Fachtagung Leistungselektronik und Leittechnik der ... - Suissetraffic

Herzlich Willkommenin Bernzur 2. Fachtagung9. September 2011suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Yves MarclaySBB GesamtprojektleiterModernisierung S-Bahn ZürichDipl. Masch.-Ing. ETHsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Obsoleszenz-Management am Beispiel vomProjekt LION – Modernisierung S-BahnZürichYves Marclay, Bern, 09.09.2011

Agenda.1. Aktuelle Situation mit Obsoleszenz auf technischen Systemen vonSchienenfahrzeugen bei SBB Personenverkehr2. Umgang mit Leistungselektronik und Leittechnik für die zweiteLebenshälfte der Schienenfahrzeuge am Beispiel vom Projekt LION3. Strategische Optionen zum Management der Produkte undErsatzteile am Ende der Lebensdauer bei SBB Personenverkehr▪ Ersatzteilstrategien in der Produkte-Lebensdauer▪ Fakten aus der Praxis▪ Lösungsansätze4. Vision zum nachhaltigen Umgang mit ObsoleszenzSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11 4

Aktuelle Themen mit Obsoleszenz. Leittechnik EW IV: Gesamtkosten, Standardisierung (WAKR, MicasK, Selectron). NPZ / DOMINO: Leittechnik Mitrac war nicht Bestandteil des Refitsbei der Definition vom 2003.SBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.116

Wie erlebt SBB die Problematik der Obsoleszenz?Mangel an Informationen über die Restlaufzeit der Produkte Wöchentlich mehrere Schreiben über Produkte, welche abgekündigtwerden. Kein Forecast vom Lieferant über weitere Abkündigung. Keine Aussage über die effektive Lebensdauer der Produkte.Herausforderung, Entscheide rechtzeitig zu treffen Abwarten bis zur Abkündigungsinformation von Lieferanten bzw. bisdie Komponenten obsolet sind. Lösung wird erst bei Störungen gesucht, kurzfristige Planung. Keine Erfahrungswerte und Messgrössen über dieWahrscheinlichkeit der Abkündigung eines Bauelementes.SBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.117

Agenda.1. Aktuelle Situation mit Obsoleszenz auf technischen Systemen vonSchienenfahrzeugen bei SBB Personenverkehr2. Umgang mit Leistungselektronik und Leittechnik für die zweiteLebenshälfte der Schienenfahrzeuge am Beispiel vom ProjektLION3. Strategische Optionen zum Management der Produkte undErsatzteile am Ende der Lebensdauer bei SBB Personenverkehr▪ Ersatzteilstrategien in der Produkte-Lebensdauer▪ Fakten aus der Praxis▪ Lösungsansätze4. Vision zum nachhaltigen Umgang mit ObsoleszenzSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11 8

Einsatz Elektronik / Leittechnik im Projekt LION.Bt DPZ+AB DPZ+ NDWRe 450ZMSEinzeladern FernsteuerleitungenZMSB/A IIFZPFDRB/A IIEthernetInterfaceVMAB/A ICANOpenWRI/O ‘ sCANOpenWRI/O ‘ sWRSibasPNMMIB/A IIIB/A IHLK EVHLKEVHLKEVWCB/A I Bedienung / Anzeige auf FührerpultHLKB/A II Bedienung / Anzeige auf StörungsanzeigetafelB/A III Bedienung / Anzeige auf 4-Zeilen Display DDSI/O'sMMIDR Diagnoserechner LokomotiveVMAEV Energieversorgung (Bordnetz und Batterieladegerät ZMSFZPF Zentralsteuerung FahrzeugplattformHeizung / Lüftung / Klima (je zwei Geräte pro Wagen)Hardware-Eingänge für Busanbindung von SubsystemeMensch-Maschinen-InterfaceGeschwindigkeits-MessanlageZeitmultiplexe MehrzugsteuerungSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11Quelle: LEN Engineering, Vernetzte, integrale Zugsdiagnose für DPZ+, 20109

Systematische Erkennung der kritischen Teile vor derModernisierung. Systematische Bestandsaufnahme aller Systeme / Funktionen /Komponenten nach EN 15830 und Massnahmen ableiten Dokumentation Betrachtung Ist-Zustand vor der Modernisierung Definition der Massnahmen und des Zeitpunkts der Umsetzung Grundlage für die Kostenzusammenstellung derModernisierungsarbeiten Definition und Quantifizierung der Risiken Laufende Aktualisierung▪ Verfolgung der umgesetzten Massnahmen, Soll-/Ist-Vergleich▪ Aufnahme neue Erkenntnisse, Grundlage für die Erstellung vonChange RequestsSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1110

