche Anwendung oftmals

separat von den anderen Zuganwendungen agieren, da aufgrund

der Fahrtgeschwindigkeiten nicht immer eine sichere Verbindung

zu einem bodengebundenen Netzwerk gewährleistet werden kann.

Aus diesem Grund sollte das NVR-System soweit wie möglich autark

sein und nicht zu stark von konstanten externen Datensicherungen

abhängen. Die Bewegung des Zuges stellt die Datenspeicherung

per NVR-System vor eine weitere Herausforderung: Eine

Betriebsumgebung mit Stößen, Erschütterungen und Vibrationen

ist nicht unproblematisch für empfindliche elektronische Geräte

wie Festplatten.

Widerstandfähigkeit gegen Erschütterungen und Vibrationen

in Schienenfahrzeugen und Bussen

Solid State Drives (SSDs) sind eine Möglichkeit, Systeme zu schaffen,

die widerstandsfähig gegen Erschütterungen und Vibrationen

in Schienenfahrzeugen und Bussen sind. Die bessere Alternative

ist jedoch der Einsatz eines besonderen Hardware-Designs, das die

Auswirkungen von Erschütterungen und Vibrationen reduziert, so

dass handelsübliche, preisgünstige Festplatten mit hoher Speicherkapazität

vorbehaltslos eingesetzt werden können. So wird die

Kosteneffizienz des Systems ohne Kompromisse bei Zuverlässigkeit

oder Speicherkapazität erhöht.

Moxas Schienenverkehrscomputer verfügen über einen Festplattenschutz,

der Erschütterungen und Vibrationen zuverlässig abdämpft.

Die Embedded-Computer unterliegen überdies einer Reihe

von umfangreichen Tests, um die Positionierung aller Hardwarekomponenten

zu optimieren und den äußeren Einfluss durch

Bewegung zu minimieren.

Einfacherer Austausch von Laufwerken

Da der Austausch von Festplatten einen großen Anteil an den Wartungsarbeiten

hat, kann eine Vereinfachung dieser Aufgabe die Effizienz

deutlich verbessern. Ein so genanntes Hot-Swap-Laufwerk

lässt sich wechseln, ohne den Computer auszuschalten. Ähnlich

komfortabel gestaltet sich der Wechsel eines Einschublaufwerks,

das ohne Werkzeuge entfernt und wieder installiert werden kann.

Moxas EN 50155-zertifizierte Embedded-Computer V2416 und

V2616 verfügen über ein beziehungsweise zwei eingebaute(s) sowie

je zwei herausnehmbare Einschublaufwerke für 2,5-Zoll- SSDs

oder -HDDs. Eine zusätzliche Software ermöglicht den Wechsel

des Laufwerks ohne den Computer auszuschalten. (ah) n

Stefan Palm ist Business Development Manager Embedded

Computing bei Moxa Europe in Unterschleißheim.

48 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Drahtlose Kommunikation

Die jeweils stabilste Verbindung

Bild: MEN Mikro Elektronik

Die neue robuste Compact-PCI-Träger-Karte

F223 für PCIe-Mini-Cards.

Die neue robuste Compact-PCI-Träger-

Karte F223 für PCIe-Mini-Cards von MEN

Mikro Elektronik eignet sich für die drahtlose

Datenanwendung für die Mobilfunkstandards

GPS, WLAN, UMTS, GSM oder

HSDPA. In der Standardversion ist sie mit

zwei PCIe-Mini-Card-Steckplätzen sowie

zwei SIM-Karten-Slots ausgestattet. Je nach

Bedarf können entweder zwei oder drei redundante

SMA-Antennenstecker pro

PCIe-Mini-Card frontseitig angebracht

werden, so dass auch in verschiedenen Frequenzbereichen

die jeweils stabilste Verbindung

gewährleistet werden kann. Außerdem

bietet die F223 die Möglichkeit,

beide PCI-Express-Mini-Cards separat anoder

auszuschalten beziehungsweise diese

zurückzusetzen.

Speziell für Anwendungen mit häufigen

orts- oder tarifgebundenen Netzwerkwechseln

wurde das Adapterboard AE64

konzipiert. Jede PCIe-Mini-Card der F223

kann bis zu zehn zusätzliche SIM-Karten

ansteuern. Somit können maximal 22 SIM-

Karten auf einem Trägerboard untergebracht

werden. Wird eine noch größere

Auswahl an SIM-Karten benötigt oder

könnten sich mehrere On-Board-Systeme

eine SIM-Karte teilen, kann hier auf einen

SIM-Karten-Emulator zurückgegriffen

werden. Durch den Emulator können die

Daten einer extern installierten SIM-Karte

an ein System zum Beispiel im fahrenden

Zug übertragen werden, womit sich das

entsprechende Netz für kurze Zeit virtuell

nutzen lässt.

Für den Einsatz in rauer Umgebung ist

die F223 für eine Betriebstemperatur von

-40 bis +85 °C ausgelegt. Außerdem ist die

Karte zum Schutz vor Feuchtigkeit und

Staub lackiert. (ah)

n

infoDIREKT

644ei0912

Lichtleiterübertragung

Eisenbahnzugelassene Verbindungen

Entwickelt für Anwendungen in Luftund

Raumfahrt, vereinigt der Kontakt

Elio von Souriau gute optische

Leistungen in einem anspruchsvollen

Umfeld bei sehr geringen Signalverlusten,

auch unter Einwirkung starker

Vibrationen oder Stößen. Die

Elio-Kontakte wurden in die Baureihe

VGE1 der eisenbahnzugelassenen

Verbindungen eingearbeitet. Somit

stehen nun in der Serie VGE1 mehrere

volloptische oder elek-trisch-optische

Hybridkonfigurationen zur Verfügung.

Der einfach zu reinigende

Elio-Mischkontakt lässt sich ganz

simpel und ohne Werkzeuge in den

Steckverbinder einbringen und wieder

von ihm lösen. Auch ist der Kontakt

gegenüber dem optischen Kabel

abgedichtet und benötigt keine zusätzliche

Verschraubung. Durch die

ständig steigenden Übertragungsraten,

erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit,

zunehmende Lebensdauer

sowie Energieeinsparungen durch

das reduzierte Gewicht des Materials

eignet sich die Lichtleitertechnik sehr

gut für die Datenübertragung bei Eisenbahn-Applikationen.

Praktisch

unbegrenzte Datenübertragungsraten

kann der Lichtleiter bewältigen.

Ohne Abschirmung ist er unempfindlich

gegenüber elektromagnetischen

Störungen und elek-trostatischen

Entladungen. Auch sind die

Steckverbindungen kompakter als

elektrische Standard-Ausführungen

und das bei höherer Leistung.Im

Markt der Eisenbahnausrüstung verbreitet

sich die Lichtleitertechnik

sehr schnell und kommt in vielfältigen

Bereichen zum Einsatz wie beispielsweise

bei Sensoren, Streckenund

Signalausrüstungen, Passagier-

Informationssystemen, Ethernet-

Netzen sowie im Gigabitbereich und

so weiter.

Eine Entscheidung zugunsten der

Lichtleiterübertragung anstatt für

herkömmliche Kupferleitungen

heißt, dass der Bedarf der nächsten

zwanzig Jahre nach wachsenden

Übertragungsraten abgedeckt wird,

ohne dass eine Nachrüstung des gesamten

Netzes beim Betreiber erforderlich

wird. (ah)

n

infoDIREKT

657ei0912

Die Elio-Kontakte wurden in die Baureihe VGE1 der

eisenbahnzugelassenen Verbindungen eingearbeitet.

Bild: Souriau

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Bahnelektronik

Technologische Herausforderungen

der Bahntechnik

Steckverbinder für extreme Umweltbedingungen

Die Bahn stellt mit ihren Besonderheiten bezüglich Beförderung und Infrastuktur extreme Anforderungen an die

Hersteller von elektrischen Verbindungstechnologien. Wie der Steckverbinderhersteller Hypertac diesen Herausforderungen

gerecht wird, schildert der folgende Artikel.

Autorin: Roberta Rebora

Speziell in der Bahntechnik müssen die Ingenieure den speziellen

Ansprüchen von Anwendungen unter extremen

Umwelteinflüssen gerecht werden. Gefordert werden vielfach

innovative Verbindungslösungen, die sowohl Leistungs-,

Signal-, High-Speed-, und optische LWL-Technologien

beinhalten. Der Trend geht zur Miniaturisierung, das heißt es

müssen immer kleinere Steckverbinder entwickelt werden, die eine

höhere Kontaktdichte und höhere Übertragungsraten bei gleichzeitig

verbesserter Energieeffizienz gewährleisten. Die kleineren

Baugrößen führen zu einer Gewichtsreduzierung und gewähren

dem Anlagenentwickler mehr Platz für die Anbringung anderer

elektronischer Komponenten innerhalb des Systems.

Eine der größten Herausforderungen, denen sich ein Steckverbinder-Unternehmen

stellen muss, ist die Entwicklung von Produktplattformen,

die nicht nur für die heutigen Bahntechniken

geeignet sind, sondern auch auf zukünftige Technologien ausgerichtet

sind, die sich aktuell erst in der Entwicklungsphase befinden.

Neue technische Lösungen sollen den Return on Investment

für den Entwicklungsaufwand beschleunigen, also innovative Produkte

mit längeren Lebenszyklen und mit verbesserten technischen

Eigenschaften.

Customer Relationships – Direkte Kommunikationswege

Das Engineering-Team von Hypertac entwickelt direkt mit der

Entwicklungsabteilung des Kunden neue Ideen und Technologien,

welche auch Kundenanforderungen bezüglich Profitabilität und

Wirtschaftlichkeit erfüllen. Ziel ist es, die Organisation und die

Strategien der Kunden zu verstehen und gemeinsam optimale Lösungsansätze

zu entwickeln.

Klare Ausformulierung technischer Anforderungen

Die klare Ausformulierung der technischen Anforderungen der

Kunden bezüglich aktuellen und zukünftigen Plattformen sind

entscheidend, um sicherzustellen, dass alle Technologie-Synergien

in das Steckverbinder-Design integriert werden. Hier startet der

Hypertac-New-Product-Development-Prozess. Zuerst wird geprüft,

ob Teile des breiten Standardsteckverbinder-Sortiments in

das neue Design integriert werden können. Eventuell führt die Integration

der Technologie eines Schwesterunternehmens zum Erfolg.

Durch die langjährige Erfahrung in der Bahntechnik besteht

auch die Möglichkeit, eine völlig neue, kundenspezifische Technologie

zu entwickeln. Speziell Bahntechnikanwendungen stellen

verschiedene I/O-Anforderungen an Signal-, Leistungs-, High-

Bild: Gina Sanders - Fotolia.com

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Bahnelektronik

Speed-, LWL- und Hochfrequenz-Übertragungen. Diese Bauteilevielfalt

wird durch die High-Mix/Low-Volume-Produktionspolitik

gemeistert. Auf diese Weise ist es möglich, den speziellen Anforderungen

der Kunden gerecht zu werden.

Reibkorrosion weitestgehend ausgeschlossen

Ein häufiges Problem in der Bahntechnik ist die Reibkorrosion.

Diese wird durch kleinste Bewegungen der Komponenten verursacht.

Durch das spezielle Design der Hyperboloid-Kontakttechnologie

wird dies weitestgehend ausgeschlossen. Hyperbolisch

angeordnete Kontaktdrähte in den Buchsen legen sich linienartig

am Stift an. Daraus resultiert eine garantierte 360°-Kontaktierung

bei sehr niedrigen Übergangswiderständen. Äußerst geringe Steckund

Ziehkräfte, eine besonders lange Lebensdauer, hohe Schockund

Vibrationsfestigkeit, hohe Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit,

niedriger elektrischer Kontaktwiderstand und geringer

Verschleiß sind die Resultate dieser besonderen Geometrie. Gewicht,

Platz und Kosten sind zentrale Aspekte bei der Gestaltung

von Bahnausrüstungen. Neue Technologie-Anforderungen, wie

höhere Übertragungsgeschwindigkeiten und Hochstromübertragungen,

erfordern zunehmend innovative Hybridsteckverbinder,

welche über zusätzliche Schutzfunktionen wie EMV/HF-Filter

oder Blitzschutz verfügen.

Auf einen Blick

Herausforderungen der Bahntechnik

Die Herausforderungen für Steckverbinder-Hersteller für die Bahntechnik

sind hoch und vielfältig. Hypertac wird den Ansprüchen bezüglich

Lightweight-Design, Miniaturisierung und sehr zuverlässigen

Verbindungen gerecht durch innovative Produkte und eine durchdachte

Strategie und zwar nicht nur für die aktuelle Bahntechnik sondern

auch für zukünftige Technologien.

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603ei0912

Steckverbinder mit integriertem Überspannungsschutz

Durch die Zusammenarbeit mit PolyPhaser und Transtector, zwei

Schwesterunternehmen innerhalb der Smiths-Interconnect-Gruppe,

können nun Schutzvorrichtungen gegen Hochfrequenzstörsignale,

die durch Blitzschlag oder elektromagnetische Impulse verursacht

wurden, in die Steckverbinder integriert werden. Hohe

Energieimpulse gelangen somit nicht in das Geräteinnere sondern

werden bereits an der Gehäusewand abgefangen. Eine Steckverbindung

kann – von Standard-EMP bis High-Altitude-EMP

(HEMP) und nichtnuklearen EMP (NNEMP) – gegen hochenergetische

Transienten geschützt werden.

Maßgeschneiderte Steckverbinder für Eurobalise

Der wachsende Trend zur Miniaturisierung führte zur Entwicklung

von Steckverbinder-Plattformen wie der Mini-Boa-Serie

und dem Eurobalise-System. Aufbauend auf den Rundsteckverbindern

der Serie BOA wurde eine neue Mini-Plattform für das

ASFA-System entwickelt. Die neue Serie der 13-poligen Rundsteckverbinder

ist mit neuartigen Anti-Manipulations-Schrauben

ausgerüstet, welche jede Art von externen menschlichen Eingriffen

im Feldeinsatz verhindern. In sechs verschiedenen Farben

ist diese Serie erhältlich. Mit verschiedenfarbigen Eloxalschichten

sind die Stecker überzogen. Je nachdem, welcher Stecker in

die Anschlussdose gesteckt wird, ändert das System seine Funktionalität.

Deshalb sind die einzelnen Farben den unterschiedlichen

Funktionen zugeordnet. Eine 21-polige Ausführung ist

ebenso verfügbar. Weitere Konfigurationen mit einer noch höheren

Anzahl von Kontakten sind möglich.

Rechteckige Monoblock-Steckverbinder

Hypertac stellt eine neue Generation DIN 43651 & NF F 61030

rechteckiger Monoblock-Steckverbinder vor. Diese eignen sich auf

Grund neuer Monoblock-Kontaktträger speziell für Bereiche, die

eine sichere, schnelle und lösbare Verbindung erfordern. Die neue

HyperMod NG-Serie gibt es in drei Varianten: 64-polig mit 2 mm

Leistungskontakten bis 16 Ampere, 108-polig mit 1,5 mm Signalwww.elektronik-industrie.de

elektronik industrie 08-09 / 2012 51


Bahnelektronik

Bilder: Hypertac

Mitte oben: Die neue Generation DIN 43651 & NF F 61030

rechteckiger Monoblock-Steckverbinder.

Mitte unten: Der wachsende Trend zur Miniaturisierung

führte zur Entwicklung von Steckverbinder-Plattformen

wie der Mini-Boa-Serie und dem Eurobalise-System.

Durch das spezielle Design der Hyperboloid-

Kontakttechnologie von Hypertac wird

die Reibkorrosion weitestgehend ausgeschlossen.

Oben rechts: Die Serie REP wurde für sehr anspruchsvolle

Bahnanwendungen entwickelt. Diese Steckverbinder

ermöglichen eine schnelle, hoch zuverlässige und

funktionelle Verbindung aller Anlagen, die eine einwandfreie

Abdichtung erfordern.

kontakten, 7-polig mit 1,2 GHZ High-Speed-Quadraxkontakten.

Die High-Speed-Steckverbinder gewährleisten eine effiziente

Übertragung großer Datenmengen, wie zum Beispiel für Passagierinformations-

und -unterhaltungssysteme sowie für Bordcomputer.

Durch das witterungsfeste Metallgehäuse eignen sich diese

Steckverbinder für Außenanwendungen an Waggonverbindungen,

Fahrgestellen, Heizung, Ventilation und Klimaanlagen. Auch mit

Kunststoffgehäuse der Schutzart IP50 ist diese Serie erhältlich. Die

Vorteile sind eine 30-prozentige Gewichtseinsparung, sehr einfache

Verkabelung und Wartung und ein Anschlussquerschnitt von

nur AWG 24 bis 12.

Dichtschließende Schnellverschluss-Steckverbinder

Die Serie REP wurde für äußerst anspruchsvolle Bahnanwendungen

entwickelt. REP-Steckverbinder ermöglichen eine schnelle,

hoch zuverlässige und funktionelle Verbindung aller Anlagen, die

eine einwandfreie Abdichtung erfordern. Die Steckverbinder sind

unter anderem für folgende Anwendungen geeignet: In der Systemsteuerung

für Sensoren, bei Warnsignalen, Bremsen, Türsicherungen

und der Beleuchtung, in der Innenausstattung für Klimaanlagen

und Sitze, als auch für Fahrgastinformationssysteme wie

Displays, Video und Lautsprecher. Die Serie umfasst 2-, 6- und

12-polige Varianten. Sämtliche Versionen sind auch kundenspezifisch

verkabelt erhältlich. Die Serie bietet die folgenden technischen

Eigenschaften:

■■

Schnellverschlusssystem durch Arretierklammern gesteckt

IP66.

■■

Alle eingesetzten Materialien sind konform gemäß NFF 16-101,

NFF 16-102 und UL94 V0.

■■

Nur mit einer Kontaktgröße werden die Anschlussquerschnitte

von 0,5 bis 2,5 mm² gemäß NFF 63-808 und EN 50-306 abgedeckt.

■■

Schockfest gemäß EN 61-373, Cat. 2. Bis zu 500 Steckzyklen

sind möglich.

Bei der Entwicklung der neuen M12-Steckverbinder wurde beim

Design speziell darauf geachtet, dass erstens eine einfache Montage

ohne Werkzeuge gewährleistet wird und zum anderen die mechanischen

Anforderungen eingehalten werden – eingepackt in ein

innovatives, sehr kleines, schmales und schlankes Aussehen. Zugleich

stand eine optimale Funktionalität im Mittelpunkt der Konzeption.

Die umspritzten oder frei konfektionierten, geraden und

90° abgewinkelten M12-Steckverbinder sind fit für den Bahneinsatz.

Vier schwimmend gelagerte, 1 mm hyperboloide Crimpkontakte

sind mit Anschlussquerschnitten von 0,03 bis 1 mm² (AWG

32 bis 18) verfügbar. Dabei stellt die 360°-Schirmanbindung sicher,

dass äußere elektrische Einflüsse und Störungen stets abgehalten

werden. Um die Flexibilität im Anschluss sicherzustellen, wurde

ein Kabelquerschnitt bis zu 10 mm dimensioniert.

Kabelquerschnitt bis zu 10 mm

Im gesteckten Zustand wird außerdem IP67 gewährleistet, so dass

die Funktionalität für Applikationen der meisten elektrischen und

elektronischen Komponenten innerhalb des Zuges, wie zum Beispiel

Signalübertragung von Videoüberwachungen, GPS-Signalen

und weiteren Steuerungssystemen, störungsfrei sichergestellt wird.

Alle Ausführungen sind mit der zuverlässigen Hyperboloid-Kontakttechnologie

ausgestattet und können als A- beziehungsweise

D-kodiert ausgeführt werden, wobei die Betriebsspannung mit 90

V gemäß der französischen Bahnnorm NF F 61-030 ausgelegt ist

und für andere Anwendungen gemäß DIN EN 61076-2-101 eine

Bemessungsspannung von 250 V AC/DC möglich ist.

Sollte sich bei der Installation der 90°-gewinkelten Version herausstellen,

dass ein gerader Abgang vorteilhafter ist, dann kann die

neuartige, patentierte 90°-freikonfektionierbare Version in ganz

wenigen Handgriffen in einen geraden Kabelabgang abgeändert

werden, ohne, dass dabei die vorherigen technischen Eigenschaften

verloren gehen.

Mitglied des Alstom LP150-Programms

Hypertac ist zum Mitglied des Leading Partners Programme

(LP150) der Alstom-Transport-Gruppe ernannt worden. Ziel dieser

Zusammenarbeit ist die Etablierung einer langfristigen Win-

Win-Partnerschaft und die gemeinsame Entwicklung innovativer

und kosteneffektiver Produkte. Die Mitgliedschaft ist das Resultat

eines einjährigen Produktentwicklungsprogramms. (ah) n

Die Autorin: Roberta Rebora ist European Director Marketing

und Communication bei Hypertac.

52 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Effiziente Lastverteilung

Zuverlässige Power-over-Ethernet-Netzwerke

Managed-Switches

für On-Board-

Anwendungen.

Bild: Westermo

Die Managed-Switches Viper-112-P8 und

Viper-212-P8 optimieren On-Board-Anwendungen

bei Schienenfahrzeugen und

bieten mehr Komfort für Bahnkunden.

Westermo hat zwei kompakte und robuste

Power-over-Ethernet-Switches (PoE) aus

der Produktpalette der Viper-Serie vorgestellt.

Sie sorgen für eine effiziente Lastverteilung

und übernehmen Aufgaben, die

sonst Schaltschränke bewältigen müssen.

Das Unternehmen begegnet damit der

wachsenden Nachfrage nach stabilen On-

Board-Kommunikationsnetzen in Zügen.

Neben den vier Standard-Ethernet- verfügen

die Managed-Switches Viper-112-P8

und Viper-212-P8 auch über acht PoE-

Ports, die den Plug & Play-PoE-Kommunikationsstandard

IEEE 802.3at unterstützen.

PoE ermöglicht, dass sowohl Strom als

auch Daten auf einem einzigen Multi-

Core-Kabel übertragen werden, wodurch

insgesamt eine schnellere Verdrahtung und

Installation möglich ist.

Die PoE-Ports sorgen für eine gute Spannungsversorgung

bei Video-Equipment,

LCD-Monitoren und WLAN-Access-

Points. Über die PoE-Steckplätze liefern

die Viper-Switches eine Leistung von bis zu

66 W beziehungsweise maximal 30 W auf

einem Port. Die Rail-Switches isolieren die

eingehende Gleichspannung der angeschlossenen

Geräte und sind dadurch vor

Überspannungen geschützt. Der Viper-

212-P8 ist zudem Routing-fähig, um die

Verbindung von Subnetzen und eine verbesserte

Gesamtleistung des Netzwerks zu

ermöglichen. Beide Viper verfügen über

im Gehäuse integrierte M12-Stecker. Dies

schützt gegen Erschütterungen und reduziert

die Größe.

Die IP65-Schutzart und Vibrationsfestigkeit

nach militärischen Normen machen

diese Geräte unempfindlich für Situationen,

in denen mechanische Belastungen,

Feuchtigkeit, Kondenswasser, Schmutz

oder kontinuierliche Vibrationen die

Funktionen von Standard-Switches nachteilig

beeinflussen. Selbst eine Umgebungstemperatur

von -40 bis +70°C stellt kein

Problem dar. Dabei wurde die Viper-Serie

so konstruiert, dass sie den EN-50155-Standard

für elektronische Geräte noch übertrifft.

Denn On-Board-Anwendungen in

Zügen stellen eine der größten Herausforderungen

für jedes elektronische Gerät dar.

Die höchste mittlere Betriebsdauer zwischen

Ausfällen MTBF erreicht dabei rund

448.000 Stunden (MIL-C217F2). Die Gore-Tex-Membran

verhindert die Bildung

von Kondenswasser durch den Tag- und

Nacht-Wechsel. Das WeOS-Betriebssystem

erkennt und kompensiert jede Positionsänderung,

Drehung und Ergänzung eines

Schienenfahrzeugs, ohne dass eine manuelle

Neukonfiguration notwendig ist.

Um die Installation und Wartung zu erleichtern,

können Viper-Switches sowie alle

Anschlüsse von Geräten mit identischen

IP-Adressen in jedem Wagen konfiguriert

werden. Dies vereinfacht den gesamten IP-

Plan und standardisiert die Konfigurationen.