Umgang mit kritischen Komponenten im Projekt LION.Komponente Bestandsaufnahme MassnahmenTransformator Risse in Aufhängung, Ölqualität Reparatur KesselÖl-/ und DichtungswechselUmrichterFahrmotorenLeitelektronikMicas S1Kondensatoren, Trägerplatte,KabelisolierungVerfügbarkeit GTO kritischIsolation Statoren defektGetriebekästen undicht und defektAusfallrate sehr kleinSanierung, Wechsel KondensatorenPrüfung defekten GTO (Störquelle)Ersatzteillager GTO mit LieferantStatoren neu wickelnGetriebekästen neu entwickelnErsatzteillager Fahrmotoren erhöhenDetaillierte Analysen einleitenSanierung Kontakte, Wechsel Kondensatoren,BefestigungsschieneZMS Ausfallrate sehr klein Sanierung Kontakte, BefestigungsschieneBatterielade-gerät Hohe Ausfallraten der Leistungskanäle Für die Zwischenwagen: ErsatzFür die Lok: SanierungV-MessanlageHohe Ausfallraten SpeicherkassettenVerfügbarkeit Ersatzteile kritischErsatz V-Messanlage mit weiterenRegistriermöglichkeitenSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1111

Agenda.1. Aktuelle Situation mit Obsoleszenz auf technischen Systemen vonSchienenfahrzeugen bei SBB Personenverkehr2. Umgang mit Leistungselektronik und Leittechnik für die zweiteLebenshälfte der Schienenfahrzeuge am Beispiel vom Projekt LION3. Strategische Optionen zum Management der Produkte undErsatzteile am Ende der Lebensdauer bei SBB Personenverkehr▪ Ersatzteilstrategien in der Produkte-Lebensdauer▪ Fakten aus der Praxis▪ Lösungsansätze4. Vision zum nachhaltigen Umgang mit ObsoleszenzSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11 12

Product Life Cycle und Ende der Lebensdauer.SalesvolumePrimaryproduct salesNo wearingparts salesWearingparts salesSOP: Start of ProductionEOP: End of ProductionEDO: End of Delivery ObligationEOS: End of ServiceEOL: End of LifeR&D Production UtilizationTimeSOP EOP EDO EOS EOLDevelopment cycleManufacturing cycleMarket cycleService cycleRemoval cycleSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11Quelle: Wagner S., Strategic Options for Spare Part Logistik, 201013

Ersatzteil- StrategienErsatzteilstrategie im Produkt-Lebensdauer.ProduktentwicklungSerienversorgungNachserienversorgungAuslaufSOP EOP EDO EOS EOLNutzung kompatibler Komponentenund BauteileEndbevorratung (final stock)Interne Nachfertigung (insoucing)Instandsetzung (Reparatur)Externe Nachfertigung (secondsource)Wiederverwendung alterKomponenten (aus Ausrangierungvon Fahrzeugen)SBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11Quelle: Wagner S., Strategic Options for Spare Part Logistik, 201014

Fakten aus der Praxis. Interne Aufarbeitung nicht nachhaltig▪▪▪▪Nicht erfolgreich für alle Komponenten – schwierige Fälle gehen immeran die IndustrieTesting und Inbetriebsetzung im Labor nur teilweise möglich; erfolgt oftauf dem Fahrzeug nach dem Prinzip "try and error"Know-how Träger nur zum Teil noch vorhanden, Nachfolgeregelung nichtsichergestelltDrittgeschäft (Reparaturen für andere EVU‘s; BLS, RhB, Railplus)ergeben marginale Umsätze Externe Aufarbeitung führt zu hohen Administrationskosten▪Prozess für jedes Defektteil: Einschicken, Kostenvoranschlag, Bestellung,Auftragsbestätigung, Wareneingang, Einlagerung. Einlagerung führt zu unverhältnismässigen Logistik-Kosten▪Bremse zur Endbevorratung und Wiederverwendung alter KomponentenSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1115

Aktuelle Lösungsansätze.Interne Kosten zur Administration, Garantieabwicklung,Lagerhaltung sowie die direkten Reparatur- undSoftwareerhaltungskostenjährliche Kosten von ca. 2 MCHF bis 3 MCHFKosten Servicevertrag mit Haupthersteller fürSoftware: Beinhalten updates / upgrades von Firmware,Anpassungen bei Einführung und Einbindung neuerHardware in bestehende ArchitekturHardware: Beinhalten kostenloser Austausch aller Hardware-Komponenten auf Verfügbarkeitsbasis, kostenloserErsatz von obsoleten Bauteilen und deren Integration indie bestehende Architektur; Funktion (plug & play),Verfügbarkeit, Erhaltung, ObsoleszenzSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1116

Aktuelle Lösungsansätze. SBB-internes Labor für die Software-Validierung, Tests vom neuenRelease des Fahrgast-Informationssystems für Fahrzeuge desRegionalverkehrSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1117

Innovative Lösungsansätze. Zusammenarbeit mit Hersteller / Insourcing zum Aufbau eines"synthetischen" Zuges im Labor mit einer 1:1-Verwendung derLeittechnik / Leitelektronik und originalen Kabellänge:▪ Software-Release testen▪ Störungen auf einzelnen Komponenten besser verstehen Nutzung von Synergienmit anderen Betreibern KontinuierlicheZusammenarbeit mit denHerstellen, um dieErfahrungen der Produkteim Gebrauch fürkommendeProduktentwicklungenaufzunehmen.SBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11Quelle: Technicentre SNCF d'Helllemmes18