Selbst der steigende Bedarf an Daten

durch weitere Kameras und Video-Streams

hat keinen Einfluss auf die Netzwerk-Stabilität.

Das WeOS ist in der Lage, den Datenverkehr

auf dem Netzwerk auszugleichen

und sorgt für hohen Durchsatz und hohe

Stabilität. (ah)

n

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Bahnelektronik

Sichere Elektronik für die Schiene

Embedded-Systeme werden immer zuverlässiger

Bei Bahnanwendungen gibt es keinen Spielraum für Fehler, keine Möglichkeit "mal eben" im laufenden Betrieb

nachzubessern. Eingebettete Elektronik muss hier kompromisslos funktionieren. Die Anforderungen steigen, doch

sie sind zugleich der Motor für innovative Computer-Technologien.

Autorin: Susanne Bornschlegl

Innovativer Ansatz:

Drei Prozessoren auf einer einzigen

Baugruppe sorgen für kompaktes

Systemdesign mit Sicherheit bis SIL 4.

Bilder: MEN Mikro Elektronik

54 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

Fehler oder Ausfälle im Schienenverkehr können die Umwelt

zerstören, erheblichen Sachschaden verursachen oder

gar Menschenleben gefährden. Die drei größten Verursacher

von gefährlichen Zwischenfällen bei sicherheitskritischen

Steuerungssystemen sind Bauteilausfälle, Abweichungen im

System und menschliche Fehler.

Der Bahnmarkt ist ein wichtiger Bereich für Embedded-Systeme.

Neue Möglichkeiten liegen in der Zugbeeinflussung beziehungsweise

Zugsicherung (engl. ATC, Automatic Train Control)

mit Komponenten an Bord und an der Strecke. Ein großes Potenzial

steckt in neuen Technologien für Signalanlagen und sicherheitskritischen

Unterbereichen. Beispiele findet man weltweit.

In den Vereinigten Staaten soll ein System namens Positive Train

Control (PTC) verhindern, dass Züge kollidieren. PTC wird in erster

Linie von der aktuellen Gesetzgebung in Form des Rail Safety

Improvement Act von 2008 geprägt, das eine breitflächige Einrichtung

von PTC-Systemen im Güterverkehr bis 2015 vorschreibt. In

Europa führt das European Train Control System (ETCS) zu einer

ähnlichen Entwicklung. Die EU hat das Ziel, den grenzübergreifenden

Verkehr und die Signaleinrichtungen durch eine einheitliche

europäische Norm für Zugsteuerungssysteme zu harmonisieren.

In China besteht mit dem Chinese Train Control System

(CTCS) und mit über 90.000 km Schiene ein riesiges Wachstumspotenzial

für die Anbieter von sicherheitskritischen Systemen.

Die Infrastruktur, die für all diese Ansätze aus- und aufgebaut werden

muss, ist immens. Jedes System muss genau wissen, wo sich

ein Zug befindet und in welchem Zustand er ist.

Sicherheitsanforderungsstufen und Normen

Bereits bei der Konzeption kann man die Wahrscheinlichkeit eines

Systemausfalls mit katastrophalem Schaden deutlich senken. Ein

systematischer Entwicklungsprozess lehnt sich an Normen und

Richtlinien an und umfasst die gesamte Produktentwicklung und

Auf einen Blick

Kompaktes Design, geringer Aufwand und

Stromverbrauch

MEN hat Dreifach-Redundanz auf Compact-PCI- und VMEbus-Single-

Board-Computer im 6-HE-Format gebracht. Deren Herzstück sind drei

Power-PC-750-CPUs, die in einer Lockstep-Architektur arbeiten. Verglichen

mit Lösungen aus drei einzelnen CPU-Karten ist der Ansatz

mit nur einer Karte wesentlich kompakter und er verringert sowohl

den Software-Aufwand als auch den Stromverbrauch. Ein Sicherheitspaket

von MEN soll den Kunden bei der Systemintegration in

Bahnprojekten die Zertifi zierung nach SIL 4 erleichtern. Momentan

arbeitet MEN an weiteren sicheren Rechnern, basierend auf 3 HE

Compact-PCI und x86-Prozessoren, ebenfalls mit Redundanz auf der

Karte und entwickelt für verschiedene Einsatz-Szenarien speziell im

Schienenverkehr.

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617ei0912

Dreifach

redundantes

System: zwei von

drei Subsystemen

müssen

ordnungsgemäß

funktionieren.

-realisierung einschließlich entsprechender Verifizierung und Dokumentation.

Allgemein gilt die Norm IEC 61508 der Internationalen Elektrotechnischen

Kommission zur funktionalen Sicherheit elektronischer

Systeme. Sie definiert die Sicherheitsanforderungsstufen –

Safety Integrity Levels – SIL 1 bis SIL 4. Hersteller müssen für sicherheitsrelevante

Funktionen in einer Gefahren- und Risikoanalyse

die notwendige SIL ermitteln. Sie ist das Maß für die

Wirksamkeit der Sicherheitsfunktionen und wird ausgedrückt

durch die Wahrscheinlichkeit, mit der eine solche Funktion ausfällt.

Verschiedene Szenarien drücken sich in unterschiedlichen

Zahlengrößen aus. Speziell für den Bahnbereich hat die europäische

Organisation für elektrische Normung (CENELEC) daran

anknüpfend entsprechende Standards normiert. Dazu gehören die

EN 50126 (Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit, Sicherheit

(RAMS)), EN 50128 (Software für Eisenbahnsteuerungsund

Überwachungssysteme) und EN 50129 (sicherheitsrelevante

elektronische Systeme für Signaltechnik). Die EN 50129 enthält

auch die genaue Definition der SIL-Stufen für Bahnanwendungen.

Sie leitet die zutreffende SIL von der tolerierbaren Gefährdungsrate

pro Stunde und pro Funktion ab. SIL 4 erlaubt einen Bereich von

10-9 bis 10-8, bis zu SIL 1 mit 10-6 bis 10-5.

Überlegungen zur Architektur

Eine sicherheitskritische Anwendung benötigt ein sicheres System

mit einem bestimmbaren Fehlerverhalten. Es ist nur logisch, dass

man den Faktor Sicherheit bereits in der ersten Planungsphase untersucht.

Hier hat man die besten Chancen, Fehlerquellen rechtzeitig

zu erkennen. Nur wenn mögliche Fehler frühzeitig erkannt

werden, kann das System dahingehend optimiert werden, diese

Fehler zu umgehen.

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Bahnelektronik

Redundanz und Sicherheit

Um das Risiko im sicherheitskritischen Umfeld zu senken, integriert

man mehrere Instanzen der gleichen Komponente in einem

System. Man macht sie redundant. Ein verdoppelter Rechner erhöht

die Verfügbarkeit, also den MTBF-Wert. Fällt eine CPU aus,

kann das System mit der verbleibenden CPU den Betrieb aufrechterhalten.

Um auch die Sicherheit zu erhöhen, müssen beide Systeme

ordnungsgemäß funktionieren, damit die Anwendung in Betrieb

bleibt. Das wiederum senkt jedoch die Verfügbarkeit.

Die üblichste Konstellation, um sowohl die Sicherheit als auch

die Verfügbarkeit zu erhöhen, ist ein dreifach redundantes System.

Drei CPUs oder Systeme laufen mit einer Entscheidungsstufe, einem

Voter, der ständig die Ausgabe der drei Komponenten überwacht.

Gibt es mit einem der Systeme ein Problem, isoliert es der

Voter; die anderen beiden bleiben in Betrieb. Ein Minuspunkt bei

diesem Design ist die Komplexität, die ein solches System erfordert.

Alle drei CPUs müssen zwingend synchronisiert werden und

in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren – eine große Herausforderung

aus Sicht der Softwareentwicklung.

Wird Redundanz aufgebaut, muss man sich auch darüber im

Klaren sein, dass identische Systeme anfällig für Gleichartiges sind.

Es kann zu Versagen mit einheitlichem Ablauf (Common Mode

Failures) und Versagen aufgrund gemeinsamer Ursache (Common

Cause Failures) kommen. Um dem entgegenzuwirken, baut man

Unterschiede ein, so dass ein einzelner Fehler nicht zu einem Ausfall

mehrerer Komponenten und schließlich des Systems führt.

Dieses Prinzip nennt man Diversität.

Beispielsweise kann eine elektrostatische Entladung identische

Ausgänge stören, so dass diese ausfallen. Bei zwei unterschiedlichen

physikalischen Ausführungen eines binären Ausgangs verbessert

sich im Vergleich zu zwei identischen Typen die Zuverlässigkeit.

Diversität ist auch durch den Einsatz unterschiedlicher

Software erreichbar. Zum Beispiel können softwareseitig unterschiedliche,

voneinander getrennt entwickelte Anwendungen auf

den redundanten Subsystemen laufen.

Dreifach-Redundanz auf dem nach SIL 4 zertifizierbaren VMEbus-Rechner

A602 von MEN, mit Voter im „North FPGA“.

wird, lässt sich bestimmen, ob das System dem geforderten MTBF-

Wert genügen wird. Die Mean Time Between Failures ist die Zeit,

die zwischen Fehlern vergeht, die das System von sich aus während

des Betriebs voraussichtlich aufweist.

Es ist auch entscheidend, welches Verhalten eine Funktion aufweisen

soll. Ein System, das stetig sein muss, läuft auch weiter

nachdem eine oder mehrere Komponenten ausgefallen sind. Da

der Betrieb dann aber nicht wie geplant weitergeführt wird, können

Fehler hier zu einem unsicheren Zustand führen. Als „fail-safe"

wird ein System bezeichnet, das so ausgelegt ist, dass es im Fehlerfall

nicht in einen unsicheren Zustand geht, sondern in einen

Zustand, der mindestens ebenso sicher ist wie bei Normalbetrieb.

In manchen Anwendungen definiert sich Sicherheit durch Verfügbarkeit,

während speziell bei der Eisenbahn die Verfügbarkeit

nicht unbedingt die Sicherheit bestimmt. Fällt ein Steuersystem

aus, kann ein Zug anhalten. Für ein Flugzeug kommt das nicht in

Frage. Ein Zug, der steht (also nicht verfügbar ist), befindet sich

isoliert gesehen in einem sicheren Zustand. Steht er jedoch auf der

Strecke, muss diese Information auch zuverlässig und rechtzeitig

an Folgezüge gehen. Das geforderte Verhalten hängt also stark von

der jeweiligen Funktion und vom Kontext ab.

Dreifache Redundanz auf einer einzigen Baugruppe

Ein System mit eingebauter Dreifachredundanz ist eine innovative

Architektur und eine Alternative zu klassischen Konstellationen.

Drei Prozessoren und drei Speicherinstanzen arbeiten im Lockstep-Modus.

Alle werden von einem Voter überwacht, der in einem

FPGA realisiert ist. Fällt CPU 2 aus, isoliert der Voter diese,

hält sie im Reset-Zustand und benachrichtigt die Software. Anschließend

vergleicht der Voter die Ausgabe der anderen zwei Prozessoren.

Das System ist weiterhin funktionsfähig, ein Ausfall von

CPU 1 oder CPU 3 würde es jedoch zum Erliegen bringen.

Sogar Diversität ist auf einer einzelnen Baugruppe möglich, mit

Echtzeit-Betriebssystemen wie PikeOS. Die Speicherverwaltung

muss ein Partitionieren der Ressourcen erlauben, wie beim MEN-

Design mit Power-PC-Prozessoren. Bestimmte Speicherbereiche

sind den Partitionen genau zugewiesen. Anwendungen und Aufgaben,

die innerhalb der Partitionen ausgeführt werden, können

völlig verschieden sein.

Hersteller mit Erfahrung in den Schlüsseldisziplinen der funktionalen

Sicherheit können schnellere und kostengünstigere Lösungen

bieten. Dazu gehört auch Erfahrung im entsprechenden Normenumfeld

und in der Praxis, zum Beispiel mit der Nachverfolgbarkeit

von Anforderungen, dem Prüfen gegen Code-Regeln in

der Software- und FPGA-Entwicklung, dem Risiko- und Bauteil-

Obsoleszenz-Management, der Qualifikation oder einem IRIS-

Qualitätsmanagement speziell für den Bahnmarkt.

Zwar nimmt die Anzahl der qualifizierten Anbieter ab, je höher

Anspruch und Anforderungen einer kritischen Anwendung sind,

doch es gibt sie. Der Schutz menschlichen Lebens und das Vermeiden

von katastrophalen Zwischenfällen stehen bei Rechnersystemen

in sicherheitskritischen Anwendungen im Vordergrund. Systeme

müssen zuverlässig funktionieren und effektiv kommunizieren.

Nirgendwo trifft das mehr zu als im wachsenden Bahnmarkt.

(ah)

n

Die Autorin: Susanne Bornschlegl ist Technische Redakteurin bei

MEN Mikro Elektronik in Nürnberg.

56 elektronik industrie 08-09/2012

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Bahnelektronik

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Embedded-Systeme

Performance zum Abheben

Box-PCs für Check-In-Schalter

Dank der leistungsfähigen Fujitsu Motherboards mit AMDs ASB1-Plattform fungiert der neu entwickelte Box-PC

des italienischen Unternehmens Asem einerseits als Check-in-System für das Bodenpersonal und gleichzeitig

übernimmt er auch noch die Digital-Signage-Aufgaben für die Schalter-Anzeigetafel. Autor: Peter Hoser

Man kennt das Bild: Am Flughafen weisen große Displays,

die Fluglinie und -ziel anzeigen, den Reisenden

den Weg zum richtigen Check-In-Schalter. Dort angekommen,

nimmt das Bodenpersonal über den PC die

Buchung für den Flug vor. Bislang wurden für beide Applikationen

– also die Darstellung der Flugdaten auf dem Bildschirm über dem

Schalter sowie das Computing am Check-in-Terminal – stets zwei

separate Systeme eingesetzt. Asem hat jetzt einen neuen Box-PC

auf Basis von Fujitsu-Embedded-Motherboards mit AMD-Embedded-Prozessoren

entwickelt, der sowohl die Computing-Aufgaben

des Check-In-Rechners übernimmt, als auch die Anzeigentafel

ansteuert. Statt zwei separater Systeme, wird so pro Schalter

nur ein für beide Applikationen gemeinsam genutzter PC nötig.

Das bietet gleich mehrere Vorteile. Zum einen spart es Geld.

Schließlich müssen vor allem an großen nationalen und internationalen

Drehkreuzen eine enorme Vielzahl an Check-In-Schalter

mit PC-Systemen ausgestattet werden. Und wenn nur noch die

Hälfte der Systeme benötigt wird, summiert sich das schnell zu einer

beträchtlichen Ersparnis. Zum anderen wird durch die zentra-

le Steuerung der beiden Applikationen auf einem System die Anzeige

direkt mit dem Schalter-Rechner gekoppelt. Das ist insofern

relevant, als dass im hektischen Flughafenbetrieb Schalter schnell

geöffnet, geschlossen oder gewechselt werden müssen – je nach

Auslastungslage und Flugplan. Muss die Anzeige dabei separat

vom Bodenpersonal angesteuert werden, kostet dies Zeit und birgt

die Gefahr für Fehlanzeigen. Unter Umständen erscheint dann auf

der Anzeige nicht sofort die richtige Fluglinie, was den Check-In

verzögert und Kunden verunsichert. Sind beide Systeme jedoch

gekoppelt, sind solche Fehler ausgeschlossen. Das Personal meldet

sich am PC-System an, ruft den entsprechenden Flug auf und das

System stellt automatisch die passende Anzeige dar. Meldet sich

das Personal wieder am Rechner ab, erlischt auch die Fluganzeige.

Hohe Anforderungen an die Hardware

Bei der nötigen Hardware galt es, genau hinzusehen, schließlich

waren die Anforderungen an die Technik nicht trivial. Zum einen

sollte die Rechenleistung fein abstimmbar auf die benötigte Performance

sein, um ein ideales Performance-pro-Watt-Verhältnis zu

58 elektronik industrie 08-09 / 2012

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Embedded-Systeme

Bild: toedti2000_pixelio

Große Displays, die

Fluglinie und -ziel

anzeigen, weisen

den Reisenden den

Weg zum richtigen

Check-In-Schalter.

erzielen. Zum anderen musste die Plattform über ausreichende

Grafikkapazitäten für die Digital-Signage-Applikation, also die

grafische Darstellung der Flugdaten auf der Anzeigetafel, verfügen.

Und nicht zuletzt sollten die eingesetzten Komponenten besonders

robust, energieeffizient und kompakt sein, um ein langlebiges sowie

platzsparendes Systemdesign zu ermöglichen. Der Grund: auf

Flughäfen ist der Platz knapp und damit die Einbausituationen für

Hintergrund-Bild: virtabo - Fotolia.com

Auf einen Blick

Box-PC für Digital-Signage-Aufgaben

Der neue Box-PC des italienischen Unternehmens Asem wurde auf

Basis von Fujitsu-Embedded-Motherboards mit AMD-Embedded-Prozessoren

entwickelt. Er übernimmt sowohl die Computing-Aufgaben

des Check-In-Rechners, und steuert auch die Anzeigentafel an. Statt

zwei separater Systeme, wird so pro Schalter nur noch ein für beide

Applikationen gemeinsam genutzter PC nötig.

infoDIREKT www.all-electronics.de

605ei0912

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Embedded-Systeme

Bilder: Fujitsu Technology Solutions

Zwei Videoausgänge

ermöglichen das System in

Multimonitor-Installationen

einzusetzen.

Rechts: Das Herzstück des Box-PCs: Das Fujitsu Mini-ITX-

Industrie-Motherboard D2963-S mit der AMD-ASB1-Plattform

kombiniert führende x86 Prozessoren und leistungsfähige

Grafiktechnologie mit einer geringen Leistungsaufnahme.

die PC-Systeme entsprechend sehr eng. Daraus wiederum ergeben

sich hohe thermische Restriktionen. Die Komponenten müssen

besonders energieeffizient sein und möglichst wenig Abwärme

produzieren. Für solche Bedingungen empfiehlt sich prinzipiell

der Einsatz von Embedded-Computer-Technologie, da diese bestens

für solche Einbausituationen ausgelegt ist.

Doch auch mit der Festlegung auf Embedded-Computing-Komponenten

war noch keine Entscheidung bezüglich der zu verwendenden

Komponenten gefällt. Denn natürlich gibt es auch im Bereich

Embedded-Computing gewaltige Unterschiede, zum Beispiel

hinsichtlich der Formfaktoren. Nach ausgiebiger Evaluation entschied

sich das italienische Unternehmen Asem für seine neuen

Box-PCs letztlich für die Fujitsu-D2963-S-Mini-ITX-Industrie-

Mainboards mit AMD-ASB1-Plattform. Der kompakte Mini-ITX-

Formfaktor ermöglicht das Design äußerst platzsparender Lösungen.

Im Gegensatz zu dedizierten Thin-Client-Boards bietet Mini-

ITX das lokale Feature-Set sowie die hohe Grafik- und Computing-Performance,

die verteilte Applikationen wie beispielsweise

Kiosk-Systeme, Digital Signage oder auch alle anderen grafikintensiven

Applikationen.

Die Boards sind sehr robust und für den anspruchsvollen Dauereinsatz

ausgelegt und somit dauerhaft ausfallfrei. Das senkt nicht

nur den Wartungs- und Reparaturaufwand, sondern vermeidet

auch teure Ausfallzeiten. Zudem verfügen die Boards und Komponenten

über eine Langzeitverfügbarkeit von fünf Jahren und können

somit in diesem Zeitraum in identischer Ausführung nachgekauft

werden. Das senkt die Gesamtkosten des Systems über die

Standzeit gesehen noch weiter.

Verzögerungsfreie Rechen- und Grafikleistung

Doch bei dieser Applikation kam es neben einem kompakten Design

und der Wirtschaftlichkeit der Systeme vor allem auf eine verzögerungsfreie

Rechen- und Grafikleistung an. Zum einen verfügen

die Boards über zahlreiche Grafikoptionen für die ruckelfreie

Darstellung der Digital-Signage-Darstellungen auf der Anzeigentafel.

Dank DVI- und Dual-Channel-LVDS-Support des Boards

können über den Box-PC problemlos beide Displays, also das des

Schalter-Rechners sowie die Anzeigetafel, angesteuert werden.

Bei den Motherboards setzt Fujitsu Technology Solutions auf

AMD-Prozessoren und Chipsatztechnologie mit integrierter Grafik.

Die ASB1-Plattform bietet x86er-Prozessoren und eine leistungsfähige

Grafiktechnologie bei einem sehr geringen Energiebedarf.

Mit der Kombination von ASB1-Prozessoren und M690E-

Chipsatz mit SB600 erfüllten die Mini-ITX-Motherboards die

Anforderungen von Asem hinsichtlich Strombedarf, Performance

und Footprint.

Der eingesetzte Chipsatz mit ATI-Radeon-X1250-Grafik, der

ausschlaggebend ist für die Features und damit auch für die OS-

Konfiguration und in einem weiten Bereich von Single- und Dualcore-CPUs

skalierbar, kann somit passgenau an die jeweiligen Anforderungen

angepasst werden. Aktuell werden der stromsparende

Sempron BGA-Prozessor 200U (1 GHz/TDP = 8W) oder der Athlon

X2 Neo L325 (1.5 GHz/TDP = 18W)-Prozessor mit Dual-

Core-Performance auf den Mini-ITX-Motherboards eingesetzt.

Dank der breiten Skalierbarkeit der Mini-ITX-Industriemainboards

D2963-S1 und -S2 können Entwickler auf Basis einer einzigen

homogenen Plattform eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen

entwickeln, das beginnt bei besonders energieeffizienten

Low-Power-Designs bis hin zu Dualcore-Designs mit höheren

Ansprüchen an die Rechenleistung. Die verschiedenen Varianten

unterscheiden sich dabei lediglich in der jeweils eingesetzten CPU.

Dadurch wird der Aufwand für die Systemqualifizierung und Wartung

erheblich minimiert.

Hohe Grafik-Performance im Low-Power-Bereich

Neben der breiten, und vor allem homogenen Skalierbarkeit bieten

AMD-basierte Plattformen darüber hinaus noch einen weiteren

Vorteil, der vor allem für die angedachte Ansteuerung der Flugschalter-Displays

relevant ist: Die Performance der im M690E integrierten

ATI-Radeon-Grafik ist deutlich höher als in vergleichbaren

Lösungen für Low-Power-Designs, wie etwa Atom. Ein

Mainboard bestückt mit Atom N270/945GSE/ICH7, ist zwar hinsichtlich

CPU-Performance und Strombedarf mit dem Sempron

200U und der M690T/SB600-Plattform vergleichbar. Doch bei

Grafik-orientierten Applikationen liegen die AMD-Lösung deutlich

besser. So können Entwickler grafikintensive Applikationen

mit sehr guter, hochaufgelöster Grafik mit geringster Latenz designen,

ohne jedoch die CPU-Performance auf Grund einer vorgegebenen

GPU/CPU-Kombination überdimensionieren zu müssen,

und dies alles zu einem sehr attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis.

Und mit der neu vorgestellten G-Series-Prozessorplattform,

die eine leistungsfähige x86er-CPU mit einer DirectX-11-fähigen

GPU auf einem Die vereint, werden künftig grafikintensive Low-

Power-Designs noch effizienter umsetzbar sein. (ah)

n

Der Autor: Peter Hoser ist OEM Director Sales von Fujitsu

Technology Solutions in Augsburg.

60 elektronik industrie 08-09/2012

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Embedded-Systeme

Andrea Danti - Fotolia.com

Vieles ist möglich

Der einfache Weg zur kundenspezifischen HMI

Da HMI-Anwendungen in immer neue Bereiche vordringen und damit der Markt wächst, steigt auch die Anzahl

der Anbieter und Lösungen stark an. So vielfältig die Anwendungen sind, so umfangreich und unterschiedlich sind

auch die Anforderungen an eine HMI.

Autor: Wolfgang Heinz-Fischer

Fand man bisher HMI (Human Machine Interface) in den

klassischen Feldern der Automatisierungstechnik und dem

Maschinenbau, sind sie inzwischen in weiten Bereichen

unseres Lebens angekommen. Man möchte heute eigentlich

alle Geräte und Maschinen so einfach bedienen können, wie

ein Smart Phone. Speziell die jüngere Generation kann sich kaum

noch eine Bedienung über Tasten und Schalter vorstellen. Ohne

Visualisierung geht schon fast gar nichts mehr. Viele haben sicher

schon die leidliche Erfahrung an herkömmlichen Getränke- oder

Süßigkeiten-Automaten auf Bahnhöfen gemacht, dass man sich

schnell mal bei dem Zahlencode vertippt und dann das falsche

Produkt aus dem Automaten geliefert wird. Hier wird die Bedienung

über einen Touchscreen viel einfacher und vor der endgültigen

Entscheidung kann das Produkt nochmals als Bild dargestellt

werden, um letzte Sicherheit zu erhalten. Auch das Thema Fremdsprachen

ist damit fast gelöst. Auch wäre es denkbar, beispielsweise

bei einem Kaffeeautomaten, die bisherige hinterleuchtete, statische

Werbefläche durch ein interaktives Display zu ersetzen. Hier könnten

neben der Bedienfunktion über Touch gleichzeitig Detailinformationen

zum Produkt angezeigt werden. Wird der Automat gerade

nicht bedient, könnte eine reine Werbeinformation laufen oder

Digital Signage aktiv sein. Aber auch die Waschmaschine zu Hause

wird in Zukunft eine HMI haben, wie viele andere Haushaltsgeräte

ebenfalls. So ist es keine Utopie mehr, dass der Kühlschrank der

Zukunft anzeigen kann, was in seinem Innenleben alles an schönen

Speisen vorhanden ist.

Es zeigt sich also schnell, dass das breite Spektrum, das eine

HMI heute abdecken muss, nicht über eine einzelne Lösung zu realisieren

ist. Der augenscheinlichste Unterschied bei HMIs ist die

Displaygröße. Von 3.5 bis zu 22 Zoll wird nahezu jede Displaygröße

in unterschiedlichen Anwendungen gefordert. Reicht bei einem

einfachen Getränkeautomaten mit geringen Anforderungen an

62 elektronik industrie 08-09/2012

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Auf einen Blick

Modulare HMI für eine

optimale Lösung

Modularer Aufbau bei der Realisierung einer

HMI bietet die Möglichkeit, auch schon bei

mittleren Stückzahlen eine kundenspezifi -

sche Lösung um zu setzen. Auch der zeitliche

Rahmen liegt deutlich vor einer komplett

neu aufgesetzten kundenspezifi schen

und integrierten Lösung. Bei kleineren

Stückzahlen sind natürlich Lösungen von

der Stange der richtige Ansatz, da sofort

verfügbar und auch zu vernünftigen Preisen

in kleinen Stückzahlen lieferbar. Doch die

Zukunft gehört modularen Ansätzen. TQ

denkt und handelt heute schon modular.

infoDIREKT

615ei0912

Bedienkomfort und darzustellender Information

schon ein 3,5-Zoll-Display, wird in

einer Komfortversion unter Umständen

selbst ein 22-Zoll-Display nicht mehr genügen.

Hier sind noch größere Displays

gefordert. Auch Multitouch, wie beim iPad

im Einsatz, wird in Zukunft bei interaktiven

Anwendungen eine Rolle spielen. Entscheidend

ist weiterhin, ob der Automat im

Gebäude oder draußen, zum Beispiel auf

einem Bahnhof, steht. Dementsprechend

muss das Display ausgelegt sein hinsichtlich

Helligkeit, Blickwinkel oder Robustheit

und Zuverlässigkeit, auch unter erschwerten

Umgebungsbedingungen. Es

wird also allein schon bei der Auswahl des

Displays schnell deutlich, welch vielfältige

und unterschiedliche Anforderungen

HMIs erfüllen müssen.

Vielfältige und unterschiedliche

Anforderungen

Die geforderte Leistungsfähigkeit und damit

die Wahl des entsprechenden Prozessors

hängen natürlich von den Anforderungen

der Anwendung ab. Wird nur eine

einfache Grafik benötigt oder wie im Falle

von Digital Signage unter Umständen eine

hochauflösende schnelle Grafik, um auch

Filme abspielen zu können, ist eine entsprechende

Prozessorleistung notwendig.

Muss die HMI auch Daten verarbeiten, erfordert

dies eine höhere Leistung. Die Anforderung

an die notwendigen Schnittstellen

sowie das eingesetzte Betriebssystem

und die Anwendungssoftware wird die

Wahl des Prozessors ebenfalls beeinflussen.

So reicht die Bandbreite von Prozessoren

in einer HMI von einem einfachen

ARM-basierenden Prozessor bis zu einem

Intel-Core i7-Hochleistungsprozessor.

Wie bereits oben angesprochen sind die

Anforderungen an die benötigten Schnittstellen

so breit gefächert wie die Anwendungen.

Bei klassischen HMIs sind dies in

erster Linie zwei Ethernet-Schnittstellen,

eine zur Einbindung in das Gesamtnetz,

die zweite zur Anbindung in die Steuerebene.

Hat die HMI zusätzlich Steuerfunktionen,

kommen Feldbusschnittstellen, wie

CAN, Profibus oder andere hinzu. Herkömmliche

serielle Schnittstellen zur Anbindung

von Sensoren und Aktuatoren

spielen bei HMIs weiterhin eine Rolle,

auch wenn diese zunehmend von USB-

Schnittstellen abgelöst werden. Darüber

hinaus werden drahtlose Verbindungen

wie Wireless LAN immer wichtiger. Bei

Automaten im Konsumerbereich, wie Getränke-

oder Süßwarenautomaten, sind die

Anforderungen in aller Regel nicht wesentlich

anders als im klassischen Automatisierungsbereich.

Ein entscheidendes Kriterium ist weiterhin

der Aufstellungsort. Im Außenbereich,

wie zum Beispiel auf Bahnhöfen, muss die

HMI unter extremen Witterungsbedingen

wie tiefe oder hohe Temperaturen zuverlässig

arbeiten können. Der Schutz vor

Feuchtigkeit ist im Außeneinsatz von immenser

Bedeutung. In einer Maschinenhalle

kommen zusätzliche Belastungen wie

Schock und Vibrationen hinzu. Wird die

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CompactPCI ®

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Bild: TQ-Group

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Embedded-Systeme

Eine kompakte und

robuste 7-Zoll-

Lösung.

COMSys, die

modulare

Embedded-Plattform.

Das ARM-Cortex-A8-

Mainboard.

Bilder: TQ-Group

HMI im Innenbereich, wie zum Beispiel einem Einkaufszentrum,

eingesetzt, sind sicher einfachere Lösungen möglich.

Diese vielfältigen Anforderungen verdeutlichen, dass es kein

einfaches Unterfangen ist, die richtige Wahl zu treffen. Der erste

Weg ist sicher der, zu den Anbietern zu gehen, die den entsprechenden

Markt oder die spezielle Applikation bedienen. Hier gibt

es eine Fülle an Standardangeboten, die sicher schon eine erste Lösung

darstellen. Oft fehlen jedoch spezielle Kleinigkeiten oder

Funktionen, so dass der Einsatz einer Standardlösung nur als

Kompromiss gelten kann. Der zweite Weg ist der, zu einem Entwicklungsdienstleister

zu gehen, um sich seine ganz individuelle,

aber 100-prozentig passende HMI entwickeln und fertigen zu lassen.

Wegen der hohen Entwicklungskosten und langen Entwicklungszeiten

wird dies allerdings nur bei sehr großen Stückzahlen

funktionieren. Um flexibler zu werden, gehen einige Anbieter einen

neuen Weg, indem sie Display- und Rechnereinheit trennen.

Bei dieser Lösung wird die Rechnereinheit in einer separaten Box

hinten auf die Displayeinheit montiert oder an einer anderen gut

geeigneten Stelle im System positioniert. Wandeln sich die Anforderungen

an das Display, muss bei dieser Art von Baukasten lediglich

die Displayeinheit geändert werden, die Rechnerbox bleibt

gleich. Umgekehrt ist es bei geänderter Leistungsanforderung lediglich

erforderlich, die Rechnereinheit zu wechseln, das Display

bleibt und muss nicht ausgetauscht werden. Dies zeigt, dass Modularisierung

der Weg zu größerer Flexibilität und damit zu günstigeren

Lösungen ist.

Größere Flexibilität und günstigere Lösungen

Der modulare HMI-Baukasten von TQ ermöglicht es, eine kundenspezifische

HMI auch bei mittleren Stückzahlen kostengünstig

und zeitnah zu realisieren. Damit erhält der Anwender die auf seine

Bedürfnisse optimal zugeschnittene Lösung, ohne dabei Kompromisse

wie bei Standardlösungen eingehen zu müssen. Der Baukasten

enthält Standardkomponenten sowie IPs und zusammen

mit einem ECO-System sind nahezu alle Lösungen denkbar. Als

Basis dient in aller Regel ein Embedded-Modul. Der TQ-Baukasten

bietet nicht nur x86-Lösungen auf Basis von COM Express

oder Q7, sondern auch Lösungen auf Basis von ARM-Prozessoren

von ARM9 bis ARM Cortex-A9. Die Module werden immer für

den jeweiligen Prozessor optimiert, sie sind hoch integriert in

kleinster Bauform und alle Signale sind auf dem Systemstecker

verfügbar. Diese kompletten Module bieten dem Anwender die

größtmögliche Freiheit bezüglich der HMI-Bauform sowie höchste

Flexibilität unter Nutzung der verfügbaren Schnittstellen des

Prozessors. Mit dem kleinsten Modul TQMa28 mit einem Freescale-i.MX28-ARM9-Prozessor

in den Abmessungen 40 mm x 26 mm

ist eine HMI in der Größe einer Zigarettenschachtel denkbar. Das

Basisboard ist entweder ein Standard-TQ-Mainboard oder es kann

nach Kundenwunsch recht schnell, aufbauend auf den IPs des

Mainbaords realisiert werden. Auf der Integrationsseite von Gehäuse

und Anschluss eines Displays, gegebenenfalls mit Touch,

greift TQ auf eigene Standards oder auf ein etabliertes Partner-

Netzwerk zurück. Der Anwender entscheidet, ob er die Gesamtlösung

aus einer Hand beziehen, oder Teillösungen bei den einzelnen

Partnern einkaufen will. Ganz wichtig ist jedoch die Lösungskompetenz,

die neben der reinen Hardware auch die Softwarelösung,

sowie das entsprechende Betriebssystem mit allen

notwendigen Treibern beinhaltet. Hier sind Lösungen aus einer

Hand sicher von Vorteil und für den Anwender mit weniger Problemen

verbunden. (ah)

n

Wolfgang Heinz-Fischer ist Leiter Marketing / PR bei der

TQ-Group.

64 elektronik industrie 08-09/2012

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Embedded-Systeme

Neue Version

Embedded-Entwicklungs-Toolsuite

IAR Systems stellt eine neue Version ihrer

Embedded-Entwicklungs-Toolsuite für die

Produktfamilie der Ultra-Low-Power-16-Bit-

Mikrocontroller MSP430 von Texas Instruments

vor. Die Version 5.50 der IAR Embedded

Workbench für MSP430 verfügt über einen

neuen Texteditor sowie einen Sourcebrowser.

Nutzerfreundliche Funktionen wie Auto-Vervollständigen,

Code-Folding, Block-Auswahl,

Block-Einrückung, Klammerzuordnung und

Zoomen bietet der Texteditor. Verbessert wurden

außerdem die Wort/Paragraph-Navigation

sowie die Parameterhinweise, die jetzt auch

Funktionsargumente anzeigen. Mit diesen

neuen Funktionen navigieren Embedded-Entwickler

schnell durch ihren Code und schreiben

einen effizienteren Code mit weniger Tastaturanschlägen.


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636ei0912

Pico-ITX-Formfaktor mit Cortex A8

Für die Entwicklung kleiner,

leistungsstarker Anwendungen

Ethernet-LAN-Controller

Für Anwendungen im Rugged-Bereich

Bild: Data Modul

Bild: ADL Embedded Solutions

ADL Embedded Solutions kündigt mit der Adllan-41000e

einen Ethernet-LAN-Controller mit

vier LAN-Ports für Anwendungen im Rugged-

Bereich an. Die PCI/104-Express-Karte basiert

auf einem Intel-i350-AM4-Controller und sie

unterstützt Datenübertragungsraten von

10/100/1000 MBit/s. Dank der PCIe-V2.0-

Schnittstelle können die vier LAN-Ports mit

voller I/O-Bandbreite übertragen werden und

belegen dabei nur eine PCI-Express-x1-Lane.

Drei weitere Adllan-41000e-Boards lassen

sich im selben Stack verwenden, so dass insgesamt

16 Ethernet-Ports zur Verfügung stehen.

Damit bringt die neue Karte echte Server-

Funktionalität in das PCI/104-Express-Format.

Die ADLLAN-41000e ist rückwärtskompatibel

zu PCIe-V1.0-Signal-Plattformen, wenn auch

mit Übertragungsraten von weniger als ein Gigabit

pro Port. Über die Typ-1-PCIe-Bus-

Schnittstelle des Host-SBCs unterstützt das

Board zwei zusätzliche USB-2.0-Ports. Da die

USB-Ports nicht über einen unabhängigen

USB-Controllers implementiert werden, sind in

Konfigurationen, die mehr als eine Adllan-41000e-Karte

verwenden, maximal zwei

Ports verfügbar. Weitere technische Merkmale

sind PXE-Pre-Boot-Support, integrierte I/O-

Virtualisierung sowie ACPI- und APM-Power-

Management-Funktionen. Für Netzwerke mit

Jumbo-Frame-Support unterstützt die Karte

bis zu 9,5 KByte große Frames. Der Temperaturbereich

der 96 mm x 96 mm großen Karte

reicht von –40 bis +85 °C und sie ist lauffähig

unter Betriebssystemen wie beispielsweise

Windows 7, Windows XP und Linux.

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697ei0912

Mit der armStoneA8 bietet Data Modul einen

kleinen, aber trotzdem kraftvollen und kosteneffizienten

Single-Board-Computer (SBC) an.

In vielen Applikationen der Industrie- und Medizintechnik

besteht häufig der Bedarf nach

einem leistungsfähigen SBC mit geringem

Stromverbrauch. Alternativ zu Lösungen mit

Computer-on-Modules (COMs), welche ein Basisboard

benötigen, ist mit dem Einsatz eines

SBCs ein schnelleres Time-to-Market möglich.

Es stehen WCE6.0/ WEC7 und Linux zur Verfügung.

Sowohl der Bootloader, wie auch SDK,

BSP und fertige Kernel können sofort verwendet

werden. DirectX und Open GL sowie

GStreamer werden unterstützt. Das Board bietet

zudem eine Vielzahl von Schnittstellen wie

beispielsweise USB-Host/ -Device, 2x LAN,

RS232, CAN, SPI, I2C, sowie Audio (In/Out).

Weiterhin stehen eine LVDS-Schnittstelle, eine

DVI-D-(HDMI) Schnittstelle bis zu 1920 x 1080

und noch eine Touchpanel-Schnittstelle zur

Verfügung. Damit können zwei unabhängige

Displays beziehungsweise Monitore angesteuert

werden.

infoDIREKT

638ei0912

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Embedded-Systeme

Auf den Whitespeed-Modulen

sorgen Microspeed-Steckverbinder

für hohe Kontaktsicherheit.

Bilder: Erni Electronics

COMs für raue Industrieumgebungen

Zuverlässiges, geschirmtes Steckverbindersystem

Mit der WHITEspeed-Familie bringt Erni Electronics COM-Lösungen auf den Markt, die neben leistungsfähigen

ARM-CPUs, PCI Express und zeitgemäßen, schnellen seriellen Interfaces, insbesondere von der Performance und

Zuverlässigkeit der eingesetzten Microspeed-Steckverbinder profitieren.

Autor: Bernd Eifer

Damit werden auch Anwendungen in besonders rauen und

anspruchsvollen Industrieumgebungen wie sie im Bereich

Transport, Bahntechnik, Schwerindustrie oder Automatisierung

gegeben sind, mit hohen Schock- und Vibrationsbelastungen

adressiert.

COMs (Computer-on-Modules) kommen ja nicht für sich allein

zum Einsatz, sondern als System mit dem jeweiligen Basisboard.

Neben dem Bussystem und den weiteren E/A-Schnittstellen spielen

demnach auch die Steckverbinder für die Verbindung zwischen

den Modulen und dem Trägerboard eine wichtige Rolle bezüglich

der Performance und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Obwohl

der Einsatz oftmals in rauen Industrieumgebungen mit störenden

Einflüssen wie Schock, Vibration und EMV-Problemen erfolgt, basieren

viele COMs auf einfachen Direktsteckverbindern oder kostengünstigen

Steckverbindungen wie sie zum Beispiel in Notebooks

eingesetzt werden.

Direktsteckverbinder (Card Edge Connectors) sind einteilige

Verbindungssysteme, welche direkt mit der Leiterplatte kontaktieren.

In rauen Umgebungen mit starker Vibrations- und Schockbelastung

können Direktsteckverbinder nicht zuverlässig eingesetzt

werden. Hier kann es zu Reibkorrosion kommen – unzureichend

konstruierte und gefertigte Kontakte reiben sich bei Vibration

durch. Ursache dafür sind eine ungenügende Goldauflage, Nickelkanten

oder offenliegende Glasfasern. Andererseits ist bei zweiteiligen

Steckverbindern (Messer- und Federleiste) mit einschenkligen

Kontakten die Kontaktsicherheit limitiert (nur ein Kontaktpunkt).

Durch falsche Ausrichtung, mechanische Toleranzen oder

Vibration und Schock kann es zu Kontaktverlust kommen.

Mit den Whitespeed-Modulen und den Microspeed-Steckverbindern

stehen erstmals COMs mit einem sehr zuverlässigen, geschirmten

Steckverbindersystem zur Verfügung, das mit zweischenkligen

Kontakten für eine gute Kontaktüberdeckung beziehungsweise

Überstecksicherheit sorgt und mit hochwertigen Kontaktoberflächen

auch anspruchsvollen Anforderungen Stand hält.

Robuste, zuverlässige und EMV-optimierte Verbindungen

Die modular aufgebauten, geschirmten Steckverbinder sind als

zweireihige Ausführung mit 50 Kontakten für den weiten Temperaturbereich

von -55 bis +125 °C verfügbar. Die Signalkontakte

sind in SMT-Technik ausgeführt, während für die Schirmkontakte

zwei Optionen verfügbar sind: SMT oder Through Hole Reflow

(THR) für besonders schwere Einsteckkarten oder höhere mechanische

Beanspruchung. Die Koplanarität der SMT-Anschlüsse ist

zu 100 Prozent garantiert, mit einer Toleranz von weniger als 0,10

mm für alle Kontakte. Der Aufbau mit einem offenen Pinfeld

gleichartiger Signalkontakte mit einem Längsraster von 1,0 mm

und einem Querraster von 1,5 mm erlaubt eine horizontale und

vertikale Anordnung der differenziellen oder Single-ended-Signale

– je nach Anwendung beziehungsweise Anforderung an die Impedanz.

Microspeed-Steckverbinder ermöglichen Datenraten von

10 Gbit/s und deutlich mehr bei entsprechender Schaltungs- oder

Layout-Auslegung.

Oft sind es aber nicht allein die Datenraten, sondern die sehr

guten Werte bezüglich der Signalintegrität beziehungsweise EMV,

66 elektronik industrie 08-09/2012

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Embedded-Systeme

Mit zweischenkligen Kontakten und

speziellen Schirmungsstrukturen

bieten Microspeed-Stecker eine hohe

Kontaktsicherheit und ein optimiertes

EMV-Verhalten.

Die zweireihigen, 50-poligen

Microspeed-Steckverbinder bieten

eine stabile, zuverlässige und

geschirmte Steckverbindung.

die den Microspeed für das Design prädestinieren. Denn die EMV-

Eigenschaften von Steckverbindern haben entscheidende Bedeutung

für die Störfestigkeit und Störaussendung von elektronischen

Produkten. Koppelinduktivität und Schirmdämpfung sind hier die

entscheidenden Parameter. Um ein kontrolliertes Impedanzverhalten,

geringes Nebensprechen und gute Kopplung für differenzielle

Signalpaare zu erreichen, verfügen die Microspeed-Komponenten

über ganz spezielle Schirmungsstrukturen. Das modular

ausgelegte, geschirmte Microspeed-Steckverbindersystem besteht

aus zwei Kontaktreihen und zwei außen angeordneten Schirmblechen.

Die Signalkontakte sind ausschließlich in SMT ausgeführt,

da Durchkontaktierungen, wie sie bei Einpresssteckern notwendig

sind, negativen Einfluss auf das Rausch-Verhalten und Reflektionen

haben.

Auf einen Blick

Maßgeschneiderte Designs

Mit einem skalierbaren Leistungsspektrum von verfügbaren Whitespeed

COMs, schnellen und Strom-sparenden CPUs und robusten,

zuverlässigen Steckverbindungen bis hin zu kundenspezifi schen Trägerboards

eröffnet Erni Electronics maßgeschneiderte Designs für

vielfältige Anwendungen, auch im besonders rauen Industrieumfeld.

Typische Applikationen fi nden sich in der industriellen Automatisierungstechnik,

Transport und Bahntechnik, Nutzfahrzeugen, etc.

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Embedded-Systeme

Wesentliche Features der Whitespeed-1.0-Schnittstelle.

Das Whitespeed-Basisboard ist auch mit LCD verfügbar.

Skalierbare COMs für raue Umgebungen

Bedingt durch die üblicherweise verwendeten Direktsteckverbinder

oder Steckverbinder mit nur einem Kontaktpunkt (einschenkliger

Aufbau) gab es bisher keine kompromisslos robusten COM-

Lösungen auf dem Markt. Im Gegensatz dazu stellen die zweireihigen,

50-poligen Microspeed-Steckverbinder eine stabile, zuverlässige

und geschirmte Steckverbindung zwischen den Modulen und

dem Basisboard zur Verfügung. Mit den zweischenkligen Kontakten

gewährleisten sie nicht nur eine hohe Kontaktsicherheit, sondern

auch eine hohe Fangsicherheit beim Stecken.

Außerdem sind die Module durchgängig sehr robust aufgebaut.

Sie können per Konvektion (Convection Cooling) oder Konduktion

(Conduction Cooling) gekühlt werden. Alle Komponenten sind

mindestens für eine Umgebungstemperatur von -40 bis +85 °C

spezifiziert. Die neuen Mezzanine-Boards im Kreditkarten-Format

(85 mm x 55 mm) basieren auf einem ARM-Prozessor mit

besonders geringer Stromaufnahme und einem umfassenden Ecosystem

mit Betriebssystemen, Entwicklungsumgebungen, Bibliotheken,

Compiler, Linker, etc.

Das Whitespeed-Portfolio umfasst eine Familie von pin-kompatiblen

ARM-basierten Mezzanine-Modulen, die sich im Wesentlichen

durch die CPU-Performance (Taktfrequenz, Anzahl der

Cores, Coprozessoren) und I/Os beziehungsweise Speicherkonfiguration

unterscheiden. Darüber hinaus steht ein umfangreich

ausgestattetes, adaptierbares Basisboard zur Verfügung. Dieses

Träger-Board ist die Plattform für die Entwicklung der Anwendungs-Software

und gleichzeitig ist das Board die Basis für kundenspezifische

Boards.

Leistungsfähige Schnittstelle und CPU

Mit vier Microspeed-Signal-Steckverbindern und einem Microspeed-Powermodul

realisiert das Unternehmen diese neue standardisierte

Schnittstelle (Whitespeed 1.0) der Module zum Basisboard.

Dabei werden unterstützt: PCIe x1/x4, Ethernet

10MB/100MB/1GB, SATA, USB 2.0 High Speed, UART, CAN, I 2 C,

SPI, LVDS, LC-Display (es können zwei Bildschirme gleichzeitig

bedient werden), HDMI beziehungsweise SDVO (Serial Digital

Video Out), HDA (High Definition Audio), Watchdog, Debug Interface

(JTAG), etc.

Die ersten Whitespeed-Module basieren auf dem Freescale-Mikrocontroller

iMX537 mit ARM-Cortex-A8 Core. Der Core ist

skalierbar mit Frequenzen von 600 MHz bis 1 GHz. Mit dem Cortex-A8-Prozessor

können sowohl Anforderungen mit hoher Rechenleistung

(zum Beispiel 2000 Dhrystone MIPS) als auch sehr

geringe Verlustleistungen mit weniger als 300 mW adressiert werden.