Agenda.1. Aktuelle Situation mit Obsoleszenz auf technischen Systemen vonSchienenfahrzeugen bei SBB Personenverkehr2. Umgang mit Leistungselektronik und Leittechnik für die zweiteLebenshälfte der Schienenfahrzeuge am Beispiel vom Projekt LION3. Strategische Optionen zum Management der Produkte undErsatzteile am Ende der Lebensdauer bei SBB Personenverkehr▪ Ersatzteilstrategien in der Produkte-Lebensdauer▪ Fakten aus der Praxis▪ Lösungsansätze4. Vision zum nachhaltigen Umgang mit ObsoleszenzSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.11 19

Vision zum nachhaltigen Umgang mit Obsoleszenz.KumulierterInvestitions-volum aufein technischesSystemNicht geplantenSystemersatz innerhalb derLebensdauer einesFahrzeugsZiellösung: Finanzbedarf aufder gesamten LebensdauerentflächenLebensdauereinesFahrzeugs Pro-aktives Obsoleszenz-Management, so dass die Finanzierbarkeitbei Abkündigung gelöst ist Standards und Plattform als künftige Strategie für dieProduktentwicklung und -pflegeSBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1120

Herzlichen Dank fürIhre Aufmerksamkeit.SBB • Personenverkehr • Operating • 09.09.1121

suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Gerhard ZügerLeiter Produktion und Rollmaterialzb Zentralbahn AG, StansstadArbeitsgruppenleiter Rollmaterial bei RAILplussuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Herausforderung Elektronik… aus der Sicht einer kleinen BahnunternehmungGerhard Züger / 09.09.2011 24

AgendaDer Einfluss der elektronischen Systeme auf die BetreiberLösungsansätzePersönliches FazitGerhard Züger / 09.09.2011 25

Die Herausforderung Elektronik ausSicht des BetreibersLangfristige Sicht → Kurzfristige SichtStrategie / AngebotRollmaterial / InstandhaltungPlanungSystem 1 System 2FahrzeugEinsatzdauer2040Zeit [Jahr]Einsatzdauer der FahrzeugeMitarbeiterKostenGerhard Züger / 09.09.2011 26

InvestitionenDer Einfluss auf die Langfristige PlanungEinsatzdauer20 40 Zeit [Jahr]System 1 System 2FahrzeugEinsatzdauer2040 Zeit [Jahr]Gerhard Züger / 09.09.2011 27

Veränderung bei der Instandhaltungs-PlanungDie bisher gute Planbarkeit der Eisenbahn- Instandhaltung wird durch denvermehrten Einsatz von elektronischen Systemen erschwert.Ausfälle zeichnen sich in den wenigsten Fällen vorher ab. Einepräventive Instandhaltung ist nur in den seltensten Fällen möglich.Gegenüber von mechanischen Systemen kann die Ausfallrate innertkürzester Zeit ohne Vorzeichen zunehmen.PlanungMitarbeiterKostenGerhard Züger / 09.09.2011 28

Veränderung der Instandhaltungs-KostenElektronische Systeme haben in der Regel tiefere Instandhaltungskostenals mechanische oder elektromechanische Systeme.Dem gegenüber stehen folgende Kostentreiber:Die Anzahl der Systeme insbesondere bei Personenwagen.Die Lebensdauer der Systeme. Heute wird in der Regel von folgenderEinsatzdauer ausgegangen:– Software 4-5 Jahre– Hardware 10-15 JahrePlanungMitarbeiterKostenGerhard Züger / 09.09.2011 29

Veränderung bei denInstandhaltungsmitarbeiternDer Einzug der elektronischen Systeme bei den Eisenbahnfahrzeugen hatdie Anforderungen an die Mitarbeiter stark verändert.Es werden vermehrt Mitarbeiter mit Kompetenzen Richtung Automationverlangt. Vermehrt haben die Instandhaltungsmitarbeiter auch einehöhere technische Ausbildung. Neben der komplexeren Störungssuchekommen den Themen wie Kabelschirmung (EMV),Glasfaserverkabelung grössere Bedeutung zu.Die Anzahl der Mitarbeiter sinkt mit den neuen FahrzeugenPlanungMitarbeiterKostenGerhard Züger / 09.09.2011 30

AgendaDer Einfluss der elektronischen Systeme auf die BetreiberLösungsansätzePersönliches FazitGerhard Züger / 09.09.2011 31

Kleine Betreiber gewinnen durch eineengere Zusammenarbeit.RAILplus ist eine Aktiengesellschaft mit dem Ziel gemeinsam stärker zusein.Bei elektronischen Systemen soll mit RAILplus:Die Kompetenzen auf der Betreiber Seite gestärkt werden.Die Menge gleicher Teile erhöht werden.Die Verhandlungsposition verbessert werden.Gerhard Züger / 09.09.2011 32