Zur Speicherausstattung des i.MX537 (ARM-Cortex-A8 mit

bis zu 800 MHz bei -40 bis 85 °C) gehören DDR3-RAM (1 bis 2

GByte), zuverlässige NOR-Flashspeicher (64 bis 256 MByte) für

den Boot-Code, NAND-Flash (bis zu 4 GByte) und I2C-EEPROM

mit bis zu 128 kByte für die Konfigurationsdaten. Die CPUs bieten

zudem umfangreiche Power-Management-Funktionen. Der i.

MX537 ist sowohl hinsichtlich Performance als auch geringe Verlustleistung

optimiert. Mit einem integrierten Display-Controller,

1080p/720p HD Video-Funktionalität sowie erweiterter Grafik ist

die CPU zum Beispiel sehr gut geeignet für Anwendungen wie Industriemonitore

oder Bedienterminals.

Neben einer Roadmap für weitere Module (beispielsweise Cortex-A9

oder Cortex-A15, Single-Core- und Multicore-Bausteine)

mit höherer Performance wird auch eine Garantievereinbarung für

eine erweiterte Produktlebenszeit angeboten.

Bei der Produkteinführung ist Linux-Unterstützung durch ein

Board-Support-Package (BSP) gegeben. Außerdem werden Echtzeit-Linux,

Windows (Windows CE, Windows Embedded) sowie

zusätzliche Betriebssysteme auf Anfrage folgen.

Das universelle Basisboard (241 mm x 147,5 mm) kann auch als

Entwicklungsboard (mit oder ohne LC-Display) genutzt werden.

Insbesondere ist die Whitespeed-Lösung prädestiniert für intelligente

Bedienterminals in der Automatisierungs-, Transport- oder

Medizintechnik. So können ein oder auch zwei LC-Displays für

Touch-, Tastatur- oder Maus-Bedienung äußerst einfach angeschlossen

werden.

Skalierbares Leistungsspektrum

Für die applikationsspezifische Trägerboard-Entwicklung steht ein

Entwicklungssystem aus generischem Trägerboard und Modul zur

Verfügung. Darüber hinaus werden auch kundenspezifische Basisboards

und Unterstützung bei der Entwicklung und Fertigung von

Basisboards angeboten.

Für Industriekunden ist auch eine lange Produktlebenszeit ein

äußerst wichtiges Kriterium. Aus diesem Grund verpflichtet sich

Erni zu längeren Lebenszyklen für die COMs, als sie für die Einzelkomponenten

auf den Modulen üblich sind. Das vereinfacht das

Lifecycle-Management für den Kunden, da er sich nicht um die

Beschaffung von DRAMs, Flash-Speicher und anderen Bauteile

mit kurzen Lebenszyklen kümmern muss. Außerdem gibt es eine

Upgrade-Garantie, das heißt die nächste Modul-Generation (zum

Beispiel auf Cortex-A9-Derivaten) wird auf bestehenden Trägerboards

laufen. (ah)

n

Bernd Eifer ist Leiter Entwicklung Elektronik

und Systeme bei Erni Electronics in Adelberg.

68 elektronik industrie 08-09/2012

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Embedded-Systeme

Neue Produkte

Flacher 2-HE-IPC

Mit Sandy-Bridge-Prozessoren

XMC-Mezzanin-Modul

USB 3.0 Super-Speed-Controller

Bild: BEG Bürkle

In der 19-Zoll-Rackline von BEG

Bürkle gibt es einen komplett

überarbeiteten IPC mit aktuellen

Sandy-Bridge-Prozessoren von

Intel. Schnelle Intel-Dual-Coreoder

Quad-Core-Prozessoren bis

i7-2600 sorgen im flachen 2-HE-

Slim-Rack-Rechner für die zur

Bildverarbeitung nötige Leistung.

Der Rechner läuft wahlweise mit

Windows XP- oder Windows

7-Betriebssystem. Er verfügt über

ein überdruckbasiertes Kühlkonzept

mit aktiver Be- und Entlüftung

sowie einen temperaturgeregelten

Vier-Draht-Lüfter. Bei

Umgebungstemperaturen von 5

bis 50 °C läuft er zuverlässig im

24/7-Dauerbetrieb. Durch die

frontseitige Belüftung kann die

Filtermatte rasch von vorne auswechselt

werden. Sämtliche Bedienelemente

und zwei USB-Anschlüsse

sind an der Gerätefront

angeordnet.

infoDIREKT

630ei0912

Bild: EKF Elektronik

Der DB4-Eagle von EKF Elektronik

ist ein Mezzanin-Modul nach dem

weit verbreiteten Vita-XMC-Standard,

bestückt mit einem PCI Express

zu USB 3.0-Vier-Port-Controller.

Drei USB-3.0-Buchsen in

der Front erlauben den Anschluss

externer Geräte. Optional kann

eine vierte Buchse für interne An-

wendungen genutzt werden, zum

Beispiel für einen USB-3.0-Memory-Stick.

Sämtliche USB-Datenprotokolle

auf jedem einzelnen

Port unterstützt der USB-Controller.

Dazu gehören sowohl Super-

Speed (USB 3.0 xHCI), als auch

die klassischen Datenraten High-

Speed, Full-Speed, und Low-

Speed. Da das Modul nur eine

einzelne PCI-Express-Lane benötigt,

kann es völlig problemlos mit

jeder XMC-Trägerkarte kombiniert

werden.

infoDIREKT

632ei0912

Kompakte Embedded-Systeme

Mit Luftfilter als Staubschutz

3,5-Zoll AMD-Embedded-Board

Für grafikintensive Anwendungen

Bild: DSM Computer

DSM Computer bietet ihre Embedded-Systeme

der Nano-Server-Familie

N2, die zwei Steckplätze

aufweisen, jetzt auch mit

einem Luftfilter als Staubschutz

an. Der Filter besteht aus einer

Blechkassette mit innenliegender

Filtermatte, die seitlich auf das

Gehäuse geschraubt wird. Ob-

wohl im Geräte-Design integriert,

lässt sich der Filter von außen

leicht abnehmen und austauschen.

Besonders für staubige

Umgebungen sind die Nano-Server,

wie in der Verpackungsindustrie

und in Montagesystemen. Erhältlich

sind die 214 x 226 x 109

mm 3 großen IPCs in unterschiedlichen

Leistungsklassen mit zwei

Steckplätzen. Die Box-IPCs werden

mit einem Intel-Core-, einem

Atom- oder optional einem

Celeron-Prozessor bestückt.

infoDIREKT

633ei0912

Bild: Industrial Computer Source

Das Embedded-Board OT951-

DT40N von Industrial Computer

Source (Deutschland) ist ein kompaktes

3,5-Zoll-Board, das sich

durch eine sehr gute Grafik-Leistung

bei geringem Energieverbrauch

auszeichnet. Ausgestattet

mit dem langzeitverfügbaren

AMD-T40N-Prozessor mit zwei-

mal 1,0 GHz verfügt es über eine

Thermal Design Power von 9 W

und ist mit AMD-Radeon-HD

6290-Grafikeinheit erhältlich.

Diese unterstützt 3-D-Grafikbibliotheken

wie OpenGL 3.2 und

DirectX 11 und sie bietet Hardwarebeschleunigung

für Flashbasierte

Applikationen. Monitore

lassen sich über die VGA, LVDS

oder HDMI-Schnittstelle anschließen.

Außerdem steht als Arbeitsspeicher

ein 8 GB DDR 3 SODIMM

zur Verfügung.

infoDIREKT

634ei0912

Ihr überlegener Zug

Neue Strategien im Produktdesign

Der LPKF ProtoLaser U3 erzeugt Applikationen, die bislang nur mit aufwändigen Industriesystemen hergestellt

werden konnten. Der UV-Laser bearbeitet eine breite Materialpalette – und jetzt auch laminierte Substrate.

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www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09/2012 69


Aktive Bauelemente

Auf einen Blick

Widerstandsarrays für besonders hohe

Genauigkeit

Der Widerstandsabgleich und besonders der Abgleich über den Temperatur-

und Gleichtaktspannungsbereich sind wichtige Spezifi kationen,

die die Genauigkeit des Gesamtsystems bestimmen und dafür,

wie viel Kalibrierung in der Fabrik oder im Feld nötig ist, um die gewünschte

Systemgenauigkeit zu erreichen. Widerstandsarrays sind

bestens für diese Applikationen geeignet und Produkte wie das Vierfach-Widerstandsarray

LT5400 erzielen eine sehr hohe Genauigkeit.

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501ei0912

Bild: vectomart - Fotolia.com

70 elektronik industrie 08-09 / 2012

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Aktive Bauelemente

Vierfach-Widerstandsarrays

Abgeglichene Widerstände maximieren die Leistung von Verstärkern

Operationsverstärker, kombiniert mit diskreten Komponenten, ermöglichen eine Vielzahl nützlicher Schaltungen.

Es sollte jedoch die gleiche Sorgfalt bei der Auswahl der externen Komponenten aufgewendet werden, wie für

den Verstärker selbst. Mit Produkten wie dem Vierfach-Widerstandsarray LT5400 können sehr hohe Genauigkeiten

erzielt werden.

Autor: Brian Black

Operationsverstärker (OPVs) sind die Arbeitspferde der

Entwicklern analoger Schaltungen – sie werden verwendet,

um Signale aus der realen Welt zu erfassen, skalieren,

verschieben, zwischenzuspeichern, kombinieren, filtern

und konditionieren. Für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit

und Stabilität erfordern, beachten die Entwickler sehr sorgfältig

ihre Spezifikationen, wie Eingangs-Offset-Spannung, Rauschen

und Bandbreite und wählen den OPV aus, der die benötigte Leistungsfähigkeit

besitzt. Fehler tendieren dazu sich aufzusummieren,

weshalb auch große Sorgfalt auf die Auswahl der anderen

Komponenten aufgewandt wird, die nach dem Verstärker angeordnet

sind, wie Datenwandler und Spannungsreferenzen. Obwohl

dies wichtig ist, darf man auch die Auswirkungen auf die Genauigkeit

der Komponenten nicht übersehen, die sich vor und um den

OPV herum befinden, insbesondere die der Widerstände.

Auswirkung des Widerstandsabgleichs auf die Systemgenauigkeit

Die Beispielschaltung in Bild 2 verwendet vier Widerstände und

einen OPV, um einen traditionellen Differenzverstärker aufzubauen.

Die Ausgangsspannung wird vom Verhältnis der Widerstände

bestimmt: U Ausgang

= (R 1

/R 2

) U Eingang

. Aus der Formel kann man erkennen,

dass dies ein Fall ist, in dem der Abgleich der Widerstände

wichtiger ist, als die absolute Genauigkeit zur Bestimmung der

Leistungsfähigkeit der Verstärkerschaltung. Wenn R 1

und R 2

proportional

variieren, ändert sich die Verstärkung nicht. Wenn sich

ein Widerstandswert relativ zum anderen ändert, ändert sich auch

das Verhältnis von R 1

und R 2

und somit auch die Verstärkung. Dies

tritt ebenfalls bei weiteren allgemein eingesetzten radiometrischen

Schaltungen auf, wie Präzisionsspannungsteilern, Präzisionsverstärkerstufen

und Brückenschaltungen. In diesem Artikel werden

die Auswirkungen einer Widerstandsfehlanpassung an drei verschiedenen

Widerstandsarten untersucht: diskrete Präzisionswiderstände,

traditionell abgeglichene Widerstandsarrays und den

neuen abgeglichenen Dünnschichtwiderständen der LT5400-Familie

von Linear Technology (Bild 1).

In Anwendungen mit sehr hohen Genauigkeitsanforderungen

wie dem Differenzverstärker in Bild 1, werden Widerstände benötigt,

die eine etwas engere Toleranz als die Standardwiderstände

mit 1-%-Toleranz haben. Beginnen wir mit der Untersuchung von

Widerständen, die eine zehnmal kleinere Toleranz aufweisen, also

0,1 %. Da jeder nominale Widerstandswert zwischen -0,1 % und

+0,1 % variieren kann, beträgt der schlechteste mögliche Abgleich

von zwei Widerständen ±0,2 % ((1 + 0,001)/(1 – 0,001) = 1,002)

oder 2000 ppm, entsprechend 9 Bit Genauigkeit bei Raumtemperatur.

Über den Temperaturbereich ist der Abgleich ein deutlich größeres

Problem. Die meisten Hersteller von Widerständen spezifizieren

einen Temperaturkoeffizienten der unabhängig von der

Spezifikation der Toleranz ist. Der in diesem Beispiel verwendete

0,1-%-Widerstand kann einen Temperaturkoeffizienten von 25

ppm/°C haben. Über einen Temperaturbereich von 0 °C bis 70 °C

ergibt das eine Temperaturdrift von 3000 ppm. Diese Drift verursacht

einen Verstärkungsfehler und schließt noch nicht das nicht

ideale Verhalten des OPV selbst, oder weitere Fehlerquellen in der

Signalkette mit ein.

Zur Verbesserung der Genauigkeit können Widerstände mit

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09/2012 71


Aktive Bauelemente

Bilder: Linear Technology

Bild 2: Beispielschaltung eines

Differenzverstärkers.

0,01-%-Toleranz verwendet werden,

aber für die optimale Leistungsfähigkeit

sollte ein präzise abgeglichenes

Widerstandsarray eingesetzt werden.

Ein Widerstandsarray, bei dem mehrere

Widerstände in einem Gehäuse verpackt

sind, hat Widerstände, deren

Werte sich bei Temperaturänderung

auch gemeinsam ändern. Beispielweise

kann ein Array mit 0,01-%-Toleranz

einen Temperaturkoeffizienten von ±2

ppm aufweisen, was in einem Fehler

von 190 ppm zwischen 0 und 70 °C

führt. Dies ist eine signifikante Verbesserung

gegenüber dem Fall mit den

diskreten 0,1-%-Widerständen.

Wenn eine noch höhere Genauigkeit

nötig ist, können die abgeglichenen Präzisionswiderstände

der LT5400-Familie von Linear Technology verwendet

werden. Sie sind in einer speziellen Layouttechnik aufgebaut,

so dass alle ihre vier Widerstände geometrisch abgeglichen sind und

sich einen gemeinsamen Zentralpunkt teilen. Der LT5400 ist in einem

kleinen, oberflächenmontierbaren Gehäuse erhältlich und hat

einen Betriebsspannungsbereich von ±75 V. Jedes Gehäuse enthält

vier Widerstände, wobei unterschiedliche nominale Widerstandswerte

mit R 1

/R 2

-Verhältnisen von 1:1, 5:1 und 10:1 verfügbar sind,

weitere Versionen sind in Vorbereitung, wie Tabelle 1 zeigt.

Eine große, an der Unterseite des Gehäuses herausgeführte Anschlussfläche

bietet gleiche thermische Bedingungen für jeden der

vier Widerstände und minimiert ebenfalls den internen Temperaturanstieg

bei hoher abzuführender Leistung. Dieses Design stellt

sicher, dass alle vier Widerstände stets den gleichen Betriebsbedingungen

ausgesetzt sind. Der LT5400 hat einen Abgleich zwischen

den Widerständen über die Temperatur von besser als 0,01 %, eine

abgeglichene Temperaturdrift von 1 ppm/°C und eine Langzeitstabilität

von besser als 2 ppm nach 2000 Stunden. Als Resultat hat er

einen Abgleichfehler von 100 ppm über den gesamten Temperaturbereich

von 0 °C bis 70 °C (Tabelle 2). Er behält diese exzellente

Leistung selbst bei einem noch größeren Temperaturbereich, von

bis zu -50 bis 150 °C, bei. Der LT5400 ist ebenfalls sehr stabil über

die Zeit, er zeigt nur 2 ppm Änderung des Widerstandswerts nach

2000 Stunden.

Tabelle 1: Die im LT5400 von Linear Technology enthaltenen vier

Präzisionswiderstände sind geometrisch abgeglichen und teilen

sich einen gemeinsamen Zentralpunkt.

Tabelle 2: Der LT5400 hat einen Abgleichfehler von 100 ppm über

den gesamten Temperaturbereich von 0 °C bis 70 °C.

Auswirkung der Gleichtaktspannung

In vielen Anwendungen wird die Signalaufbereitung durch den

Verstärker von einem größeren (und manchmal variierenden)

Gleichtaktsignal überlagert. Idealerweise ignoriert der Verstärker

dieses Gleichtaktsignal und verstärkt, buffert, oder konditioniert

das Differenzsignal auf andere Weise. Wenn das Gleichtaktsignal

nicht effektiv vom Verstärker unterdrückt wird, können Offsetspannungen

und Verzerrungen am Ausgang die Folge sein. Das

Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR common mode rejection

ratio) des Verstärkers ist ein Maß dafür, wie gut ein OPV

den Gleichtaktanteil eines eintreffenden Signals blockieren kann.

Es sei nochmals erwähnt, dass die Fehlanpassung der Widerstände

in diesen Anwendungen leicht zur größten Ursache für den Gleichtaktfehler

werden kann. Die CMRR auf Grund von Widerstandsfehlanpassung

wird üblicherweise in dB ausgedrückt und kann mit

Formel 1 berechnet werden:

In dieser Formel zur Berechnung der CMRR ist G der nominale

Wert von R1/R2 und ΔR/R ist der Abgleichfehler des Widerstandsverhältnisses.

In diesem ist zu erkennen, dass die Widerstände auch hier die

dominante Rolle bei der Einstellung der Systemleistung insgesamt

spielen. Mit dieser Formel kann man die Fähigkeit zur Gleichtaktunterdrückung

der Widerstände im beschriebenen Beispiel berechnen.

Ein Paar von 0,1-%-Widerständen zeigt eine CMRR von

54 dB und ein Array mit 0,01-%-Widerständen hat 74 dB CMRR.

Das LT5400-Widerstandsarray unterscheidet sich von den anderen

Widerständen bezüglich seiner CMRR-Eigenschaften. Dies ist

insbesondere deshalb so, weil es speziell für eine besonders enge

CMRR-Toleranz hin entwickelt, getestet und spezifiziert ist. Dieses

Widerstandsarray bietet eine garantierte Spezifikation für eine

CMRR von 0,005 Prozent, wodurch 86 dB über die Temperatur für

die Widerstandsversion mit den besten Werten erzielt wird. Dies

ist doppelt so gut, als wenn man nur die Formel alleine zu Grunde

legen würde. (jj)

n

Bild 1: Das Vierfach-Widerstandsarray LT5400 von Linear Technology hat

zwischen den Widerständen über den gesamten Temperaturbereich

Abweichungen von weniger als 0,01 %.

Der Autor: Brian Black ist Product Marketing Manager für Signal

Conditioning Products bei der Linear Technology Corporation.

72 elektronik industrie 08-09/2012

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Aktive Bauelemente

CAN-Transceiver

Robuster und sparsamer

Zusätzlich zu den Isoloop-CAN-Bus-Transceivern

IL41050 und IL41050-3 (schmaleres

Gehäuse) gibt es nun die neuen A-Varianten,

die bei Hy-Line Power Components

lieferbar sind. Diese haben ±500 statt ±200

V ESD-Festigkeit und 10 Prozent weniger

Ruhe- und Betriebsstrom, sind damit robuster

und sparsamer als das Standardmodell.

Das Loop Delay ist mit 250 ns nur geringfügig

angehoben. IL41050T-3E und nun auch

IL41050TA-3E sind besonders kleine isolierende

CAN-Transceiver, mit minimalem

Footprint und nur 2,5 mm notwendiger

lichter Höhe. Die Wide-Body-Varianten IL-

41050TE und IL41050TAE bieten volle acht

mm Kriechstrecke. Transceiver- und Isolator-Funktionen

in einem Gehäuse integriert

die IL41050-Serie bei besserer Performance

und reduzierten Kosten gegenüber konventionellen

diskreten Transceivern und Optokopplern.

Die Transceiver erfüllen den ISO-

11898-CAN-Standard sowie Industriestandards

und bieten ein isolierendes Interface

zwischen 5-Volt-CAN-Bussen und 3,3-V-

Die neue

A-Variante

der

Isoloop-

CAN-Bus-

Transceiver.

Mikrocontrollern. Unversorgte Bausteine

stören und belasten nicht den Bus, bei der

Rückkehr aus Stromlosigkeit ist der vorherige

Schaltzustand noch gespeichert. Zudem

kann der Transceiver über ein Steuersignal

passiviert werden. Die A-Varianten verfügen

über einen robusten Temperaturarbeitsbereich

von -55 bis +125°C sowie über

Kurzschluss- und Übertemperaturabschaltung

und 2,5 kV Isolation. Weitere technische

Eigenschaften sind zum einen eine typische

Transientenfestigkeit von 30 kV/μs

sowie ein ESD-Rating von 4 kV nach dem

Human Body Model. Sämtliche Bausteine

sind UL 1577- und IEC 61010-2001-zugelassen.

(ah)

n

infoDIREKT

Bild: Hy-Line Power

693ei0912

Eine Plattform für die 8-, 16- und 32-bit-Entwicklung

- mit MPLAB® X IDE von Microchip

MPLAB® X IDE ist der freie, integrierte Werkzeugsatz für die mehr

als 900 zählenden 8-, 16- und 32-bit-PIC®-Mikrocontroller, dsPIC®-

Digitalsignalcontroller und Speicher von Microchip. Basierend auf

der offenen NetBeans-Plattform, läuft MPLAB X unter Windows®,

MAC® und Linux, unterstützt viele Werkzeuge von Drittanbietern

und ist mit vielen NetBeans-Erweiterungsmodulen kompatibel.

MPLAB XC-Compiler helfen, die Code-Geschwindigkeit der PIC®-

Mikrocontroller oder dsPIC® -Digitalsignalcontroller um 30% zu

erhöhen und gleichzeitig den Code-Umfang 35% zu

verringern. Diese neuen Compiler überlassen dem Designer

die Wahl zwischen freier, Standard- oder

Pro-Code-Optimierung in der 8-, 16- oder

32-bit-Entwicklung oder einer einzelnen C-Compiler-

Suite zur Entwicklung mit allen Mikrocontrollern und

Digitalsignalcontrollern von Microchip.

Microchips Serie kompatibler Compiler

und Debugger/Programmer arbeitet

nahtlos mit der universellen,

plattformübergreifenden und

offenen integrierten

Entwicklungsumgebung MPLAB® X

zusammen. Damit wird nicht nur die

Lernphase verkürzt, sondern auch die

Kosten für entsprechende Werkzeuge

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und wählen Sie einen der neuen C-Compiler:

■ MPLAB XC8 für 8-bit-MCUs

■ MPLAB XC16 für 16-bit-MCUs und DSCs

■ MPLAB XC32 für 32-bit-MCUs

■ MPLAB XC-Suite für mehr als 900 PIC-MCUs und dsPIC-DSCs

Die Namen und Logos Microchip, PIC, dsPIC und MPLAB sind eingetragene Warenzeichen der Microchip Technology Incorporated in den USA und anderen Ländern. Alle anderen o.g. Warenzeichen sind Eigentum der jeweiligen Unternehmen.

© 2012, Microchip Technology Incorporated. Alle Rechte vorbehalten. ME1037Ger/06.12


Aktive Bauelemente

Gegen Fehlfunktionen gefeit

Robustheit – ein wichtiges IC-Einsatzkriterium

Der Elektronik-Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen erfordert robuste Schaltungen.

Es gibt einige Faktoren, die Einfl uss auf die Robustheit einer Schaltung haben. Dazu

zählen der Umgang mit Spannungsspitzen und der Schutz gegen elektrostatische

Entladungen sowie gegen Fehlfunktionen. Autoren: Robert Gee, Shasta Thomas

Bild: Jürgen Fälchle - Fotolia.com

74 elektronik industrie 08-09 / 2012

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Überzeugen durch Leistung

Wenn man sich mit der Robustheit von Halbleiterbausteinen

beziehungsweise ICs beschäftigt, betrachtet

man Faktoren wie den Betriebstemperaturbereich, die

Bewältigung elektrischer Störbeeinflussungen und

elektrostatischer Entladungen sowie den Fehlerschutz. Dies sind

nicht unbedingt die ersten Dinge, an die ein Designingenieur bei

der Auswahl eines ICs denkt. Robustheit ist dennoch ein entscheidender

Performance-Parameter für ein zuverlässiges Endprodukt

mit hohem Qualitätsanspruch und dessen Langzeitbetrieb. Insbesondere

beim Design eines Systems für den industriellen Einsatz,

bei dem raue Umgebungsbedingungen die Regel sind, ist dies ein

ausschlaggebendes Kriterium. Schließlich kann industrielles

Equipment hohen Temperaturschwankungen, starken elektrischen

Störungen auf den Stromversorgungs- und Datenleitungen sowie

anderen Störeinflüssen ausgesetzt werden, zu denen beispielsweise

elektrostatische Entladungen oder Kurzschlüsse zählen.