Die Kompetenzen gemeinsam stärken Betriebserfahrungen austauschen und mit den Erkenntnissen die LCCreduzieren Komplexe Projekte gemeinsam angehen. Fachspezialisten bahnübergreifend einsetzen.Gerhard Züger / 09.09.2011 33

Die Menge gleicher Teile muss erhöhtwerdenKönnen Ersatzteile über mehrere Betreiber ausgetauscht werden, wird derprozentuale Anteile Ersatzteil / Anzahl Fahrzeuge massiv verbessert.ErsatzteileFahrzeugflotteGerhard Züger / 09.09.2011 34

Die Verhandlungsposition mitgemeinsamer Strategie stärken2010 2015 2017 2020 20252030 20352040Ersatz der SystemeAusserdienstsetzung der FahrzeugeGerhard Züger / 09.09.2011 35

Ansatz ServicevertragAnforderungen vom BetreiberQuelle: wikipedia Die Instandhaltungskosten sollen geglättet werden. Die Preise müssen transparent sein. Gültigkeit des Servicevertrages über die ganze Einsatzdauer derSysteme,Gerhard Züger / 09.09.2011 36

AgendaDer Einfluss der elektronischen Systeme auf die BetreiberLösungsansätzePersönliches FazitGerhard Züger / 09.09.2011 37

Persönliches Fazit Zusammenarbeit wird durch die verschiedenen Interessen derBetreiber erschwert. Der Wille der Zusammenarbeit zwischen den Betreibern ist sehr gross. Eine enge und partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen denBetreibern und den Lieferanten ist für den gemeinsamen Erfolg sehrwichtig. Die Betreiber benötigen auch in Zukunft Fachkompetenz. Frage: Serviceverträge mit dem Kauf der Fahrzeuge verbinden?Gerhard Züger / 09.09.2011 38

suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Dieter WürglerENOTRAC AG, ThunsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Radikaler Ersatz der Traktionsausrüstungoder minimalinvasive Eingriffezur Verlängerung der Lebensdauer?Dieter Würgler, ENOTRAC AG, ThunEngineering and Consultancy

Inhalt• Minimal invasive Eingriffe zum Erhalt der Einsatzfähigkeit• Schwierigkeiten und Grenzen der Einzelmassnahmen• Gründe für einen kompletten Ersatz• Konsequenzen eines kompletten Ersatzes• SchlussfolgerungenEngineering and Consultancy

Beispiel Refit ‚mi-vie‘ der Fahrzeuge der Linie m1 von tl (Lausanne)• Inbetriebnahme Fahrzeuge erste Serie 1991, zweite Serie 1995• Fahrleitungsspannung 750V DC• Gelenkfahrzeuge in Einfach- oder Doppeltraktion• GTO-Chopper mit automatischer Feldschwächung• Luftkühlung der Leistungshalbleiter und der Bremswiderstände• Leistungshalbleiter über Heat Pipes luftgekühlt• Gleichstrom-Kollektormotoren• Microprozessorsteuerungen für Antrieb und FahrzeugEngineering and Consultancy

Ersatz von Einzelkomponenten oder TeilsystemenKomponenten, die oft für die 2. Lebenshälfte ersetzt werdenmüssen• Thermisch oder spannungsmässig stark belastete ‚einfache‘Komponenten:• Transistoren, Spannungsregler, Überspannungsableiter• Mechanisch beanspruchte Komponenten:• Relais, Schütze, flexible Kabel• Komponenten mit reduzierter Lebensdauer:• Stützbatterien für nichtflüchtige Speicher, ElektrolytkondensatorenErsatz mit identischen oder äquivalenten (kompatiblen)Komponenten meistens ohne grosse Probleme möglichEngineering and Consultancy

Ersatz von komplexen KomponentenProzessorenSpeicher (RAM, ROM,EPROM etc)SpeisegeräteGate Drive Units für GTOsThyristoren, GTOsErsatz von ganzenElektronikprints oder ganzenGeräten (z.B. ganzesFahrzeugleitgerät)Fallen selten ausDank einfachenSchnittstellen kompatiblerNachbau oder ErsatzmöglichHochspannungLeistungGalvanische TrennungOriginalkomponenten oft aufdem Markt nicht mehrerhältlichIdentischer Nachbauschwierig und teuer.Nötige Informationen schwerzu beschaffen.Sind auf dem Markt oft nichtmehr erhältlichGilt in vielen Fällen auch fürHilfsbetriebeumformer undBatterieladegeräteAnspruchsvolle Schnittstellemit GTO und allenfalls mitAntriebsleittechnikKompatible Komponentenneu auf dem Markt (z.B. fürFahrzeuge der Linie m1)Für einfachere Geräte (z.B.I/O-Boards) gibt es Firmen,die kompatible Ersatzgerätebauen können.Engineering and Consultancy

Schwierigkeiten und Grenzen der Einzelmassnahmen• Systematische Fehler in der Auslegung, die zurschnelleren Alterung führen‣ Ventilation m1• Komplizierte, schlecht dokumentierte interne Schnittstellen‣ Ersatz des Fahrzeugleitgeräts (FLG) ohne Ersatz des ganzen Chopperswäre bei m1 wegen dem Datenbus zwischen FLG und Antriebsleittechnikkaum möglich• Funktionale Änderungen an alten Microprozessorsteuerungenerfordern Source-Code und alteEntwicklungsumgebung‣ Änderungen an bestehender Türsteuerung für DPZ+ und HVZ-D (S-BahnZürich)Engineering and Consultancy

m1: Beschleunigte Alterung der Leittechnik• Luft unter den Schürzen erwärmt sich stark‣ Heisser Schotter‣ Abluft der Fahrmotoren‣ Abluft der Bremswiderstände• Umgebungstemperatur für Elektronik zu hoch‣ Erhöhte Ausfallrate, Ende der Badewannenkurve wird frühzeitig erreichtEngineering and Consultancy

m1: Beschleunigte Alterung GTOs• Ein Teil der heissen Abluft der Bremswiderstände wird alsKühlluft für Leistungshalbleiter angesaugtEngineering and Consultancy

m1: Beschleunigte Alterung GTOs• Temperaturschwankungen für GTOs zu gross• Materialveränderungen auf dem GTO durchthermische Zyklen führen zu AusfallEngineering and Consultancy

Ventilation muss in jedem Fall verbessert werden!• Bessere Kühlung der Leittechnik• Ansaug der Kühlluft von ausserhalb der SchürzenEngineering and Consultancy

Chancen eines kompletten Ersatzes der TraktionHoffnungen, Erwartungen• Aktuelle Technologie• Gewichtsersparnis• Weniger Präventivunterhalt• Höhere Verfügbarkeit• Mehr Leistung / Zugkraft• Mehr elektrische Bremse• Bessere Rekuperation• Weniger Energieverbrauch• Bessere Diagnose• Mehr FunktionenSituation Fahrzeuge m1 IGBT statt GTO, > f chopper Nur mit leichteren Drosseln Schütze gleich, Luftfilter neu Nur mit verbesserter Lüftung Bleibt gleich, gleiche Motoren Bereits hoch ausgenützt Durch Netz begrenzt Mehr Lüftung, Verluste gleich Laptop, Bus-Interface V-Limite im Depot, WaschenEngineering and Consultancy

Konsequenzen eines kompletten Ersatzes• Heute geltende Normen und Vorschriften müssenerfüllt werden‣ Brandschutz‣ Sicherheit von Leittechnik und Software, z.B. Bremssteuerung• Zulassung gemäss geltenden Richtlinien‣ Neue EBV‣ Eventuell TSI und Common Safety Methods der ERA• Risiko von erneuten Kinderkrankheiten (z.B.Verhalten des Kollektor-Fahrmotors mit andererSchaltung)Engineering and Consultancy

Entscheid tl für m1-Flotte: Ersatz• Ersatz der GTO-Chopper durch IGBT-Chopper mitgleicher Leistungsfähgikeit• Bisherige Fahrmotoren werden weiter verwendet• Antriebs- und Fahrzeugleittechnik werden als Teilder Traktionsausrüstung ebenfalls ersetzt, diefunktionalen Anforderungen bleiben weitgehendgleich• Hilsbetriebeumformer werden durchleistungsfähigere Geräte ersetzt• Luftkühlung der Traktionsausrüstung sollverbessert werdenEngineering and Consultancy

Entscheid SBB für Türsteuerung DPZ:• Bisherige lokale Türsteuerungen anpassen• Alte Entwicklungsumgebung aufgebaut• Original Source-Code (FUPLA) vorhanden• Re-engineering und Anpassungen durchENOTRAC in Zusammenarbeit mit der SBB, Testals Teil einer Bachelor-Arbeit der FH-NordwestschweizEngineering and Consultancy

Alte Entwicklungsumgebung Türsteuerung DPZSimulation der PeripherieEngineering and Consultancy

Schlussfolgerungen• Minimale Massnahmen können durchaus sinnvollund ökonomisch sein• Systematische Analyse der Ausfälle erforderlich‣ Erkennen von Schwachstellen und vorzeitiger Alterung‣ Beurteilung des Zustands der Ausrüstung‣ Ersatzteilprognosen• Zusatznutzen und Konsequenzen eines totalenErsatzes der Traktionsausrüstung müssensorgfältig geprüft und abgewogen werden.Engineering and Consultancy

Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Fragen?Engineering and Consultancy

suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Edgar KellerABB (Schweiz) AGLeiter GeschäftsbereichTraktionsstromrichtersuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Edgar Keller, Leiter Traktionsstromrichter ABB / Suissetraffic, 9. Sep. 2011Möglichkeiten der Leistungselektronik:Lösungen, Herausforderungen, Vorteile,Payback