Der De-facto-Standard für den Temperaturbereich in industriellen

Umgebungen reicht von -40 bis +85 °C, also 15 °C mehr als der

vor Jahren übliche Bereich von -40 bis +70 °C. Es besteht jedoch

die Tendenz zum Betrieb bei noch höheren Temperaturen, so dass

man letztendlich beim Automotive-Temperaturbereich (-40 bis

+125 °C) angelangen wird. Die höheren Ströme und Leistungsdichten

unterstreichen die Notwendigkeit für die IC-Hersteller,

ihre Schaltungen für größere Temperaturbereiche zu rüsten, wenn

sie nicht Gefahr laufen wollen, beim Auswahlprozess von vornherein

ausgesondert zu werden.

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Robuste,

industrietaugliche

IC-Lösungen

schützen

vor Fehlfunktionen.

Auf einen Blick

Frühzeitig den Aspekt Robustheit beachten

Zum Thema Robustheit gehören vielfältigste Designaspekte, deren

Spektrum vom Betriebstemperaturbereich über den Fehler- und Leitungsschutz

bis zum ESD- und Kurzschlussschutz reicht. Faktoren,

denen Designer meist zu einem späteren Zeitpunkt im Entwicklungsablauf

ihre Aufmerksamkeit schenken. Unter allen Umständen sollte

die Robustheit in diesen Applikationen schon in einer frühen Phase

des Designs berücksichtigt werden. Der Profi bus-RS-485-Transceiver

mit hoher ESD-Festigkeit MAX14770E und die beiden Single-8-to-1/

Dual 4-to-1-Multiplexer mit Fehlerschutz MAX4708 sowie MAX4709

sind gute Beispiele moderner, robuster und darum industrietauglicher

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Aktive Bauelemente

Bilder: Maxim

Bild 1: Schutz gegen

Spannungsspitzen bietet

diese einfache Schaltung aus

diskreten Bauelementen.

Bild 2: Funktionsdiagramm des MAX4708/MAX4709: In die

Bausteine des Typs MAX4708 beziehungsweise MAX4709

sind zwei Fehlerdetektoren integriert.

Bild 3: Schema eines

integrierten ESD-Schutzes.

Umgang mit Spannungsspitzen

Verdrahtungsfehler oder ungewollte Kurzschlüsse sind häufig die

Ursache für Spannungsspitzen auf den Stromversorgungsleitungen.

Schäden an nachfolgenden Schaltungen sind die mögliche

Folge, wenn deren Eingänge nicht hinreichend geschützt werden.

Eine einfache diskrete Schaltung aus einer in Serie geschalteten Sicherung

und einer TVS-Diode (Transient-Voltage Suppressor) war

in der Vergangenheit der bevorzugte Schutz gegen die meisten

Spannungsspitzen (Bild 1).

Allerdings ist dieser mit diskreten Bauelementen realisierte

Schutz mit einigen Einschränkungen behaftet. Die Ansprechschwelle

einer TVS-Diode zum Beispiel ist häufig nicht sehr gut

kontrollierbar und kann temperaturbedingt erheblich schwanken.

Eine Sicherung muss außerdem nach einem Überspannungs-Ereignis

ausgewechselt werden, und schließlich erfordern hohe

Spannungsspitzen große TVS-Dioden, die wertvolle Leiterplattenfläche

belegen und eine zusätzliche Wärmequelle darstellen.

Besser kontrollierbar wird der Umgang mit Überspannungen

und Spannungsspitzen, wenn die Ansprechschwelle und die Schaltungen

zur Reaktion auf solche Ereignisse in ein IC integriert sind.

Um in jedem Fall ein zuverlässiges Ansprechverhalten zu gewährleisten,

gibt es eine Reihe von Überwachungs‐ und Schutz-ICs, die

über integrierte Komparatoren und Dioden verfügen. Einige ICs

enthalten zudem Funktionen, die Datenleitungen vor hohen Spannungen

schützen. Um auch sich selbst vor Fehlern zu bewahren,

wechselt ein mit Fehlerschutz ausgestatteter Baustein in den Latchup-Zustand,

wenn die normalen Spannungen auf den Datenleitungen

überschritten werden. Ein Beispiel hierfür ist die Multiplexer-

Familie MAX4708. In die Bausteine des Typs MAX4708 beziehungsweise

MAX4709 sind zwei Fehlerdetektoren integriert: ein

High-Side-Detektor für NO_-Spannungen, die höher als die positive

Versorgungsspannung (V+) sind und ein Low-Side-Detektor

für NO_-Spannungen unterhalb der negativen Versorgungsspannung

(V-); siehe hierzu Bild 2.. Ein Fehler wird registriert, sobald

die Spannung an NO_ den von den beiden Versorgungsspannungen

begrenzten Bereich verlässt. Tritt dieser Fall ein, werden die

beiden FETs N1 und P1 abgeschaltet. Mit diesem Verfahren werden

der Eingang und der Ausgang des Schalters rasch getrennt,

sobald ein Fehler auftritt. Vor Spannungsspitzen auf Datenleitungen

müssen auch RS-485-Transceiver geschützt werden. Der Empfängereingang

und der Treiberausgang eines RS-485-Transceivers

können mit Spannungen konfrontiert werden, die weit außerhalb

des Gleichtaktspannungs-Bereichs von ‐7 bis +12 V liegen, wie er

im EIA/TIA-485-Standard für ein industrielles System spezifiziert

ist. Neuere Transceiver sind so ausgelegt, dass sie solche Überspannungs-Ereignisse

verkraften. Sie überstehen selbst Spannungen bis

zu ±80 V (bezogen auf Masse), ohne Schaden zu nehmen. Diese

dem neuesten Stand entsprechende Technologie ist Garant für einen

robusten Schutz und Langlebigkeit.

Schutz vor ESD-Ereignissen und Fehlern

Integrierte ESD-Schutzschaltungen bewahren ein IC vor schädlichen

ESD-Ereignissen und tragen dazu bei, das System insgesamt

robuster zu machen. Elektrostatische Entladungen treten auf,

wenn zwei Objekte mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial

in Kontakt kommen und es unter Entwicklung eines Funkens zu

einem Ladungsausgleich kommt. ESD-Ereignisse treten besonders

häufig auf, wenn Personen Gegenstände in ihrer Umgebung berühren.

Diese unbeabsichtigte Funkenbildung kann die Eigenschaften

eines Halbleiterbausteins verändern oder zu seiner völligen

Zerstörung führen. In der Industrie sind ESD-Ereignisse ein

gravierendes Problem und verursachen jährlich Schäden in Milliarden-Höhe.

Im Feld auftretende elektrostatische Entladungen

können zu Defekten an Komponenten führen und gelegentlich den

Totalausfall ganzer Systeme zur Folge haben.

Datenleitungen lassen sich mit externen ESD-Schutzdioden

oder diskreten Bauelementen anderer Art schützen. Viele ICs sind

bereits mit einem gewissen Grad an ESD-Schutz ausgestattet und

erfordern für sich selbst keine weitergehenden externen Schutzmaßnahmen

(Bild 3). Spannungsspitzen am Signal-Ein‐/Ausgang

(I/O) werden zum Schutz der internen Schaltungen auf V CC

oder

GND geschaltet. Viele Interface-Produkte oder Analogschalter

sind mit einem integrierten ESD-Schutz ausgestattet, um die Norm

IEC 1000-4-2 zu erfüllen. Maxim erzielte bei seinem Profibus-RS-

485-Transceiver MAX14770E kürzlich einen ESD-Schutz bis

±35 kV nach dem Human Body Model (HBM). (ah) n

Die Autoren: Robert Gee ist Business Manager bei

Maxim Integrated Products. Shasta Thomas ist

Strategic Applications Engineer bei Maxim Integrated

Products.

76 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


LED

LED professional Symposium 2012

Vier zentrale Bausteine zur erfolgreichen LED-Technologie-Strategie

Nach der sehr erfolgreichen Erstveranstaltung im vergangenen Jahr treffen sich vom 25. bis 27. September

zum zweiten Mal Aussteller und Besucher aus aller Welt am Bodensee in Bregenz, um Entwicklungen der

LED-Technik und deren Einsatz zu diskutieren.

Mit dem Einzug der LED-Technologie in die Beleuchtungswelt

entstanden gänzlich neue Herausforderungen

für die Marktteilnehmer. Der technologische

Wandel, gepaart mit den Marktverschiebungen, führte

zu mehr oder weniger großen Unsicherheiten und Fragestellungen

nach der richtigen Ausrichtung für die kommenden Jahre.

Dabei ist die technologische Roadmap, die auf einer abgesicherten

Technologie -Strategie beruhen sollte, ein wichtiges Element,

um eine erfolgreiche Firmenstrategie entwerfen zu können. Um

eine erfolgreiche Technologie‐Zukunft planen zu können stellt die

LpS 2012, veranstaltet von Luger Research, vier zentrale Bausteine

vor.

Baustein 1: Leitstrategien im Umfeld

Die Einbettung industrieller Entwicklung in den Kontext der politischen

Vorgaben ist für die langfristige Ausrichtung ein wesentlicher

Bestandteil der Strategie. Die Europäische Kommission hat

mit dem Green- Paper „Lighting the Future" diese Zielsetzungen

neu formuliert und präzisiert. Neben dem politischen Umfeld ist

die Anwendung der zweite exogene Faktor, der die Technologieauswahl

wesentlich beeinflusst. Hier sind die Anforderungen an

Lichtsysteme von Bedeutung, die von unterschiedlichen Anspruchsgruppen

formuliert werden und die Stoßrichtung für neue

Designs definieren. Im Kongress werden die Zielsetzung der Europäischen

Kommission (Dr. Michael Ziegler, EU Commission),

Kern- Strategien eines Leuchtenherstellers (Dr. Hans Nikol, Philips

Lighting) sowie Schlüssel- Trends aus realen Projekten (Prof. Andreas

Schulz, Kunst Licht Kunst AG) präsentiert.

Baustein 2: Schutzrechte

Die Zahlen der Schutzrechtsanmeldungen im Bereich LED und

angewandter LED-Systeme sind exorbitant. Zahlreiche Schutzrechtsklagen

und Abkommen sowie Lizenzierungsmodelle begleiten

die Einführung dieser neuen Technologie. Hier stellen sich

daher mehrere Fragen. Wie lassen sich eigene Entwicklungen in

diesem Umfeld überhaupt noch absichern? Wie kann man in Bereiche

vorstoßen, die offensichtlich bereits intensiv bearbeitet wurden?

Kann man noch Innovationen platzieren und für das Unternehmen

geltend machen?

Der Workshop „Operating Beyond Competition" erklärt an Beispielen

aus dem LED-Sektor und anderen Industrien, wie man

Wettbewerbspatente durch die Anwendung von TRIZ und „Function

Analysis" umgehen kann. Die Teilnehmer erhalten Einblicke

in die Anwendung verschiedener Methoden und Tools wie zum

Beispiel Trimming Techniken. Diese Techniken ermöglichen den

Teilnehmern ihre eigenen Schutzrechte zu stärken indem sie eine

Patent-Firewall um ihr geistiges Eigentum aufbauen. Fallbeispiele

aus dem LED Sektor verdeutlichen die praktischen Anwendungsmöglichkeiten.

Ein Blick auf den Messebereich der letztjährigen LED professional

Symposium + Expo.

Baustein 3: Technologie- Trends

Die technologischen Entwicklungen im LED-Bereich sind äußerst

komplex, da sie unterschiedliche Ebenen und Fachgebiete betreffen.

Zudem spielen Rahmenbedingungen wie zum Beispiel die

Standardisierung eine große Rolle. Neben den funktionalen Eigenschaften

von LED-Beleuchtungssystemen sind auch Kostenfragen

und Nachhaltigkeit von großer Bedeutung um strategische Festlegungen

ableiten zu können. Bei der entscheidenden Fragestellung

handelt es sich dabei immer um die richtige Auswahl von Kern-

Technologien. Welche erfolgsversprechenden Lösungsansätze sind

zu verfolgen und werden von Experten faktenbasiert als die

Schlüssel- Technologien angesehen?

Das aus LED und Lichtexperten international besetzte LpS 2012

Advisory Board hat in einem aufwändigen, objektiven Selektionsprozess

die Zukunftstrends analysiert. In acht Sessions werden 26

ausgewählte Fachbeiträge vorgestellt. Ein kurzer Auszug aus den

präsentierten Zukunftstechnologien: LEDs basierend auf Si- on-

GaN Technologie, treiberlose, AC- gesteuerte Licht- Module,

OLED-Technologie, Remote-Phosphor- Technologie, Zhaga-Standardisierung,

Lebensdauer und Sicherheit von LED-Beleuchtungen

und nicht zuletzt Technologien für die Außenanwendung.

Baustein 4: Partner in Wissenschaft und Industrie

Gute LED-Lichtsysteme entstehen durch die ausgewogene Verschmelzung

von Lichtquelle, Elektronik, Optik, Kühlung und Mechanik.

Man benötigt kompetente Partner im jeweiligen Wissensgebiet,

um das Gesamtsystem nach dem neuesten Stand der Technik

nach entwickeln zu können. Zugang zu dem „Leading-

Network" ist entscheidend um die Partnerschaften der Zukunft

verankern zu können. (jj)

n

infoDIREKT www.all-electronics.de510ei0912

Bild: Tri-Veranstaltungs GnbR

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09/2012 77


LED

Intelligente Straßenbeleuchtungen

Fernsteuerungs-Protokoll auf Basis der Powerline-Kommunikation, Teil 1

Dieser erste Teil des Beitrages gibt einen Überblick über den Aufbau und die Elemente einer intelligenten Straßenbeleuchtung,

um anschließend auf ein Fernsteuerprotokoll für vernetzte Straßenbeleuchtungen einzugehen, das

auf der Powerline-Kommunikation beruht.

Autoren: A. Bruno, F. Di Franco, G. Rasconà, C. Ruggieri

Bild: Thomas Müller - Fotolia.com

78 elektronik industrie 08-09 / 2012


LED

In einem intelligenten Straßenbeleuchtungs-System können

Gruppen von Straßenleuchten untereinander kommunizieren

und sind zusätzlich in der Lage, beleuchtungsrelevante Daten

an einen lokalen Konzentrator zu übertragen. Dieser bereitet

die Informationen auf und überträgt sie – häufig mithilfe eines

Modems auf der Basis digitaler Mobiltelefontechnik – an einen gesicherten

Server. Der Server nimmt die Daten entgegen und bereitet

sie so auf, dass sie mit einem Internet-Browser visualisiert werden

können.

Damit ist es jedoch nicht getan, denn ein intelligentes Straßenbeleuchtungs-System

kann noch mehr. Es erlaubt beispielsweise

eine bidirektionale Kommunikation, damit das zuständige Personal

einerseits die Möglichkeit der Fernbedienung von Straßenleuchten

erhält und andererseits den Energieverbrauch der einzelnen

Leuchten und ihrer Ansteuerschaltungen überwachen kann.

Verglichen mit autonomen Straßenleuchten traditioneller Art

ermöglichen überwachte Straßenbeleuchtungs-Netzwerke eine

Senkung der Wartungskosten, denn der Betriebszustand der

Leuchten lässt sich in Echtzeit überwachen, und Wartungsmaßnahmen

können effektiver geplant werden. Etwaige Ausfälle müssen

somit nicht von einem mobilen Inspektionstrupp gefunden

werden. Intelligente Straßenbeleuchtungen sorgen außerdem für

eine Senkung der Energiekosten, da die Helligkeit der Leuchten

aus der Ferne verändert werden kann – sei es nach einem vorgegebenen

Plan oder entsprechend den herrschenden Wetterbedingungen.

Nicht zuletzt ist auch eine effiziente Datenerfassung gewährleistet.

Kommunen sind die wichtigsten Nutzer von Straßenbeleuchtungen.

Wenn hier also weniger Energie- und Wartungskosten anfallen,

können die öffentlichen Gelder vermehrt für andere Programme

ausgegeben werden, was nicht zuletzt der Zufriedenheit

der Bürger zugutekommt.

Die grundlegende Komponente eines intelligenten Straßenbeleuchtungs-Systems

ist der intelligente Mast, in den verschiedene

Funktionen eingebaut sind. Dies sind:

■ Hoch entwickelte Leistungsstufen (Vorschaltgeräte oder Treiber),

die die Lampen mit maximaler Effizienz treiben.

■ Kommunikations-Schnittstellen, die den Aufbau eines sicheren

und zuverlässigen Netzwerks mit digitaler Überwachung erlauben.

■ Als Option außerdem verschiedene intelligente Sensoren, um

die Wetterbedingungen zu erfassen, eine Neigung des Lampenmastes

zu registrieren oder Luftverunreinigungen zu erkennen.

Auf einen Blick

Elektronische Brücke zum Versorgungsnetz

Dieser Artikel stellt eine intelligente Straßenbeleuchtungs-Applikation

von STMicroelectronics vor. Sie wird als eine komplette Systemlösung

für das effi ziente Management eines öffentlichen Straßenbeleuchtungs-Netzwerks

ausgeführt. Auch eigene Lösungen lassen sich

hiermit schnell realisieren. Die funktionalen Eigenschaften der einzelnen

Netzwerkknoten und des implementierten proprietären Datenprotokolls

erweitern das Anwendungsgebiet über das reine Management

von Straßenbeleuchtungen hinaus. Der PLM-Knoten von STMicroelectronics

fungiert wie eine elektronische Brücke zum

Stromversorgungsnetz und kann an jede elektronische Leiterplatte

angeschlossen werden.

infoDIREKT www.all-electronics.de

503ei0912

Als ein führender Anbieter kompletter Beleuchtungslösungen hat

STMicroelectronics für jeden dieser Funktionsabschnitte ein umfangreiches

Portfolio leistungsfähiger Produkte und innovativer

Systemlösungen im Programm.

Zu den wichtigsten Forderungen im Bereich der Straßenbeleuchtungen

gehört die Gewährleistung einer bestimmten Helligkeit,

Beleuchtungsstärke, Gleichförmigkeit und Blendfreiheit. Dies

geschieht abhängig vom jeweiligen Straßentyp und hat das Ziel,

den Autofahrern und Fußgängern ein Maximum an visueller Sicherheit

zu bieten. Diese Anforderungen sind auch der Grund dafür,

dass leistungsfähige Leuchtmittel wie etwa Hochdruck-Entladungslampen

(HID High Intensity Discharge) und LEDs verwendet

werden.

Die Lösungen, die ST für elektronische HID-Vorschaltgeräte anbietet,

sind Garant für eine lange Lampen-Lebensdauer, einen längeren

Erhalt der Lichtstärke und einen niedrigeren Energieverbrauch.

Die Palette der angebotenen Lösungen ist breit und reicht von elektronischen

Vorschaltgeräten für Hochleistungs-Lampen (150 W und

250 W) bis hin zu modernen Lösungen für Anwendungen niedriger

bis mittlerer Leistung (70 W und 35 W). Ein umfangreiches Lösungs-Portfolio

speziell für Outdoor-Anwendungen bietet ST den

Ingenieuren auch im Bereich der LED-Straßenleuchten an. Für isolierte

und nichtisolierte Anwendungen können einzelne oder mehrere

LED-Strings angesteuert werden, so dass unterschiedliche Leistungen

realisiert werden können (von 60 W bis 130 W).

Die meisten dieser Lampentreiber-Lösungen für HID- und

LED-Leuchtmittel basieren auf einem digitalen Konzept. Ein 8-

oder 32-Bit-Mikrocontroller übernimmt hier alle Funktionen zum

Ansteuern der Lampe und verwaltet darüber hinaus auch die Daten,

die zur Implementierung eines intelligenten Straßenbeleuchtungs-Netzwerks

benötigt werden.

Kommunikation

Im Zuge der Betrachtung der wichtigsten Funktionsabschnitte eines

intelligenten Straßenbeleuchtungs-Systems soll als nächstens

das Thema Kommunikation ins Visier genommen werden.

Die Verwaltung vernetzter Straßenbeleuchtungs-Systeme kann

mit leitungsgebundener oder drahtloser Netzwerktechnik erfolgen

und sich einer Vielzahl unterschiedlicher Kommunikations-Standards

bedienen. Für die leitungsgebundene Vernetzung bietet sich

ein digitales Steuerungs- und Überwachungskonzept auf Basis der

Powerline-Kommunikation an. Die Produktpalette von ST beginnt

mit Powerline-Transceivern wie dem ST7540 und reicht bis zur

neuesten SoC-Generation für die Powerline-Vernetzung (ST7570,

ST7580, ST7590), die Unterstützung für verschiedene Modulationsverfahren

wie etwa B-FSK, S-FSK, B-PSK, Q-PSK und 8-PSK

bietet. Für die drahtlose Vernetzung wiederum kann die Zigbee-

Technologie zum Aufbau sicherer und zuverlässiger Netze benutzt

werden. Die Produkte, die ST hierfür im Programm hat, entstammen

der Serie STM32W108, die das Spektrum der STM32-Familie

auf den Bereich der drahtlosen Konnektivität ausdehnt.

Die Kommunikation selbst ist in beiden Fällen bidirektionaler

Natur, so dass Daten und Befehle in beiden Richtungen zwischen

der Steuerzentrale und den einzelnen Leuchten übermittelt werden

können.

Je nach der Tageszeit, dem Straßenzustand und den witterungsbedingten

Lichtverhältnissen können an die einzelnen Straßenleuchten

sowohl Ein- und Aus-Befehle als auch eine Information

über den einzustellenden Dimmungsgrad geschickt werden. Im

Gegenzug lassen sich von den einzelnen Leuchten Statusmeldungen,

Informationen über den Energieverbrauch der Leuchte selbst

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09 / 2012 79


LED

Bild: STMicroelectronics

Schema eines intelligenten Straßenbeleuchtungs-Systems.

und des Treibers sowie die Neigung des Mastes erfassen und an

eine Zentrale übertragen.

Als letztes Element eines intelligenten Straßenbeleuchtungs-

Systems bleibt das so genannte Smart Sensing zu erwähnen. Zum

Beispiel lässt sich die Neigung beziehungsweise das Umfallen des

Lampenmastes mit einem MEMS-Sensor in Echtzeit erfassen. Eigens

für diesen Zweck vorgesehen ist der Baustein des Typs LIS-

331DLH, ein extrem wenig Strom verbrauchender, linearer Nano-

Beschleunigungsaufnehmer mit drei Achsen und hoher Leistungsfähigkeit.

Zu den Vorteilen, die ein solcher intelligenter Sensor mit

sich bringt, gehören die Verbesserung der Verkehrssicherheit und

die geringeren Wartungskosten, da die Wartungsintervalle besser

geplant werden können.

Das Netzwerkprotokoll PLM

In einer Straßenbeleuchtungs-Applikation besteht das Netzwerk

aus einer Vielzahl von Powerline-Modems – so genannten Knoten.

Diese befinden sich in den Masten, an denen wiederum die Strahler

mitsamt den zugehörigen Stromversorgungen montiert sind.

Einer dieser Knoten, der als Datenkonzentrator dient, befindet

sich in der Regel im Schaltkasten, von dem aus der Strom an eine

bestimmte Knotengruppe verteilt wird.

Beim Einsatz in einem Dreiphasen-Netz kann jedes Betriebsgerät

an bis zu drei verschiedene Phasen angeschlossen werden.

Sämtliche Knoten und der Konzentrator sind auf diese Weise an

eine gemeinsame Versorgungsleitung angeschlossen, die zugleich

als physisches Datenübertragungs-Medium dient. Der Konzentrator

wiederum wird aus der Ferne mithilfe eines GPRS-Modems

durch ein Remote-Service-Center (RSC) gesteuert, in dem alle Informationen

über die einzelnen Leuchten (Stromverbrauch, Status,

Störungen und so weiter) und über die Schaltkästen (beispielsweise

Umgebungstemperatur und Zustand der Sicherungsautomaten)

zusammenlaufen und in einer ausgelagerten Datenbank gespeichert

werden. Ein Web-Server mit einer speziellen Schnittstelle

ermöglicht dem RSC die Analyse der Daten und die Ausführung

verschiedener Aktionen wie zum Beispiel Ein‐ und Ausschalten,

Dimmen (auch manuell) und Ändern des internen Zeittakts der

Modems.

Das Netzwerk besitzt auf der logischen Ebene eine Master-Slave-

Struktur, in welcher der Datenkonzentrator die Rolle des Masters

übernimmt, während die einzelnen Knoten als Slaves fungieren.

Tatsächlich kann jede Einheit eine Kommunikation initiieren und

damit zum Master werden, während sie im Target-Modus dank ihrer

eindeutigen ID-Adresse zum Slave wird.

Jeder Knoten verfügt über die eingebaute

Fähigkeit zum Einsatz als Daten-Repeater,

ohne dass dies speziell programmiert werden

müsste. Dies verbessert die Zuverlässigkeit

des Netzwerks und erhöht die Wahrscheinlichkeit,

dass Informationen eines

Masters den jeweiligen Slave auch dann erreichen,

wenn im Netzwerk schwierige

Übertragungsbedingungen herrschen. Die

Koexistenz von mehr als einem Master und

mehreren Repeatern macht allerdings ein

Datenkollisions-Management zwingend erforderlich.

Sobald mehr als eine Einheit die

Berechtigung zum Initiieren einer Kommunikation

hat, kann es passieren, dass zwei

Einheiten gleichzeitig zu senden beginnen.

Dieser so genannte Konkurrenzbetrieb wirkt

sich nachteilig auf die Gesamt-Performance aus. Zu den am weitesten

verbreiteten Gegenmaßnahmen gehört die CSMA/CD-

Technik (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection).

Diese kommt zum Einsatz, wenn eine Hardware-Einheit die Fähigkeit

besitzt, Kollisionen während der Datenübertragung zu erkennen.

Alternativ gibt es das CSMA/CA-Verfahren (/CA für Collision

Avoidance), auf das immer dann zurückgegriffen wird, wenn

die Hardware keine Möglichkeit hat, Kollisionen zu erkennen.

Konfliktvermeidungs-Mechanismus

Der realisierte Konfliktvermeidungs-Mechanismus nutzt die Backoff-Zeit

und mit „Band in Use" (BU) ein Hardware-Feature des

PLM, das der Vermeidung von Übertragungskonflikten dient. Vor

dem Beginn jeder Kommunikation wartet jede Einheit, bis das eigene

BU-Flag ein freies Band anzeigt. Sobald das Band frei ist, wird

eine zufällige Backoff-Zeit berechnet. Ist das Band nach deren Verstreichen

immer noch frei, wird die Übertragung gestartet. Anderenfalls

beginnt der Zyklus (Warten auf BU und Berechnen einer

neuen Backoff-Zeit) wieder von vorn.

Der Datenaustausch zwischen den Knoten an einer Netzleitung

nutzt auch den Data Frame Acknowledgement-Mechanismus, der

den Master informiert, wenn ein gesendetes Paket dem Adressaten

korrekt zugestellt wurde. Nach dem Senden eines Frames an das

Zielgerät wird auf das Eintreffen des Bestätigungs-Frames gewartet

(eine Ausnahme hiervon bilden nur jene Frames, die vom Master

nach dem Broadcast-Verfahren gesendet werden).

Das Repeater-Verfahren erhöht die Zustellwahrscheinlichkeit,

wenn ein Daten-Frame an einen fernen Adressaten gerichtet oder

das Störungsaufkommen im Netz hoch ist. Dieses Verfahren nutzt

die Tatsache, dass die Knoten mit derselben Leitung verbunden

sind, das Netzwerk fortlaufend abhören und alle übertragenen Daten

registrieren. Am adressierten Gerät und an der Abfolge aus

Daten-Frame und Bestätigung kann jeder Knoten erkennen, ob

ein registrierter Frame wiederholt, gelöscht oder verarbeitet werden

muss. In den Daten-Frames sind Identifikationstechnik

(Frame ID) und FEC-Redundanz (Forward Error Correction) implementiert,

um zyklische Wiederholungen oder Datenverluste zu

vermeiden, die eine Zunahme des Datenverkehrs bewirken.

Der Teil 2 wird sich mit Firmware-Code und grafischer Benutzeroberfläche,

Boards für Straßenbeleuchtungen, PLM-Knoten als

Dongle sowie dem HID-Vorschaltgerät beschäftigen. (jj) n

Die Autoren: Antonio Bruno, Fabrizio Di Franco, Gaetano Rasconà und

Claudio Ruggieri sind Mitarbeiter von STMicroelectronics.

80 elektronik industrie 08-09/2012

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LED

Buck/Boost-Treiber

Power-LEDs aus Batterien gespeist

Recom Electronic

Buck/Boost-Treiber wie die RBD-12-Serie eignen sich sehr gut für batteriebetriebene

oder solar gespeiste Anwendungen.

Recom Electronic hat mit der neuen RBD-12-Familie eine Reihe

von Buck/Boost-Treibern entwickelt, die LEDs im Leistungsbereich

von 3 bis 20 Watt versorgen. Die bisher verfügbaren LED-

Treiber benötigen entweder eine um rund 2 V höhere Eingangsspannung

als zur Versorgung der LED-Kette erforderlich (Buck)

oder sie wandeln eine niedrigere Eingangsspannung auf den benötigten

höheren Wert (Boost). Recom hat mit der RBD-12-Familie

nun eine Reihe von Buck/Boost-Treibern entwickelt, die beides

können.

Im Leistungsbereich von 3 bis 20 Watt versorgt diese Serie LEDs.

Spannungen von 8 bis 36 V am Eingang werden in Konstantströme

von 350 oder 500 mA gewandelt. Die Ausgangsspannung beträgt

bis zu 40 V und liegt im Boost-Betrieb maximal um den Faktor

zwei (500 mA) beziehungsweise den Faktor drei (350 mA) über

der verfügbaren Eingangsspannung oder im Buck-Betrieb nahezu

beliebig darunter.

Die Buck/Boost-Module sind digital (PWM + Remote On/Off)

und analog dimmbar und können in einem Temperaturbereich

von -40 bis +75 °C eingesetzt werden. Bei Abmessungen von 32,6 x

16,6 x 11,1 mm 3 (L x B x H) beträgt ihr Gewicht lediglich 13

Gramm. Je nach Anwendung können die Treiber wahlweise bedrahtet

oder mit Standard-Pins für die Platinenbestückung geliefert

werden. Buck/Boost-Treiber wie die RBD-12-Serie eignen sich

sehr gut für batteriebetriebene oder auch für solar-gespeiste Anwendungen

im Transport- und Verkehrswesen sowie für den Einsatz

in der Marine- und Luftfahrtbeleuchtung. Sie sind überall dort

von Vorteil, wo eine universelle, langlebige LED-Versorgung gewährleistet

sein muss – zum Beispiel bei Wohnmobilen, E-Autos,

Straßenleuchten, Verkehrszeichen, Sicherheitseinrichtungen und

ähnlichen Applikationen. Sie entsprechen Sicherheitsstandards

wie EN/UL60950-1 und haben eine Gewährleistungsdauer von

fünf Jahren. (ah)

n

Halbleiter

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LED

LEDs – Messen,

Analysieren und

Bewerten

Testhaus unterstützt

bei der Qualitätssicherung

Mit einem breiten Spektrum an Dienstleistungen und

einem erfahrenen Team bietet Rood Microtec umfassende

Unterstützung für Entwickler und Nutzer von LED-Leuchten,

um eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit vor der

LED-Komponente über die Retrofit-Lampe bis zur Straßenleuchte

zu gewährleisten. Autor: Gottfried Schmitt

Die Innovationsgeschwindigkeit von LEDs ist noch immer

enorm. Unterstützt durch internationale Regelungen im Zuge

des Klimawandels verdrängen sie klassische Lichtquellen in

unterschiedlichsten Anwendungen. Entscheidende Vorteile

sind geringer Energieverbrauch und hohe Lebensdauer, aber auch die

geringe Größe und die breite Auswahl an Farben und Leistungen, die

dem Anwender eine hohe Flexibilität im Design gestatten.

Neben den optischen und elektrischen Parametern sind gerade auch

die thermischen Eigenschaften einer LED-Beleuchtung zu kontrollieren,

da Leistung und Farbe sowie die Lebensdauer von LEDs stark von

der Temperatur abhängen. Da die Verpackung der LEDs in aller Regel

aus diversen Kunststoffen aufgebaut ist, muss man der geringen mechanischen

Stabilität und der Empfindlichkeit gegen Schadstoffe aus

der Umgebung Rechnung tragen.

Bereits bei der Auswahl der LED sind alle diese Aspekte gründlich

zu bewerten, um spätere Fehler zu vermeiden. Da in der Regel die Datenblätter

des Herstellers nicht alle notwendigen Informationen für die

spezifizierten Einsatzbedingungen liefern, sind zusätzliche Messungen

und Untersuchungen notwendig.

Bild: focus finder - Fotolia.com

Charakterisierung von LEDs

Das fängt mit der Charakterisierung der LED als Komponente an. Da

Farbe und abgestrahlte optische Leistung letztlich von der Sperrschichttemperatur

T j

der LED abhängen, ist es wichtig, diese Parameter als

Funktion der Sperrschichttemperatur T j

zu kennen. T j

wird indirekt über

die Messung des thermischen Widerstands der LED-Komponente berechnet.

In der LED-Leuchte ist zusätzlich der thermische Widerstand

zwischen LED-Lötpunkt und Umgebung zu bestimmen, um daraus T j

in

der Applikation zu ermitteln.

In einem flexiblen und halbautomatischen Messaufbau werden alle

wesentlichen opto-elektrischen LED-Parameter nach gültigen Standards

über einen weiten Temperaturbereich von -40 bis 100 °C bei verschiedenen

Nominalströmen bis über 1000 mA vermessen. Ein für die

optischen Messungen sehr gut geeigneter Spektralradiometer, verschiedene

Stromquellen für DC-, Puls- und AC-Betrieb, sowie eine

Ulbricht-Kugel sind im Messaufbau integriert. Die zentrale Einheit ist

die LED-Halterung (Bild 1), die eine gute aktive Temperaturkontrolle

82 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


LED

Auf einen Blick

Unabhängiges Testhaus

Der Umstieg auf LEDs stellt neue und anspruchsvolle Herausforderungen

an die Hersteller, die LEDs in ihren Produkten nutzen, und

auch deren Kunden. So unterscheiden sich LED-Leuchten stark von

klassischen Beleuchtungssystemen, wenn es gilt, die Performance,

Qualität und Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen. Nicht jeder Hersteller

verfügt über die Instrumente, um alle Aspekte im Detail abzudecken.

Hier kann ein unabhängiges Testhaus ergänzende Unterstützung

leisten.

infoDIREKT www.all-electronics.de

504ei0912

Bilder: Rood Microtec

Bild 1: Prototyp der LED-Halterung für den

Messaufbau.

Bild 2: Abheben von Bonddraht.

Bild 3: ESD-Schaden des LED-Dies.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09 / 2012 83


LED

bei ausreichender Wärmeabfuhr sicherstellt und eine Vielzahl unterschiedlicher

LED-Typen aufnehmen kann. Neben Leistungsund

Farbparametern können auch Abstrahlcharakteristik und UI-

Kennlinie in Vor- und Rückwärtsrichtung gemessen werden.

Untersuchungen an LED-Leuchten

Eine Reihe von gesetzlichen Vorgaben speziell im Hinblick auf die

Produktsicherheit, wie Niederspannungsrichtlinie, photobiologische

Sicherheit oder EMV müssen erfüllt sein, bevor ein Produkt

in den Markt eingeführt werden kann. Die Einhaltung dieser Vorschriften

garantiert jedoch nicht die ausreichende Qualität und

Zuverlässigkeit der Produkte. Daher empfehlen sich ergänzende

Untersuchungen der optischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften

der LED-Leuchte.

Photogoniometer, Ulbricht-Kugel und Spektralradiometer dienen

der Bestimmung aller wesentlichen optischen Parameter, wie

beispielsweise gesamter Lichtstrom, Abstrahlcharakteristik, maximale

Lichtstärke und Farbe. Diese Messungen werden nach Standard

bei 25 °C und in der für die Applikation vorgesehenen Lage

durchgeführt, wobei ausreichende thermische Stabilisierung sicherzustellen

ist.

Über Messung der elektrischen Leistung gewinnt man den speziell

in der Allgemeinbeleuchtung wichtigen Wirkungsgrad Lumen/Watt.

Im Hinblick auf Zuverlässigkeit sind weitere elektrische

Messungen von Peak- und Transientenverhalten der Treiberschaltung

als auch Strom-Spannungsmessungen an der LED-Komponente

sinnvoll, um eine zu hohe elektrische Belastung der LEDs

feststellen zu können.

Dass die Temperatur ein ganz entscheidender Parameter bei LED-

Leuchten ist, ist allgemein bekannt. Dennoch findet man häufig Produkte,

bei denen das thermische Management nicht befriedigend

gelöst ist. Daher sind Aufnahmen mit der Wärmebildkamera oder

direkte Temperaturmessungen am Gehäuse und an kritischen Punkten

im Innern sehr hilfreich bei der Bewertung. Röntgenaufnahmen

können Schwachstellen in der Aufbau- und Verbindungstechnik bezüglich

thermischer Ankopplung entdecken.

In manchen Anwendungen sind die LEDs Einflüssen von Schadstoffen

ausgesetzt, ob vom System selbst oder aus der Umgebung,

wie hohe Luftfeuchte und gasförmige chemische Stoffe. So können

verwendete Kunststoffe ausgasen, Gummidichtungen geben

Schwefel frei. All dies kann zu Korrosionseffekten in der LED führen.

Wenn diese Exposition durch Schadstoffe nicht vermieden

werden kann, muss die Eignung der LEDs in speziellen Tests nachgewiesen

werden. Untersuchungsergebnisse vom Hersteller sind

häufig nicht ausreichend.

In der Summe sind die beschriebenen Untersuchungen gut geeignet,

Performance und Qualität einer LED-Leuchte zu beurteilen.

Über die zu erwartende Lebensdauer, die bei LEDs im wesentlichen

durch eine kontinuierliche Abnahme der abgestrahlten

Leistung bestimmt wird, lassen sich aber nur zuverlässige Aussagen

machen, wenn ein Lebensdauertest durchgeführt wird.

LED-Lebensdauertest

Das heute verbreitet angewendete Verfahren für Lebensdauertests

folgt dem Standard IES LM-80-08. Der Test sollte bei drei Temperaturen

über mindestens 6000 Stunden durchgeführt werden, wobei

10.000 Stunden empfohlen werden. Zwischenmessungen der

optischen Leistung erfolgen im Abstand von 1000 Stunden. Die

mittlere Lebensdauer wird nach IES TM-21-11 gewonnen, wobei

die Mittelwerte der gemessenen Daten in der Zeit extrapoliert werden.

Um zu große Fehler zu vermeiden, wird die Extrapolation auf

Bild 4: Korrosion

durch Eindringen

von Schadgasen.

den Faktor 6 in der Zeit begrenzt. Die lange Testdauer ist natürlich

nicht nur im Hinblick auf die Kosten, sondern auch wegen des hohen

Innovationstempos ein Problem. Bisher konnte man sich jedoch

noch auf kein Verfahren einigen, den Lebensdauertest zu

beschleunigen.

Erschwerend kommt hinzu, dass verschiedene Mechanismen

die Alterung beeinflussen. So sind besonders in der Anfangsphase

vom Gehäuse abhängige Faktoren dominierend, die auch zu einer

Zunahme der Leistung führen können, und sich erst nach einigen

100 Stunden stabilisieren. Diese Phase wird bei der Extrapolation

ignoriert. Andererseits findet man bei realen Tests auch Fälle, bei

denen Alterungsmechanismen erst nach 6000 Stunden einsetzen.

In diesen Fällen würde ein Test bis 6000 Stunden andere, eventuell

größere Lebensdauern ergeben als ein längerer Test.

Trotz dieser Unsicherheiten sind Lebensdauertests unumgänglich,

da sich das Alterungsverhalten von Systemen nicht zuverlässig

genug aus der Alterung der einzelnen Elemente ableiten lässt.

Fehler im Feld

LEDs können sehr zuverlässige Bauelemente sein und eine hohe

Lebensdauer erreichen. So werden von namhaften Herstellern

Ausfallraten deutlich geringer als die üblicherweise geforderten 10

ppm berichtet. In Tests an LED-Komponenten sind Lebensdauern

weit über 50.000 Stunden zu erreichen, zumindest wenn die Sperrschichttemperaturen

signifikant unterhalb des zulässigen Grenzwertes

gehalten werden.

Dennoch werden nicht selten Ausfälle von LED-Leuchten im Feld

gefunden, die durch Fehler der LED verursacht sind. Eine umfassende

Fehleranalyse ist notwendig, um die Ursachen und Fehlermechanismen

zu ermitteln. Erst die genaue Analyse gibt Hinweise, das

Produkt zu verbessern und zukünftige Fehler zu vermeiden.

In zahlreichen Fehleranalysen an LEDs wurde ein breites Spektrum

von Fehlermechanismen gefunden. Häufige Fehler sind Ablösungen

der Bonddraht- oder Die-Bond-Verbindung durch thermomechanischen

Stress (Bild 2), ESD-Schädigung des LED-Chips (Bild

3) oder Korrosion durch Eindringen von Schadgasen (Bild 4).

Verschiedene nichtzerstörende und zerstörende Methoden der

Fehleranalyse sind verfügbar, von der visuellen Inspektion, Röntgen,

elektro-optischen Messungen bis zum Öffnen und Querschleifen

der LED, und letztlich Untersuchungen auf Chipebene.

Das Know-how ist an vielen Beispielen aus ganz unterschiedlichen

Anwendungsfeldern geschult. (jj)

n

Der Autor: Gottfried Schmitt, Qualification Optical Components, Rood

Microtec Stuttgart GmbH.

84 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


LED

LED-Netzteil

Für dekoratives Licht im Innenbereich

Bild: M+R Multitronik

Die Konstantstrom-Netzteile im Bereich 25 und 35 Watt speziell

für Projekte des dekorativen Lichtes im Innenbereich.

Mit der preiswerten APV/APC-25/35-

Serie baut Mean Well (Vertrieb: M+R

Multitronik) das Lieferprogramm der

Konstantspannungs- (APV) und der

Konstantstrom-Netzteile im Bereich 25

und 35 Watt speziell für Projekte des dekorativen

Lichtes im Innenbereich weiter

aus. Bei dieser Serie verzichtet der Hersteller,

wie auch schon bei der APV/

APC-12/16-Series (12/16 Watt), bewusst

auf eine PFC-Integration

und setzt das vorhandene

Designkonzept und die

Verwendung eines kompakten

Plastik-Gehäuses der

Brandschutzklasse 94 V-0

fort, um dem Designer ein

kostengünstiges aber sicheres

Betriebsgerät zu bieten.

Auch die APV/APC-25/35-

Serie lässt sich durch den

Universaleingang 90...264 V

AC weltweit einsetzen und

kommt bei Umgebungstemperaturen

von -30 bis +70 °C

lediglich mit Konvektionskühlung aus.

Durch die Hochschaltfrequenz-Topologie

wird ein Wirkungsgrad von bis zu 84

Prozent erreicht. Lediglich die 35-Watt-

Version ist halbvergossen und lässt sich

somit auch bei widrigen Einsatzbedingungen

wie zum Beispiel bei Feuchtigkeit

oder hohem Staubaufkommen betreiben.

Die integrierten Schutzfunktionen gegen

Kurzschluss, Überlast und Überspannung

halten außerdem bis zu 300 V AC

Überspannung/Stoßspannung im Eingang

für maximal fünf Sekunden stand.

Weiterhin sind diese Geräte mit einem

doppelt

isolierten Zweidrahteingang ohne Erdung

(Class II) ausgestattet.

Die wichtigsten Merkmale der APC/APV-

25/35 in Kürze:

■■

Universeller 90...264 V AC-Eingang.

■■

Konstantspannungsdesign für

APV- und Konstant-Stromdesign für

APC-Serie.

■■

Kunststoffgehäuse mit

Brandschutzlevel 94 V-0.

■■

Hoher Wirkungsgrad von 84 Prozent

■■

Konvektionskühlung.

■■

Diverse Schutzfunktionen

■■

Abmessungen (LxBxH):

84 x 57 x 29,5 mm 3 .

■■

Zwei Jahre Herstellergarantie. (ah)

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Wärmemanagement von Kunze

LED professional Symposium + Expo 2012

Bild: Kunze Folien

Die LED-Technologie wird mittlerweile

in allen Applikationen der Lichttechnik

eingesetzt und hat einen großen Einfluss

auf neue Beleuchtungslösungen – von der

Lichterzeugung über optische Systeme bis

hin zur Lichtmessung. Bereits im Jahr

2011 war das LED professional Symposium

+ Expo mit über 50 Ausstellern, über

700 Besuchern, interessanten Vorträgen

und einem Workshop ein großer Erfolg.

Vom 25. bis 27. September 2012 findet zum zweiten Mal das LED professional Symposium + Expo statt.

Vom 25. bis 27. September 2012 treffen

sich nun zum zweiten Mal internationale

Spezialisten aus Industrie und Forschung

im Festspielhaus Bregenz (Österreich),

um die neuesten Entwicklungen in der

LED-Technik zu diskutieren. Auch Kunze

Folien wird wieder als Komplettanbieter

für anspruchsvolles Wärmemanagement

für LEDs durch integrierten Einsatz von

Wärmeleitfolien, Kühlkörpern und Powerclip-Befestigungsklammern

in der

Werkstattbühne, Stand Nr. A17 vertreten

sein. Der Spezialist für Heatmanagement-

Lösungen unterstützt seit 2011den R&D-

Bereich des LED-Herstellers Citizen Electronics

mit seinem Technik-Know-how

und seinem Branchenwissen im Bereich

Entwärmung von LED-Applikationen.

Denn LEDs benötigen eine ausgeklügelte

Wärmeableitung, damit die optimale Leistung

über die gesamte Lebensdauer gewährleistet

ist. (ah)

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692ei0912

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09/2012 85


LED

Energiekreislauf zu Ende gedacht

Rusol koppelt Energiegewinnung mit Energieeffizienz

Umweltfreundliches Energieverhalten erschöpft sich nicht im Wechselrichter. Grund genug für das Photovoltaik-

Unternehmen Rusol, sein erfolgreiches PV-Geschäftskonzept in den LED-Lighting-Bereich zu übernehmen. Mit

klarem Focus auf High-End-Produkte will sich Rusol einen hohen Bekanntheitsgrad sichern und am umkämpften

LED-Markt behaupten.

Autorin: Heike Bubeck

Beim Vertrieb von High-End-Produkten setzt die Rutronik-Tochtergesellschaft

Rusol auf die Zusammenarbeit

mit führenden deutschen und europäischen LED-Herstellern.

Damit trägt Rusol nicht nur dem Unternehmenseigenen

hohen Qualitätsanspruch Rechnung, sondern auch der

gegenüber dem asiatischen Markt einfacheren Kommunikation

und kürzeren Lieferzeiten. Oft stehen die Lieferanten bereits in

langjähriger gewachsener Geschäftsbeziehung zu Rutronik, was

eine attraktive Preisgestaltung ermöglicht und ein enges, stabiles

Vertrauensverhältnis bedeutet. Ralf Maier, Vertriebsleiter bei Rusol,

erklärt: „Man muss sich das als eine Art Dreiecksbeziehung

vorstellen: Beispielsweise treibt Rutronik so manche Neuentwicklung

von LED-Leuchten mit an, da die Hersteller ihre Bauteile und

Design-In-Leistungen bei Rutronik, einem europaweit führenden

Distributor von elektronischen Bauteilen, beziehen. Rusol wiederum

ist Kunde dieser Hersteller und einer der Ersten, der die Neuheit

in sein Programm aufnimmt. Wir profitieren untereinander

nicht nur von unseren Produkten, sondern ganz massiv auch durch

Bilder: Rusol

86 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


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den permanenten Wissenstransfer." Dies

generiert vertiefte Produktkenntnis, welches

die Lichtexperten von Rusol zusammen

mit ausgeprägtem technischen Knowhow

und ihrer langjährigen Erfahrung in

die oft komplexen LED-Projekte mit einbringen,

und ermöglicht eine passgenaue

und individuelle Beratung. Synergien nach

außen und im eigenen Unternehmen, Offenheit

gegenüber neuen Technologien

und ein interessantes Vertriebskonzept begründen

die Vorreiterrolle von Rusol im

Markt. Gelebte Effizienz und Vernetzung

auf vielen Ebenen beweist Rusol nicht nur

beim Multisensesystem illumotion, einer

Kombination aus bewegten Bildern, hochauflösenden

Displays und brillanter Mehrkanal-Audio-Technik,

für das Rutronik die

Hardware (unter anderem Displays) und

Engineering-Leistung bereitstellt und Rusol

LED-Leuchten für die Farb- und Lichteffekte

und Beratungskompetenz bei der

LED-Beleuchtung beisteuert (Bild 1). Auch

der Touchscreen-LCD-Monitor von Sharp,

ein völlig neuartiges Präsentationstool, auf

dem sich vorab eingespeiste Dokumente

oder Bilder direkt am Bildschirm per Stift

oder mit dem Finger verändern lassen, ist

dafür ein gutes Beispiel.