1 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 52 0 1 0Technologie-HistorieLeistungselektronik für SchienenfahrzeugeAC / DC Batterieladegeräte1 . Generation 2 . Generation 3 . GenerationBipolar TransistorenIGBT TechnologieAC / DC , DC / AC Umformer1 . & 2 . Generation 3 . Generation 4 . GenerationBipolar Transistoren Darlington IGBTAntriebsstromrichter1 . G 2 . G 3 . Generation 4 . Generation 5 . GenerationGTOIGBT , integrierteBordnetzumformerBeispiel SBB Fuhrpark:Ae 610 ab 1952 Re 420 ab 1964 Re 450 ab 1989S - Bahn Zürich© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 61Re 460 ab 1991Lok 2000Re 482 ab 2002

KostenMotivation für ModernisierungsprojekteÜbersichtObsoleszenz, wachsendeUnterhaltskostenZeitSteigende Anforderungenan ZuverlässigkeitErhöhte Ansprüche anKomfort und TechnikHöhere Erwartungen anEnergieeffizienz© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 62

Motivation für Modernisierungsprojekte 1:Obsoleszenz, wachsende Unterhaltskosten• Thyristor- oder GTO-Stromrichter,Obsoleszenz-Management wird erforderlich.• Verfügbarkeit der Ersatzteile nimmt ab.• Ersatzteilkosten (und oft Wartezeiten) nehmen zu.• Ausfallhäufigkeit nimmt zu, denn elektrische Komponentenhaben das Ende der Lebenserwartung erreicht.• Fahrzeug-Reserve muss erhöht werdenaufgrund schlechterer Zuverlässigkeit.Alle diese Faktoren führen kumulativ zusteigenden Wartungskosten!© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 63

Motivation für Modernisierungsprojekte 2:Steigende Anforderungen an Zuverlässigkeit• Fahrplanverdichtungenerfordern z. B. auchMehrfachtraktion, um Redundanzzu erhöhen• Wachsende KundenansprücheVerspätungen werden nichttoleriert• Optimierung Flotteneinsatz undgeringere Fahrzeugreservenzur Reduktion des gebundenenKapitals© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 64

Motivation für Modernisierungsprojekte 3:Erhöhte Ansprüche an Komfort und Technik• Kürzere Reisezeiten, dichterer Fahrplan:Höhere Beschleunigung/Zugkraft• Mehr Kundenkomfort an Bord(Klimasysteme, Steckdosen, Informationssysteme,geschlossene WC-Anlagen, automatische Türen,Videoüberwachungs-systeme…)• Moderne Diagnosesystemezur effizienten Instandhaltung• Power Management mitEnergiespeicher• Anspruchsvollere Standards undNormen(z.B. Lärm, CO 2 , Umweltbelastung…)© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 65

Motivation für Modernisierungsprojekte 4:Höhere Erwartungen an Energieeffizienz• Erhöhte allgemeine Sensibilität fürEnergieverbrauch• Imagegewinn dank hoher Flotteneffizienz• Reduktion der EnergiekostenBeispiel: Einsparung ICE 1-Retrofit• pro Flotte und Jahr: 27GWh• entspricht ca.70% der Jahresproduktionvom grössten SchweizerWindpark Mont Croisin• Reduktion der Netzbelastung undOptimierung von Investitionen inInfrastruktur© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 66

Beispiel: ICE 1 Hochgeschwindigkeitszüge (DB)Modernisierung AntriebsstromrichterNeue IGBT- statt Thyristor-Stromrichter• Modernisierungsprogramm nach rund20 Jahren Betriebsdauer• Ersatz der Stromrichter ohne Änderung vonFahrzeugleittechnik, Trafo und Motoren• Energieeinsparung von mehr als 15%• Erhöhte Zuverlässigkeit undSenkung Lebenszykluskosten• Vorteile im Servicekonzept• Verbesserung vom Fahrverhalten,insbesondere bei schlechtenWetterbedingungen© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 67

Beispiel: Indian Railways Elektrische AC-LokomotivenErsatz Antriebs- und HilfsbetriebeumrichterNeue IGBT- statt GTO-Stromrichter• Ersatz der Stromrichter ohne Änderung vonFahrzeugleittechnik, Trafo und Motoren(Einsatz bei Retrofit und Lokomotivneubau)• Höhere Traktionsausnutzung• Einfacherer Service• Erhöhte Zuverlässigkeit und SenkungLebenszykluskosten• Signifikante Energieeinsparungen durchreduzierte Verluste im Transformator wie inden Motoren• Motor- und Transformator-freundlicheLösung© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 68

Beispiel: Flottenmodernisierungen der SBBProjekte LION (DPZ), Domino, EW IVLion (DPZ) S-BahnZürichNeue Hilfsbetriebeumrichter fürmodernisierte Wagen und Lokführerstände• mehr Leistung an Bord für Klimaanlage,geschlossene WC-Systeme, Kundeninformationssystem,Videoüberwachung,Steckdosen 1. KlasseDomino (NPZ)• Sicherung der Ersatzteilverfügbarkeit für diezweite Lebenshälfte der FahrzeugeEinheitswagen EW IV© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 69

Modernisierungskompetenz auch fürTraktionstransformatoren und TraktionsmotorenBeispiel Euroshuttle• Überholung von 15 Jahre altenTransformatoren• Steigerung der Effizienz undFahrzeugleistung• Reduzierung von Verschleiss undWartungskostenBeispiel Pendelzügevon AAR bus+bahn• Wynental- und Suhrentalbahn (750 V)hat fünf Pendelzüge von BDWMTransport AG (1200 V) übernommen• ABB baut 24 Fahrmotoren um (NeubewicklungStator, Ersatz Rotor)• Aufgearbeitete Rotoren an RBS• Signifikante Ersparnis an Zeit und Geld© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 70

Payback ?Business Case stark Flotten abhängigEnergieverbrauch• Individuelle Parameter in jeder Fahrzeugflotte• Trend zeigt: Es gibt zunehmend lohnende Projekte!© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 71• Ökonomisch richtiger Zeitpunkt wichtig, aber nicht immer politischdurchsetzbar

ABB liefert passgenaue Sub-Systemeund Expertise• Unabhängig und fokussiert auf Fahrzeugantrieb und -elektrik• Hohe Engineering-Kompetenz• Führende Technologien• Qualitativ hochwertige Produkte• Umfassendes Produkt-, System und Serviceportfolio• Wegweisend in Energie-Effizienz und Lebenszykluskosten© ABB GroupSeptember 8, 2011 | Slide 72

suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Bernd RiedelStrategy & MarketingSelectron Systems AG, LysssuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Leittechnik im RetrofitTechnologien zur Integration von AntriebssystemenBernd Riedel9. September 2011

ofil -Firmenkurzprofil• Gegründet1956Schweizer Unternehmen in Lyss, spezialisiert aufAutomation in Schienenfahrzeugen• Standorte in der Schweiz und China• 100 Mitarbeiter in R&D, Engineering, Marketing,Sales, Technical Support und Quality> 80% Ingenieure• In 2004: Auslagerung der Produktion• Firma CCS in Lyss und in Asien• Seit 2001 im Schneider Electric Konzern• über 100’000 Mitarbeiter und 1,2M € UmsatzLyss• Seit Juli 2009 Management Buy Out• 25% Aktien halten die Mitarbeiter• 47% Aktien halten private Investoren• 28% Aktien hält ein Investment Fond

Markt – Leittechnik in SchienenfahrzeugenDie Nische - Automatisierungslösungen für Rollmaterial• Marktangebot• Steuerungen, Netzwerke und Kommunikation, Zugtaufe• Produkte und Engineering• Anwendungen• Neufahrzeuge• Unterhalt und Retrofit• SubsystemeKonverterHilfsumrichterSteuerungen &KommunikationMotor &Antriebstechnik

Stellenwert der Antriebstechnik im RetrofitAuswirkungen auf die Systemauslegung• Die Antriebstechnik nimmt aufgrund der Kosten einen besonderenStellenwert ein• Antrieb erneuern oder Refit?• Antriebssteuerung erneuern oder anpassen?• Welche Schnittstellen liegen vor?• Die Antriebstechnik (sowie die Leistungselektronik insgesamt)stellt für die Leittechnik eine wesentliche EMV-Störquelle dar• Der Einfluss der Auslegung der Antriebstechnik auf die Kosten derLeittechnik im Retrofit ist signifikant!08.09.2011 Page 79

Analyse der SystemarchitekturSchnittstellen bestehender Elektronik anpassenAufgaben der Leittechnik hinsichtlich der Antriebe• Verbindung der Fahrzeugbusse bei Mehrfachtraktion• Datenverbindung zwischen Fahrzeugsteuerung und Antrieb• Austausch von Befehlen wie z. B. «Fahren», «Quittieren», «Hauptschaltergeschlossen» etc.• Störmeldungen (auch aus anderen Systemen)• Diagnosedaten (auch aus anderen Systemen)08.09.2011 Page 80

Analyse der Antriebsarchitektur – aus Sicht der Leittechnik• Die Antriebstechnik wird aus Kostengründen häufig ‘nur’ überarbeitet• Damit verbleiben auch die Antriebssteuergeräte mit ihren ‘alten’Schnittstellen• Sind entsprechende Antriebssteuergeräte noch verfügbar?• Ist das Übertragungsprotokoll bekannt (dokumentiert)?• Ist das Anwenderprogramm verfügbar (dokumentiert)?• Ist die Regelungs-SW bekannt und verfügbar (dokumentiert)• Sind die Anschlussstecker vom Antrieb verfügbar?08.09.2011 Page 81

Leittechnik Struktur S-Bahn Berlin (BR481/482)Schnittstellen bestehender ElektronikBR 482 B-WagenDIN-ZugbusBR 481 A-WagenZFG-BDisplayZFG-AZug- und FahrzeugsteuergerätRS 422 (2)RS 422 (1)Zug- und FahrzeugsteuergerätRangierführerpultFührerraum RückwandFührerpultSteuerungSPSSPSSPSSPSSPSSPSBITBUS BBITBUS AHSDR1BSG1HSDR1BSG1ASGDiagnoserechnerfür HilfsbetriebeBremssteuergerätDiagnoserechnerfür HilfsbetriebeBremssteuergerätAntriebssteuergerät