Umfassender Service

Auch im LED-Lighting-Bereich erhalten

Kunden nach dem Motto „Alles aus einer

Hand" perfekt aufeinander abgestimmte

Gesamtlösungen sowie technische und

kommerzielle Beratung und Services, und

damit letztlich erheblich vereinfachte Geschäftsprozesse.

Rusol unterstützt seine

Kunden umfassend und kompetent bei der

Umrüstung auf die LED-Technologie sowie

bei LED-Neuinstallationen – von der Planung,

über die Umsetzung bis hin zur Unterstützung

bei Verordnungen. Zu allen

Produkten erstellen die erfahrenen Rusol-

Experten aus allen Bereichen der Innenund

Außenbeleuchtung auf Wunsch eine

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Stromversorgungen seit

mehr als 28 Jahren

Bild 1 (links): Das Multisensesystem illumotion,

eine Kombination aus bewegten Bildern,

hochauflösenden Displays und brillanter

Mehrkanal-Audio-Technik.

Bild 2 (oben): Die Leids-Hochregalleuchte Lucid

power high bay.

Auf einen Blick

LED-Leuchten

und -Beleuchtungskonzepte

Als Chance für eine Neuausrichtung, so hat

der PV-Distributor Rusol, eine 100-prozentige

Tochtergesellschaft der Rutronik Elektronische

Bauelemente GmbH, die Krise auf

dem Solarmarkt für sich defi niert. Das Gesamtportfolio

wurde überarbeitet, der Unternehmensbereich

LED-Lichtlösungen

breiter aufgestellt. Das Unternehmen aus

Ispringen bei Pforzheim verbindet eine umweltfreundliche

Stromerzeugung mit Energie-Effi

zienz und bietet hochwertige Photovoltaik-Systemlösungen

Energie-effi ziente

LED-Leuchten und -Beleuchtungskonzepte.

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LED

Bild 3 (links): Bulled Classic, ein

trendiger 1:1-Ersatz für 60-W-

Glühbirnen des Herstellers Ledo

LED Technologie.

Bild 4 (unten): Anwendungen von

Leids Decken- und Regalbeleuchtungen.

Bild 5: Ralf Maier, Vertriebsleiter

bei Rusol.

individuelle Lichtplanung sowie eine Amortisationsrechnung. Vor

der Umsetzung des Beleuchtungskonzepts haben Rusol Lighting-

Kunden die Option zu einer vierwöchigen Bemusterungszeit, in der

sie die favorisierten Produkte vor Ort testen können. Mit Hilfe der

eigenen multifunktionalen eCommerce-Plattform lightg@te verkürzt

und optimiert Rusol die Informations- und Bestellabläufe weiter.

Hier können Interessenten den aktuellen Lagerbestand, Preise

und weitere Informationen in Echtzeit abfragen und Bestellungen

aufgeben.

Breites Angebot und exklusive Highlights

Im LED-Bereich führt Rusol eine breite Palette von kompletten

Lichtlösungen etablierter Hersteller für die verschiedensten Einsatzgebiete,

etwa Büro, Industrie oder Architektur sowie Straßenleuchten

und ist doch jederzeit bereit auf spezielle Ansprüche zu reagieren

und sein Portfolio zu erweitern. Retrofits, Austausch-Leuchtmittel

und Lichtsteuerungssysteme runden das LED-Programm ab.

Neben den bewährten Leids-Deckenrasterleuchten und -Deckeneinbauleuchten

setzt Rusol auch bei der Industriebeleuchtung auf

Leids: Die Hochregalleuchte Lucid power high bay bedeutet eine

Innovation in der LED-Hallenbeleuchtung (Bild 2). Eine Kombination

aus optimierten 3-Chip-LEDs und einer hocheffektiven Linsenoptik

von Jenoptik mit nahezu verlustfreier Lichtbündelung bildet

die Grundlage der nächsten Generation an LED-Hallenleuchten. Im

Bereich Innenarchitektur führt Rusol neben LED-Retrofits der Hersteller

Osram, Leids und Traxon die außergewöhnliche Bulled Compact

Designer Light (Bulled CDL) des deutschen Herstellers Ledo

LED Technologie als trendigen 1:1-Ersatz für 60-W-Glühbirnen.

Die Bulled CDL gibt es in drei Design-Ausführungen: Bulled Classic

(Bild 3), Bulled Modular und die superleichte Bulled Star speziell für

filigrane Leuchtmittelanforderungen. Im Außen- und Architekturbereich

garantieren Osrams und Traxons wasserdichte Leuchte

Aqualed Dragon eine gleichmäßige und ansprechende Lichtverteilung.

Sie empfiehlt sich als Akzentbeleuchtung in Gärten und Bädern

sowie als Orientierungslicht.

Lineare Strahler in unterschiedlichen Längen mit hoher

Lichtausbeute, LED-Wallwasher sowie Lichtsteuerungssysteme

bezieht Rusol vom Frankfurter Unternehmen Traxon.

Show me!

Über das gesamte Rusol Lighting-Produktportfolio können sich

interessierte Beleuchtungsexperten im LED-Showroom am Standort

Rheinberg auf rund 600 m² im Rahmen einer Ausstellung mit

unterschiedlichen Themenbereichen informieren. Verschiedene

Beleuchtungsszenarien erklären Wissenswertes zu Lichtfarben,

Lichtstärken und konkrete Anwendungen von LED-Produkten.

Im angrenzenden Shop-Bereich ist das geballte Inhouse-Beleuchtungswissen

an verschiedenen Lebensbereichen perfekt umgesetzt,

zum Beispiel bei der Ausleuchtung von realistisch aufgebauten

Verkaufsräumen für Lebensmittel oder Bekleidung. Ebenso ist vor

Ort das gesamte Produktportfolio an Büro- und Industriebeleuchtung

erlebbar.

Die weiteren Aussichten

Für die kommenden Jahre ist man bei Rusol gut gerüstet und mit

einer klaren Zielvorgabe in Sachen Lighting versehen. Ralf Maier

fasst sie zusammen: „Zunächst wollen wir unseren Bekanntheitsgrad

noch weiter steigern und unsere Stellung am Markt als Distributor

und als verlässlicher, kundenorientierter Partner in Sachen

Licht und Planung festigen. Langfristig streben wir an, uns in diesem

Bereich als erster Ansprechpartner in den Köpfen zu verankern."

(jj)

n

Die Autorin: Heike Bubeck ist Mitarbeiterin der PR-Agentur Lorenzoni.

88 elektronik industrie 08-09/2012

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LED

Neue Produkte

Entwicklungsmuster für LED-Glühlampen

Leuchtendesign mit 170 Lumen pro Watt

Bild: Cree

Bild: Osram

Cree stellt den Prototyp einer

LED-Glühlampe mit 170 Lumen

pro Watt (LPW) vor. Beim

170-LPW-Prototyp wurden alle

Elemente des gesamten Beleuchtungssystems

weiterentwickelt,

angefangen von der LED, der Optik,

bis hin zum Treiber und dem

Wärmemanagement. Die zum

Lötfreie LED-Buchse für Mini-Zenigata-LED

Für vielfältige Beleuchtungsanwendungen

Eine zuverlässige Plug-and-Play-

Komplettlösung bietet die neue

lötfreie LED-Buchse für die Mini-

Zenigata-LED von Sharp, die TE

Connectivity jetzt neu in den

Markt einführt. Die so genannte

SMIZ-Buchse wurde speziell für

die Mini-Zenigata-LED entwickelt.

Mit der Einführung der

Buchse erweitert TE Connectivity

sein breites Portfolio an lötfreien

LED-Buchsen, die für viele verschiedene

Beleuchtungsanwendungen

geeignet sind. Eine mechanische

und lötfreie elektrische

Verbindung zur LED bietet diese

zweiteilige SMIZ-Buchse. Da sie

LED-Nachrüstmodul

Historische Straßenleuchten effizient umrüsten

Mit dem LED-Nachrüstmodul DSL

(Decorative Street Lighting) von

Osram lassen sich Leuchten aller

Hersteller einfach und schnell auf

LED umrüsten.

Einsatz kommende SC3-Technologie-Plattform

basiert auf Crees

Siliziumkarbid-Technik, die unter

anderem eine verbesserte LED-

Chip-Architektur, optimiertes

Phosphor und ein neues Gehäusedesign

bietet. Tests des unabhängigen

Labors OnSpeX haben

ergeben, dass das 170-LPW-Entwicklungsmuster

Werte von 1250

Lumen erreicht und dabei nur 7,3

W verbraucht. Durch die True-

White-Technologie wird ein Farbwiedergabeindex

(CRI) von über

90 erreicht, was einem angenehmen

Tageslicht entspricht.

Bild: TE Connectivity

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641ei0912

nicht an Chip-on-Board-LEDs geschweißt

wird, entsteht eine einheitliche

und verlässliche Verbindung,

die ohne spezielle Fertigkeiten

realisiert werden kann. Die

Hitze beim Anbringen entfällt, und

Lötflussmittel spritzt nicht auf die

Lichtaustrittsfläche.

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642ei0912

Das in Deutschland entwickelte

und produzierte DSL reduziert

den Stromverbrauch einer Leuchte,

die zuvor mit Quecksilberdampf-Entladungslampen

ausgestattet

war, um mindestens 60

Prozent. Der Umbau kostet im

Vergleich zur LED-Neuinstallation

weniger als die Hälfte. Insgesamt

machen Straßen- und Parkbeleuchtung

rund 40 Prozent der

gesamten Stromkosten zahlreicher

Kommunen aus.

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Messtechnik

Bild 1: Prinzip des

Boundary Scans mit

den vier zusätzlichen

Leitungen.

Boundary Scan anwenderfreundlich

Praktische Programmierung für Praktiker

Über fast zwei Jahrzehnte hatte Reinhardt System- und Messelectronic Fremdprodukte im Boundary Scan-Bereich

in ihre Testsysteme eingebunden, um den entsprechenden Aufgabenstellungen gerecht zu werden. Das

Unternehmen hat sich entschlossen, eine eigene Lösung für den Boundary Scan-Test zu entwickeln, die viele der

bisher üblichen kryptischen Programmier- und Anzeigemethoden unterdrückt. Autor: Peter Reinhardt

Beim Boundary Scan-Verfahren werden über vier Leitungen

an speziellen ICs, die mit Boundary Scan-Zellen ausgestattet

sind, Prüfungen für Kurzschlüsse und Unterbrechungen

durchgeführt. Dieses Verfahren wurde 1990

durch das IEEE-Konsortium als Standard festgelegt. Nachdem sich

dieses Testverfahren nur beim Test von rein digitalen Baugruppen

ohne passive Bauelemente einsetzen lässt, ist der Test natürlich

eingeschränkt und ist nicht, wie mehrfach gemeldet, in der Lage,

99,9 % der Fehler abzudecken. Tatsache ist, dass dieses Testverfahren

keine Testmöglichkeit der eigentlichen Funktion der digitalen

ICs, vom kleinsten bis zum komplexesten, bietet und somit die

oben genannte Zahl doch etwas scherzhaft sein dürfte.

Wie sich aus diesen Anmerkungen erkennen lässt, ist das

Boundary Scan-Testverfahren ein Segment, das im Rahmen des

Baugruppentests eine wichtige Aufgabe hat, jedoch keinesfalls als

allumfassend beschrieben werden kann. Es ist vielmehr ein Mosaikstein

im Rahmen der verschiedenen Testmethoden zur Abrundung

der Prüfung und damit zur Verbesserung der Qualität des

Endproduktes.

Die ersten Monolithen, welche mit Boundary Scan-Zellen ausgestattet

wurden, waren Mikroprozessoren und so können wir

heute bei einem überwiegenden Teil aller Mikroprozessoren

Boundary Scan-Zellen voraussetzen. Um einen solchen Test erfolgreich

durchzuführen, ist es von absoluter Notwendigkeit, dass

der Prüfling und die entsprechenden Schaltkreise für die Architektur

des Boundary Scan-Tests konstruiert werden. Es ist nicht sehr

kompliziert, jedoch muss einiges an Grunderfahrung vorliegen,

um diese Lösung zu entwickeln. Eine leider begrenzte Stückzahl

unserer klassischen ICs, die im offenen Verkauf beziehbar sind, ist

bereits mit Boundary Scan-Zellen lieferbar. Sie benötigen jedoch

die besagten vier weiteren Anschlüsse, um dem Boundary Scan-

Testkonzept nützlich zu sein. Bei größeren ASICs, die speziell für

Boundary Scan entwickelt wurden, ist es dann auch notwendig,

während der Konstruktion entsprechende Zellen an den Ein- und

Ausgangspins mit einzubinden. Wir alle wissen, dass für eine einigermaßen

wirtschaftliche Herstellung von ASICs eine Mindeststückzahl

notwendig ist. Das hat zur Folge, dass Boundary Scan-

Designs für elektronische Flachbaugruppen dann meistens in

90 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Bild: Reinhardt System- und Messelectronic

Stückzahlen von 20.000 oder größer produziert

werden müssen. Es ist daher zu erwarten,

dass die Boundary Scan-Methode

für Stückzahlen unter 20.000 wohl nicht

sehr interessant sein dürfte. Tatsache ist,

dass sich in Deutschland etwa 250 Firmen

mit dem Konzept der Boundary Scan-Methode

auseinandersetzen und ihre Produkte

für den Boundary Scan-Test entwickeln.

Zur Zeit existieren unseres Wissens etwa

800 bis 1000 Produkte, was natürlich für

eine Firma wie wir es sind, die den breiten

Markt adressiert, um alle Möglichkeiten

des Baugruppentests zu verwirklichen,

nicht gerade eine berauschende Zahl ist.

Bild 2: Softwaremonitor zur Fehlerortdarstellung im Boundary

Scan-Test.

www.elektronik-industrie.de

Eigene Lösung für den Boundary

Scan-Test

Wir haben daher über fast zwei Jahrzehnte

Fremdprodukte im Boundary Scan-Bereich

in unsere Testsysteme eingebunden,

um den entsprechenden Aufgabenstellungen

gerecht zu werden. Die zurzeit weltweit

üblichen Testmethoden sind extrem kryptisch

in ihrer Programmierung und genauso

in der Fehleranzeige und so für viele

Firmen im mittleren Bereich kaum einsetzbar.

Nachdem wir aber erkennen müssen,

dass die Boundary Scan-Methode zur Abrundung

des Tests von hoch kompakten

elektronischen Flachbaugruppen kaum zu

umgehen ist, haben auch wir uns entschlossen,

eine eigene Lösung für den

Boundary Scan-Test zu entwickeln, die

aber nach typischer Reinhardt-Konzeption

auf der Vorgabe „Praktische Programmierung

für Praktiker" basiert und die dann

viele dieser kryptischen Programmier- und

Anzeigemethoden unterdrückt. Die Fehleranzeige

erfolgt bei unserem Konzept,

indem der Prüfling mit seiner Bestückung

auf dem Bildschirm angezeigt wird und die

unterbrochenen Leiterbahnen rot gekennzeichnet

sind beziehungsweise dass Leiterbahnen,

die Kurzschlüsse miteinander haben,

rot und blinkend dargestellt werden.

Das ist eine Fehlerortanzeige, die praxisnah

und anwenderfreundlich ist, und nicht

die komplizierte, kryptische Darstellung.

Auch wir können die Physik nicht betrügen

und sind so gezwungen, unsere Testmethode

so zu entwickeln, dass sie auch in

Verbindung mit Auswertmodulen an den

Schnittstellen eingesetzt werden kann.

Nachdem wir bereits Logikkarten im Bereich

zwischen 3,3 und 5 V mit 96 Kanälen

im Programm haben und der Prüfadapter

dafür das Übrige tut, wird eine sehr hohe

Prüftiefe möglich, zwar keine 99,9 %, mit

Sicherheit jedoch um die 97 % je nach

Prüflingsvorbereitung, welche durch den

Funktionstest und Incircuittest in einem

Arbeitsgang noch abgerundet wird.

Programmierung vereinfacht

Die Programmierung wurde von uns ebenfalls

revolutioniert: Unter Verwendung der

vorhandenen Modelle von Schaltkreisen,

die sich aus dem Internet laden lassen, erstellen

wir uns eine kleine Bibliothek, erstellen

mit Hilfe der Verdrahtungsliste

dann die Verbindungen und durch einen

automatischen Programmgenerator den

Boundary Scan-Test, um dann über unsere

Gerberdatenaufbereitung die Fehler vollgrafisch

anzuzeigen. Die typischen Programmierzeiten

liegen im Bereich von 1 bis

2 Stunden und werden hauptsächlich vollautomatisch

ausgeführt, so dass Boundary

Scan-Testprogramme in kurzer und wirtschaftlicher

Zeit zu erstellen sind. Der eigentliche

nachfolgende Test erfolgt mit

Hilfe der grafischen Fehleranzeige, indem

der Prüfling mit all seinen Leiterbahnen

zur Verfügung steht, wobei nur die defekten

angezeigt werden. Auch diese Anzeige

lässt sich abspeichern

und kann für die dezentrale

Instandsetzung beliebig

oft aufgerufen werden,

um den tatsächlichen

Fehlerort optisch

und mit Hilfe unserer

Kurzschluss-Finder-Probe

punktgenau zu isolieren

und dann zu beseitigen.

(jj)

n

Der Autor: Peter Reinhardt ist

geschäftsführender

Gesellschafter der Reinhardt

System- und Messelectronic

GmbH in Diessen.

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Universal-Softwarelösung

Kopplung zwischen 1D- und 3D-Softwaretechnologien

Die neue Universal-Softwarelösung von Mentor Graphics kombiniert erstmals 1D- und 3D-Strömungs-

Simulations-Software. Möglich wird dadurch das gemeinsame Arbeiten mit integriertem Quellcode.

Diese neue Kombination basiert auf der ID-Software Flowmaster,

die vor kurzem von Mentor Graphics erworben

wurde und auf der 3D-Concurrent-CFD-Software Flo-

EFD. Anwender können damit ihren Entwurfsprozess

weiter beschleunigen und im Vorfeld des Systementwicklungszyklus

eine genaue Systemanalyse gewährleisten, die auf Strömungsund

Wärmeübertragungsdaten basiert, welche mit Hilfe von 3D-

Simulation auf Komponentenebene gewonnen wurden. Hochwertigere,

wettbewerbsfähigere Produkte lassen sich auf diese Weise

schneller auf den Markt bringen.

Bild: Mentor Graphics

Genaue Systemanalyse im Vorfeld

Systemingenieure verwenden 1D- und 3D-CFD-Software häufig

in der Automobil-, Luftfahrt, Öl- und Gasindustrie sowie in der

Energiewirtschaft. Für den Entwurf komplexer Systeme wäre 3D-

CFD zwar äußerst präzise, sie kann aber je nach Größe der verwendeten

Modelle sehr rechenintensiv sein. 1D-CFD hingegen ist

schneller, erfordert jedoch zur genauen Charakterisierung der

Komponenten große Datenmengen. Um die 1D-CFD-Systemanalyse

zu erleichtern, werden Daten benötigt, die die Komponenten

beschreiben. Bis jetzt war das Verfahren zum Erreichen einer hohen

Datengenauigkeit aufwendig und basierte auf Annahmen.

Die eng gekoppelte Universal-1D-3D-CFD-Simulationssoftware

kann die komplexeren Komponenten eines Systems in 3D charakterisieren

und diese Komponentenmerkmale zur Simulation in

1D-System-Level-Modelle integrieren. Das gewährleistet eine höhere

Genauigkeit für die Komponenten bei gleichzeitiger Minimierung

der Rechenressourcen und der Ausführungszeit auf Sys-

Mit der neuen Kombination, basierend auf der ID-Software Flowmaster

und auf der 3D-Concurrent-CFD-Software FloEFD, können Anwender ihren

Entwurfsprozess weiter beschleunigen und im Vorfeld des Systementwicklungszyklus

eine genaue Systemanalyse gewährleisten.

temebene. In Übereinstimmung mit Mentors Strategie, virtuelle

Prototypen in einem frühen Stadium und während des Designprozesses

zu analysieren, bietet diese Technologie Systemingenieuren

die Möglichkeit, mehr Variablen über ein breiteres Spektrum an

Designszenarien zu überprüfen und auf diese Weise schnell ein

optimales System- und Komponentendesign zu definieren. Die

1D-3D-Produktlinie wird ab der zweiten Hälfte dieses Jahres verfügbar

sein. (ah)

n

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92 elektronik industrie 08-09/2012

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Neue Produkte

32-Bit-Mikrocontroller

Sicherheit und Effizienz bei der Motorregelung

23-cm-TFT-LC-Display

Weite horizontale und vertikale Ablesewinkel

Mit ihren kompakten Gehäusen

und ihren robusten Hard- und

Software-Ökosystemen erleichtern

die 32-Bit-Mikrocontroller

die Entwicklung von weißer Ware

und Industrie-Applikationen. Die

Mikrocontroller der Piccolo-Serie

von Texas Instruments machen

32-Bit-Echtzeitfunktionen für Anwendungen

wie etwa Hausgeräte,

industrielle Textilmaschinen oder

Kompressoren verfügbar, in denen

die Mehrkosten der 32-Bit-

Technik früher nicht zu rechtferti-

Bild: Texas Instruments

gen gewesen wären. Die Mikrocontroller

der Reihe C2000 Piccolo

TMS320F2802x verfügen über

einen großen Umfang an integrierter

analoger Hardware, dazu

gehören ein 12-Bit-A/D-Wandler

und analoge Komparatoren. Mehrere

elektronische Bauelemente

lassen sich somit durch einen

einzigen Chip ersetzen. Überdies

verleihen die elektronischen Bauelemente

den Systemen mehr

Energieeffizienz und Sicherheit.

Integrierte Pulsweitenmodulatoren

dienen der effektiven Leistungswandlung

und der Motorregelung.

Akkulade-Funktionen per

Solartechnik oder über Induktion

lassen sich ebenso problemlos

implementieren wie eine aktive

Leistungsfaktor-Korrektur.

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646ei0912

Sehr weite horizontale und vertikale

Ablesewinkel von jeweils

176 Grad, eine hohe Leuchtdichte

von 400 cd/m 2 und 1920 x 1080

Pixel Full-High-Definition (FHD)-

Auflösung zeichnen das neue, bei

Gleichmann Electronics verfügbare

23-cm-TFT-LCD-Modul NL192

108AC10-01D von NLT Technologies

aus. Durch die FHD-Auflösung

wird eine für ein mittelgroßes

TFT-Farb-LCD aus amorphem

Silikon (AS) sehr hohe Pixeldichte

Bild: Gleichmnn Electronics

von 245 Pixel pro Zoll und ein Pixelpitch

von 103,5 µm erreicht.

Die Verwendung der von NLT

selbst entwickelten Super-Fine-

TFT-(SFT-)-Technologie verringert

darüber hinaus Farbabweichungen,

wie sie bei verändertem Ablesewinkel

auftreten können.

Durch die Kombination von hoher

Auflösung, hoher Pixeldichte und

weitem Ablesewinkel können Informationen

wie zum Beispiel mikroskopische

Muster schnell, präzise

und ohne Sichtbeschränkung

aus unterschiedlichen Winkeln im

Hoch- und Querformat auf dem

9,0-Zoll-FHD-LCD-Modul angezeigt

werden.