Neue Leittechnik Struktur BR481/482mit Selectron Baugruppen & Bitbus InterfaceBR 482 B-WagenCAN PowerlineWTB-ZugbusBR 481 A-WagenZFG-BDisplayZFG-ABitbusRS 422 (2)RS 422 (1)BitbusRemote I/OCPU-B & CAN PowerlineRemote I/OCPU-A & CAN PowerlineCANopenRemote I/ORangierführerpultFührerraumRückwandFührerpultCANopen (red.)BITBUS BBITBUS AHSDR1Diagnoserechnerfür HilfsbetriebeBSG1BremssteuergerätHSDR1Diagnoserechnerfür HilfsbetriebeBSG1BremssteuergerätASGAntriebssteuergerät

Leittechnikanbindungen unterschiedlicher GenerationTypische ApplikationsbeispieleFLGCAN PowerlineFLGCAN PowerlineFLGCAN PowerlineCANopenCANopenMVBCANopenRemote I/ORemote I/ORemote I/ODigitalAnalogAntriebssteuerungAntriebssteuerungAntriebssteuerungDirekte MVB-AnbindungRetrofit & NeufahrzeugeDirekte CANopen-AnbindungNeufahrzeugeKlassische I/O-AnbindungRetrofit08.09.2011 Page 84

Störintensive AntriebssystemeEMV Massnahmen haben eine besonderer GewichtungZu vermeiden sind• Kapazitive Störeinkopplung über Leitungskapazitäten• Induktive Störeinkopplung über Leitungsinduktivitäten• Potentialausgleichschleifen08.09.2011 Page 85

EMV - MassnahmenAnpassung an Umweltbedingungen• Massnahmen gegen induktive / kapazitive StörsignaleinkopplungDie Praxis im Retrofit!

Zusammenfassung• In der Regel wird im Refit eine neue Leittechnik eingesetzt!• Die Antriebstechnik wird aus Kostengründen häufig ‘nur’ überarbeitet• Aus Sicht der Leittechnik ist ein überarbeiten der Antriebstechnik’unschön’, da die bestehende Datenschnittstelle verbleibt• Damit verbleiben auch die Antriebssteuergeräte mit ihren ‘alten’Schnittstellen• Sind entsprechende Antriebssteuergeräte noch verfügbar?• Ist das Übertragungsprotokoll bekannt (dokumentiert)?• Ist das Anwenderprogramm verfügbar (dokumentiert)?• Ist die Regelungs-SW bekannt und verfügbar (dokumentiert)08.09.2011 Page 87

Zusammenfassung• Die mechanischen Rahmenbedingungen sind vorgegeben• Es resultieren ggf. EMV-Probleme• Bei grossen Flotten lohnt sich ggf. ein Reverse Engineering• Aus Software-Gesichtspunkten ist die Aufgabenstellung ähnlich wiebei Neuprojekten• Voraussetzung: SW-Struktur und Protokoll sind bekannt• Fast immer ergeben sich zusätzliche Funktionen08.09.2011 Page 88

Fazit• Die Integration der Antriebstechnik hängt stark von derAufgabenstellung sowie der verwendeten Technologie ab.• Wird der Antrieb erneuert, ist die Integration in die Leittechnikkostengünstig, aber der neue Antrieb ist kostenintensiv• Wird der Antrieb überarbeitet, ist die Integration hinsichtlich Engineeringaufwendig aber der Aufwand für den Antrieb wird günstig• Die Aufwendungen (damit die Kosten) für EMV-Massnahmen sindnicht zu unterschätzen• Eine Regel, welche Vorgehensweise die richtige ist, gibt esaus Sicht der Leittechnik nicht!08.09.2011 Page 89

Danke - Haben Sie Fragen?Bernd.Riedel@Selectron.ch9. September 201108.09.2011 Page 90

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PAUSEEs geht um 12:15 Uhr weitersuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

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PodiumsdiskussionsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Marcus ThieleDirector Country Business Leader SwitzerlandBombardier Transprotation (Switzerland) AGsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Andreas HeftiLeiter Rolling StockSiemens Schweiz AG, Mobility DivisionsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Matthias HandschinManaging Director Transport SwitzerlandAlstom (Schweiz) AGsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Jürg BolligerDipl. El. Ing. FH, Leiter Engineering BLSBLS AGsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Markus AndereggStv. Direktor, Leiter TechnikBERNMOBILsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

Paul BlumenthalMatthias HandschinAndreas HeftiMarcus ThieleJürg BolligerMarkus AndereggsuissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011

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Vielen Dank für IhrInteresse.suissetrafficInternationale Fachmessedes öffentlichen VerkehrsBern, 6. bis 9. September 2011