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643ei0912

Reduzierter Leistungs- und Platzverbrauch

P-Kanal-MOSFET mit 4,2 mΩ On-Widerstand

Mit IP-Cores Komplexität verringern

Integration von schnellem Ethernet in FPGAs

Altera gab die Produktionsverfügbarkeit

seiner IP-Cores für 40-

und 100-Gbit/s-Ethernet (40 GbE

beziehungsweise 100 GbE) bekannt.

Diese Cores eignen sich

gut für Ethernet-Systeme mit

sehr hohen Durchsatzraten in

elektro-optischen Modulen, Chipzu-Chip-

oder Backplane-Verbindungen.

Die MAC (Media Access

Bild: Altera

Control)- und PCS+PMA (Physical

Coding Sublayer + Physical Media

Attachement)-IP-Cores sind

kompatibel zum Standard IEEE

802.3ba-2010 und reduzieren die

Design-Komplexität für Kunden,

die 40-GbE- oder 100-GbE-Verbindungen

mit Stratix IV (40 nm)-

oder Stratix V (28 nm)-FPGAs von

Altera implementieren. Die Cores

sind optimiert für die Integration

mit den Entwicklungskits von Altera

und der Quartus-II-Software-

Version 12.0. Mit den neuen IP-

Funktionen wird der volle Durchsatz

für 40-GbE/100-GbE-Systeme

bei hoher Design-Abstraktion

und -Produktivität für FPGA-Entwickler

ermöglicht.

infoDIREKT

647ei0912

Fünf besonders verlustarme und

gleichzeitig auch sehr kleine neue

P-Kanal-MOSFETs von Renesas

Electronics hat MSC in ihr Vertriebsprogramm

aufgenommen.

Diese Bauteile wurden für den

Einsatz in Ladekontroll-Schaltern

für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien

oder für Power-Management-

Schalter zum Ein- und Ausschalten

von Netzgeräten optimiert. Sie

zeichnen sich durch einen gegenüber

den Vorgängerprodukten um

bis zu 50 Prozent reduzierten Arbeitswiderstand

und eine um bis

zu Faktor drei reduzierte Gehäusegröße

aus. Der in einem nur 3,3

Bild: MSC

x 3,3 mm 2 großen HVSON-Gehäuse

untergebrachte P-Kanal-MOS-

FET µPA2812T1L verfügt über einen

typischen Arbeitswiderstand

von 4,2 mΩ. Durch den geringen

On-Widerstand reduziert sich in

vielen Fällen der Bauteilebedarf.

Weitere signifikante Platzeinsparungen

lassen sich durch das im

Vergleich zum bisher verwendeten,

dreimal so großen SOP-8-Gehäuse

wesentlich kompaktere

Gehäuse erzielen. Das HVSON-

Gehäuse ist so ausgelegt, dass die

Verlustwärme aus dem Inneren

über den offen liegenden Lead-

Frame an die Leiterplatte abgegeben

werden kann. Dank dieser

besonders effizienten Wärmeableitung

lassen sich beispielsweise

wesentlich kompaktere Li-Ionen-

Akkus entwickeln.

infoDIREKT

648ei0912

Wir vertreten: Calogic Hitachi Metals MECO Mersen/Eldre Poseico SSDI. Weitere Info unter:

www.manz-electronic.de

MES Manz Electronic Systeme OHG Hauptstraße 16 D-74354 Besigheim Tel +49(0)7143-4031-0 eMail info@manz-electronic.de

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09/2012 93


Neue Produkte

Mikro-USB-Steckverbinder

Einheitlicher Anschluss für Mobiltelefone

2012 soll die Mikro-USB-Schnittstelle

als Universal Charging Solution

(UCS) in allen neuen Mobiltelefonen

zum Einsatz kommen.

W+P Products präsentiert mit den

Serien 8270 und 826 die passenden

Mikro-USB 2.0 Typ B-Steckverbinder

zur Umsetzung der

standardisierten Anschlüsse. Die

Serie 8270 umfasst SMT-Mikro-

USB 2.0 Typ B-Buchsen zum Einbau

direkt in den Endgeräten, die

Serie 826 bietet die Steckerseite

inklusive kompletter Kabelkonfektionierungen,

auf Kundenwunsch

in unterschiedlichen Längen.

Beide Serien verfügen über

fünf Kontaktpositionen und ga-

Bild: W+P Products

rantieren bis zu 10.000 Steckzyklen.

Ausgestattet mit einem Edelstahl-Abschirmgehäuse

weisen

die Mikro-USB-Steckverbinder

eine hohe mechanische Festigkeit

auf. Das Kontaktmaterial besteht

aus einer selektiv vergoldeten

Kupferlegierung, die Isolierkörper

bestehen aus thermoplastischem

Kunststoff gemäß UL94 V-0. Besonders

interessant sind die äußerst

geringen Abmessungen der

SMT-Buchse von 6,00 x 8,80 x

3,00 (= L x B x H in mm über alles).

Selbstverständlich kann die

Mikro-USB-Schnittstelle zusätzlich

zum Laden der Akkus auch

noch zum Datenaustausch genutzt

werden. Neben Mobiltelefonen

findet sie ihren Einsatz weiterhin

in PDAs, Pads und im Bereich

Industrial- und Embedded

Computing.

infoDIREKT

669ei0912

SiC-Power-MOSFET mit integrierter SiC-SBD

Weniger Energieverlust in Leistungsumwandlern

Maschinenterminals für universelle Montage

Kabelreduzierter Systemaufbau

Bild: Tci

Für produktionsnahe Anwendungen

hat Tci die Maschinenterminals

der K15-Serie entwickelt. Als

robuste Mensch-Maschine-

Schnittstelle dienen sie zum

Steuern von Verfahrensabläufen,

zur Erfassung von Betriebsdaten

oder zur Überwachung der Fertigung

direkt an der Anlage. Das

leuchtstarke 15-Zoll-TFT-Touchdisplay

ist auch unter großen

DC/DC-Wandler

Sehr weiter Eingangsspannungsbereich

Bild: MTM Power

MTM Power bietet einen DC/DC-

Wandler an im Half-Brick-Gehäuse

(Abmessungen: 57,9 mm x

61,0 mm x 12,7 mm) mit einer

Leistung von 50 bis zu 75 W. Die

weiten Eingangsspannungsberei-

Blickwinkeln gut ablesbar. Für

unterschiedliche Anforderungen

sind die Terminals als Strom-sparende

Panel-PCs, Embedded-Systeme

oder VGA-Panel-Displays

verfügbar. Allen gemeinsam ist

der kabelreduzierte Aufbau ohne

Lüfter und Festplatte. Je nach

Ausstattung kommen Flash- oder

SSD-Speicher zum Einsatz. Das

kompakte IP65-Gehäuse schützt

vor Staub und Feuchtigkeit. Die

Montage erfolgt über seitliche Laschen

an der Wand oder über die

VESA-75-Aufnahme in der Gehäuserückwand

per Tragarm,

Wandhalterung oder Standfuß.

infoDIREKT

649ei0912

che der Serie PMD75UHB von 9

bis 36 V DC und 18 bis 75 V DC

sind jeweils mit den Ausgangsspannungen

von 3,3; 5; 12; 15;

24 oder 48 V DC verfügbar. Sie

arbeiten in einem weiten Temperaturbereich

von -40 bis +100 °C.

Die Isolationsprüfspannung beträgt

1,5 kV DC und die Ausregelzeit

bei Lastschwankungen liegt

bei 90

Prozent. Im kHz-Bereich kann die

Stromquelle moduliert und als

Pulse mit steilen Flanken und hoher

Frequenz der Laserdiode zuund

weggeschaltet werden. Die

Überwachung systemkritischer

Werte ist direkt in Hardware mit

schnellen Abschaltzeiten implementiert,

zusätzlich steht standardmässig

ein NTC-Eingang zur

Temperaturmessung der Laserdiode

zur Verfügung. Optional kann

der LDD-1121 mit Hardware für

die Messung der Laserleistung

per Photodiode bestückt werden,

dies erlaubt mit entsprechender

Firmware eine direkte Leistungsregelung

des Lasers. Die Steuerung

des Laserdioden-Treibers

erfolgt über eine isolierte USB-,

RS485- oder I/O-Schnittstelle.

infoDIREKT

650ei0912

94 elektronik industrie 08-09/2012

www.elektronik-industrie.de


Gewinnspiel

elektronik industrie-Leser gewinnen immer

Gewinnen Sie ein von zwei NXP Cortex-M4 LPC4300 Starter-Sets, gespendet

von NXP im Gesamtwert von rund 3000 Euro!

Einsendeschluss:

31. Oktober 2012

NXP Semiconductors hat den elektronik-industrie-Lesern

zwei exklusive Starter-Sets NXP Cortex-M4

LPC4300 zur Verlosung zur Verfügung

gestellt. Darin enthalten ist ein Hitex LPC4300

Development-Board, ein ULINK Pro-Debugger

von Keil, Schnittstellenkabel, eine SD-Speicherkarte,

ein Kopfhörer und ein USB-Stick mit der

gesamten Dokumentation. Ein Starter-Set hat einen

Wert von etwa 1500 Euro.

Mit dem 204 MHz Dual-Core-Controller LPC4300

können, in Kombination mit größeren und

schnelleren Flash- und SRAM-Speichern und

vielfältig konfigurierbarer Peripherie, Anwender

zahlreiche Applikationen wie beispielsweise Motorsteuerungen

und Power-Management in Industrieautomation,

Robotertechnik, Medizintechnik,

Automobiltechnik und Embedded Audio entwickeln.

Was können Sie vom LPC4300 erwarten?

Cortex-M4 – mit neuer DSP-Unterstützung bei

204 MHz.

Als Peripherie ist vorhanden:

• Status-konfigurierbarer Timer (SCT),

• Quad SPI Flash Interface (SPIFI),

• serielle GPIO (SGPIO),

• LC-Display-Schnittstelle,

• I 2 C Fast-mode Plus (Fm+) Interface,

• Smart-Card Interface (USART),

• spezielle Funktionen im ROM,

• M0 Coprozessor.

Nutzen Sie Ihre Gewinnchance und schreiben

Sie unter dem Stichwort „NXP Gewinnspiel“

eine Mail mit Namen und Firma an die E-

Mail-Adresse: info@elektronik-industrie.de

Viel Glück wünscht die Redaktion!

Die Gewinner der Gewinnspiele werden jeweils

in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht.

Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.

infoDIREKT www.elektronik-industrie.de509ei0912

all for you

Komponenten • Systeme • Applikationen

Hüthig GmbH

Im Weiher 10

69121 Heidelberg

Tel. 0 62 21/489-348

Fax: 0 62 21/489-482

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High Tech Toy

Temperatur berührungslos messen

Infrarot-Thermometer: Scan Temp ST 485

Wie stark erhitzt sich die Stereo-Endstufe, ist der Kühlkörper richtig dimensioniert? Mit dem Scan Temp

485 kann man die Temperatur schnell und berührungslos messen. Wir schauen in das Innenleben und

zeigen die Funktion.

Autor: Siegfried W. Best

Ein Infrarotthermometer wie das Scan Temp ST 485

kann man sich wie einen Fotoapparat vorstellen. Als optische

Einheit bündelt die Linse die von einem Körper

abgestrahlten elektromagnetischen Wellen im Bereich 8

bis 14 µm und sendet diese auf die lichtempfindliche Schicht

eines IR-Sensors aus Silizium. Dort erfolgt mit einer Ansprechzeit

von 150 ms die Umwandlung in ein elektrisches Signal, das

durch eine entsprechende Elektronik als Temperaturwert angezeigt

wird.

Im Falle des Scan Temp 485 ist die entsprechende Elektronik

wie in vielen anderen High Tech Toys ein Mikrocontroller

MSP430 von Texas Instruments, der mit 32 kHz getaktet wird

(Uhrenquarz unter dem roten Schrumpfschlauch). Nach

16-Bit-AD-Wandlung (Sigma-Delta-Wandler-on-Chip) übernimmt

der MSP430 die Auswertung und Manipulation der vom

Sensor aufgenommenen Strahlung und steuert die LCD-Anzeige

mit den Ergebnissen an.

Dafür kommt der µC mit einem 32 K-Flashspeicher aus. Die

Elektronik wird von einer 9-V-Blockbatterie versorgt, deren

Spannung über den IC U5 stabilisiert wird. Auf der Platine befinden

sich auch die Ansteuerungsschaltungen (Q1 und Q2) für

die beiden rot emittierenden Laserdioden für 630 nm, die den

Messfleck für eine korrekte Temperaturmessung bestimmen.

Bei der Messung muss man bedenken, dass bei größerer Entfernung

der Messfleck auch wesentlich größer wird. Dann misst

Links: Herz des Scan Temp 485 ist eine

kundenspezifische Version.

Unten: Einblick auf die vor dem IR-Sensor

sitzende Linse in der Mitte und auf die beiden

LEDs des Kreuzvisiers.

Bild: Dostmann Electronic

Bei einem

Infrarotthermometer

bündelt die

Linse die von

einem Körper

abgestrahlten

elektromagnetischen

Wellen und

sendet diese auf

einen IR-Sensor.

Bild: Dostmann Electronic

Bild: S. Best

96 elektronik industrie 08-09 / 2012

www.elektronik-industrie.de


High Tech Toy

Wesentliche technische Daten des Infrarotthermometers ST-485

Messbereich: -50 bis 800°C

(-58 bis 1472°F), Ratio 20:1, Display-Aufl

ösung 0,1°C/1°C (0,1°F)

umschaltbar.

Genauigkeit: Bei Umgebungstemperatur

von 23 bis 25 °C (Raumtemperatur):

-50 bis -20 °C: ± 5

Prozent, -20 bis 538 °C: ± 2,0 Prozent,

538 bis 800 °C: ± 3,5 Prozent.

Ansprechzeit: 150 ms, Spektrale

Empfindlichkeit: 8~14 µm.

Emissionsgrad einstellbar:

0,10 bis 1,0.

Anzeige Messbereichsüberschreitung:

LCD zeigt “-0L”,”0L”.

Laserdiode: Ausgang,

Class 2 (II) Laser.

Arbeitstemperatur: 0 bis 50 °C,

Lagertemperatur: –20 bis 60 °C,

Relative Feuchte:

10%~90% RH

Spannungsversorgung:

9-V-Batterie NEDA 1604 A oder IEC

6LR61, Gewicht: 300 g (inklusive

Verpackung)

Abmessungen:

146 mm x 104 mm x 43 mm.

Hintergrundbild: Siegfried W. Best

Bild: Dostmann Electronic

Auf einen kleinen Messabstand von 30 cm hat das

IR-Messgerät einen Laservisier-Durchmesser von

nur 15 mm. So können auch kleine Bauteile

gemessen werden.

man auf einer größeren Fläche. Manchmal ist dies unerwünscht.

Mit einem Ratio von 1:20 weist das Scan Temp 485 ein sehr gutes

Verhältnis auf. Das Verhältnis beschreibt den Messwinkel

und bedeutet, dass der Messfeld-Durchmesser ein Zwanzigstel

des Messabstands beträgt. Auf einen kleinen Messabstand von

30 cm hat das Gerät einen Durchmesser von nur 15 mm. So

können auch kleine Bauteile gemessen werden.

Des Weiteren muss man bei Messungen den Emissionsgrad

der Materialien bedenken. Die meisten organischen Materialien

sowie lackierte und oxidierte Oberflächen besitzen einen

Emissionsgrad von 0,95 (im Gerät vorgeben, ist zusätzlich einstellbar

zwischen 0,1 bis 1). Andere Emissionsgrade sind zum

Beispiel für Plastik 0,85 bis 0,95, für Kupfer 0,78 oder für Papier

0,7 bis 0,94. Die Bestimmung der Temperaturen glänzender

oder hoch polierter Metalloberflächen ergibt ungenaue Messwerte

(Messfehler bis zu 50 Prozent). Zur Kompensation kann

die zu messende Oberfläche mit mattschwarzem Klebeband abgedeckt

oder mit mattschwarzer Farbe angestrichen werden.

Nach einer kurzen Wartezeit (ein bis zwei Minuten) bestimmt

man dann die Temperatur des Klebebands oder der angestrichenen

Oberfläche.

Das IR-Thermometer Scan Temp ST 485 von TFA Dostmann

gibt es beispielsweise bei amazon.de für rund 78 Euro. (ah) ■

Der Autor: Siegfried W. Best ist freier Autor.

infoDIREKT www.all-electronics.de

400ei0912

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08-09 / 2012 97


Verzeichnisse/Impressum

Inserenten

AUTRONIC, Sachsenheim 31

Beta LAYOUT, Aarbergen 89

Channel, Esslingen Seite 10

M. Britze Elektronik, Berlin 33

Conrad Electronic SE, Hirschau 11, 13

Digi-Key Corporation,

USA-Thief River Falls TS, 2. US

Distrelec Schuricht, Bremen 5

EKF Elektronik, Hamm 63

ELECTRONIC ASSEMBLY , Gilching 43

Endrich Bauelemente, Nagold 17

ERNI Electronics, Adelberg 61

Fischer Elektronik, Lüdenscheid 3

FORTEC Elektronik , Landsberg 25

Ginzinger electronic,

A-Weng im Innkreis

4. US

GlobTek, Inc., USA-Northvale,

NJ 07647 87

GLYN , Idstein 19

HAMEG Instruments , Mainhausen 89

Hartmann Elektronik, Stuttgart 11, 67

HY-LINE Power Components,

Unterhaching 47

IMST, Kamp-Lintfort 25

Ineltek , Heidenheim 53

inpotron Schaltnetzteile, Hilzingen 57

IXXAT Automation, Weingarten 37

Kurz, Remshalden 59

LEM SA, CH-Plan-les-Ouates 41

LPKF, Garbsen 69

MES Manz Electronic, Besigheim 93

Messe München , München 7

Microchip Technology,

GB-Wokingham. RG41 5TP 73

MKU - Metrofunk, Berlin 3. US

MSC Vertriebs, Stutensee 81

National Instruments, München 21

Panasonic Electric Works, Holzkirchen 15

RECOM Electronic, Neu-Isenburg 28

REED Messe Wien, A-Wien 27

Renesas Electronics, Düsseldorf 45

M. Richter , Pforzheim 89

Rigol Technologies Europe, Puchheim 91

Rohm Semiconductor, Willich 9

RUTRONIK , Ispringen 75

Schroff, Straubenhardt 57

SYKO Gesellschaft, Mainhausen 49

Toshiba Electronics, Düsseldorf 65

TQ-Systems, Seefeld 55

TRINAMIC Motion Control, Hamburg 89

u-blox, CH-Thalwil 23

Unternehmen

Acal BFi 26

ADL Embedded Solutions 65

Altera93

Anritsu18

BEG Bürkle 69

Conrac28

Cree89

Data Modul 65

Dostmann Electronic 96

DSM Computer 69

E Ink Corporation 12

EKF Elektronik 69

Erni Electronics 66

Escha TSL 38

Fujitsu Technology Solutions 58

Gaia Converter 57

Gleichmann Electronics 93

Green Hills Software 57

Harting42

Hy-Line Power Components 73

Hypertac50

IAR Systems 65

IBM8

Industrial Computer Source 69

Kunze Folien 85

LEM34

Linear Technology 70

LPA Excil Electronics 28

Luger Research 77

Lünendonk16

M+R Multitronik 85

Maxim Integrated Products 74

Meerstetter Engineering 94

MEN Mikro Elektronik 49, 54

Mentor Graphics 92

Moviken-SLE28

Moxa46

MSC93

MTM Power 94

Multi-Contact28

National Instruments 8

Netmodule30

NXP95

Osram89

Plastic Logic 12

Plessey Semiconductors 23

Provertha41

Qualcomm Atheros 8

Recom Electronic 81

Reinhardt System- und Messelectronic 90

Rigol Technologies 14

Rohm Semiconductor 94

Rood Microtec 82

Rusol86

SAB Bröckskes 28

Schaltbau40

Siemens CMT 28

Silicon Laboratories 25

Souriau 49

Sparklan25

STMicroelectronics78

Syslogic57

Tci 94

TE Connectivity 89

Telit Wireless Solutions 25

Texas Instruments 93

TQ-Group62

TU Illmenau 8

W+P Products 94

Westermo53

Impressum

REDAKTION

Chefredakteur:

Dipl.-Ing. Hans Jaschinski, (jj) (v.i.S.d.P.),

Tel: +49 (0) 8191 125-830,

E-Mail: hans.jaschinski@huethig.de

Redaktion:

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E-Mail: andrea.hackbarth@huethig.de

Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av), freier Mitarbeiter

Tel: +49 (0) 89 60 66 85 79, E-Mail: ei@avollmer.de

Redaktion all-electronics:

Hilmar Beine (hb), Tel.: +49 (0) 6221 489-360,

Melanie Feldmann (mf), Tel.: +49 (0) 6221 489-463

Dr. Achim Leitner (lei), Tel.: +49 (0) 8191 125-403

Ina Susanne Rao (rao), Tel.: +49 (0) 8181 125 494

Harald Wollstadt (hw), Tel.: +49 (0) 6221 489-308

Office Manager und Sonderdruckservice:

Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408

E-Mail: waltraud.mueller@huethig.de

Anzeigenleitung:

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E-Mail: frank.henning@huethig.de

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E-Mail: ei-dispo@huethig.de

Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 41 vom 01.10.2011

Verlag

Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg

Tel: +49 (0) 6221 489-0 , Fax: +49 (0) 6221 489-482,

www.huethig.de, Amtsgericht Mannheim HRB 703044

Geschäftsführung: Fabian Müller

Verlagsleitung: Rainer Simon

Produktmanager Online: Philip Fischer

Vertrieb: Stefanie Ganser

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Leitung Herstellung: Horst Althammer

Art Director: Jürgen Claus

Layout und Druckvorstufe:

Vera Faßbender

Druck: pva GmbH, Landau

ISSN-Nummer: 0174-5522

Jahrgang/Jahr: 43. Jahrgang 2012

Erscheinungsweise: 10 Ausgaben jährlich

Bezugsbedingungen/Bezugspreise 2012 (unverbindliche

Preisempfehlung):

Jahresabonnement (inkl. Versandkosten) Inland € 178,00;

Ausland € 188,00. Einzelheft € 19,00, zzgl. Versandkosten.

Der Studentenrabatt beträgt 35 %.

Kündigungsfrist: jederzeit mit einer Frist von 4 Wochen zum

Monatsende. Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt.

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Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz

sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion, vom Ver leger und

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Österreich, Großbritannien, USA, Kanada:

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Tel.: +49 (0) 921 316 63, Fax: +49 (0) 921 328 75,

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98 elektronik industrie 08-09/2012

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OTG

i.MX53 embedded system Modul

von Ginzinger electronic systems

USB 2.0

USB 2.0

USB 2.0

DEVICE

HOST

RS 232

10/100

Ethernet

SPI

Leistungsmerkmale:

- ausgereifte grafi sche Benutzeroberfl

ächen für Grafi k-Displays

mit resistivem und kapazitivem

Touchscreen

- standardkonforme und performante

USB-, sowie Netzwerkunterstützung

- durchgängige Echtzeitfähigkeit

- Signalmessung und -erzeugung

- Mess-, Steuer- und

Regelungstechnik

- Feldbustechnik

Hardware:

- Applikations-Prozessor:

Freescale i.MX53

(ARM Cortex-A8) mit 800MHz

- Erweiterungs-Prozessor:

ST STM32 (ARM Cortex-M3)

- Display-Controller 24bit bis

WSXGA (RGB, LVDS)

- Hardware-Beschleunigung

für 2D/3D Darstellungen, Video-

Codecs und Bildverarbeitung

- Audio

- resistiver/kapazitiver

Touchscreen

- 10/100 Mbit/s Ethernet

- High-Speed USB Host und OTG

(Host/Device)

- SD/SDIO Interfaces

- RS-232, RS-485,

CAN 2.0b, I2C, SPI

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Mechanik nach Kundenwunsch

Software:

- GELin-Ginzinger Embedded

Linux Distribution

- Linux Kernel 2.6

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dem Erweiterungs-Prozessor

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Peripherie unter Linux

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Bibliotheken

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der grafi schen

Benutzerschnittstellen

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von Texten (Mehrsprachigkeit)

- Grafi sche Entwicklungsumgebung

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- Endkundentaugliches Systemupdate

über USB (inkl. Linux-Kernel

und Erweiterung-Prozessor)

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