Grundsätzlich unterscheidet sich der Steckverbinder-Einsatz im rollenden Verkehr kaum von dem in der industriellen Fertigung. M12-Steckverbinder und konfektionierte Leitungen werden sowohl zur Datenübertragung als auch zur Sensor-/Aktor-Verkabelung im Zug eingesetzt. Sowohl Systemkabel für Netzwerke wie Profinet und Feldbusse wie CANopen, aber auch Kabel zum Anschluss von Sensoren und Aktoren findet man dort. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheit der Fahrgäste beim Personentransport sind die Rahmenbedingungen für eine entsprechende Verkabelung in der Bahnindustrie allerdings deutlich höher als im Industrieumfeld. Dies betrifft vor allem die Materialauswahl bei Isolierwerkstoffen und Kunststoffen, denn diese müssen auch den hohen Brandanforderungen genügen.
Material-Herausforderungen
Auch der Produktlebenszyklus einer Zugbaureihe von durchschnittlich 20 Jahren stellt erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Ausfallsicherheit an die elektrische Verbindungstechnik auf der Schiene. Neben den generellen Forderungen, welche die IEC-Normen 61076-2-101 und -109 an die M12-Steckverbinder stellen, gibt es bahntypische Anforderungen bei der Auswahl des Materials: mechanische, Umwelt- und elektrische Anforderungen. Die erweiterten mechanischen Anforderungen basieren auf einer konstanten Schwingungsbelastung der Steckverbinder im Zug. Dabei gehen die Ansprüche hinsichtlich einer guten Vibrations- und Schockresistenz über die Grenzen der Steckverbinder-Norm hinaus. Die M12-Steckverbinder werden einem Test unterzogen, der das Schwingungs- und Schockverhalten innerhalb von Schienenfahrzeugen simuliert. Das so genannte „Breitbandrauschen“ - eine simulierte Lebensdauerprüfung durch erhöhte Pegel des rauschförmigen Schwingens nach DIN EN 61373 - dient dabei als Grundlage. Da die Züge auch unter extremen Witterungsbedingungen zuverlässig und sicher funktionieren müssen, werden auch hinsichtlich des Temperaturbereichs erweiterte Umweltanforderungen an Steckverbinder gestellt. Genügt im klassischen Industrieumfeld oftmals ein Temperaturbereich von -25 bis 90 °C, so sind die Steckverbinder der Baureihe M12 Rail von Phoenix Contact für einen Temperaturbereich von -40 bis 90 °C ausgelegt.Damit steht auch einem zuverlässigen Einsatz der Züge in Gebieten mit extremen Minusgraden wie etwa Russland nichts im Wege. Zudem werden durch starke elektrische Felder im Zug erweiterte elektrische Anforderungen definiert. Eine gute Schirmungswirkung der M12-Steckverbinder ist daher unverzichtbar. Phoenix Contact setzt nicht nur im Bereich der Datenverkabelung - etwa für Profinet - sondern auch im Bereich der Sensor-/Aktor-Verkabelung auf voll geschirmte Steckverbinder und Leitungen. Das 360°-Schirmkonzept sorgt auch unter den rauen Bedingungen im Schienenverkehr für eine gute Schirmanbindung zwischen Steckverbinder und Leitung.
Bahntauglicher M12-Steckverbinder
Die klassische Industrieverkabelung ist in der Bahn also nur bedingt tauglich. Besonders die über die Jahre gestiegenen Normanforderungen hinsichtlich des Brandverhaltens erfüllen die gängigen Materialien - etwa TPU (Thermoplastisches Polyurethan) für Umspritzung und Kontaktträger - nur bedingt. In Kombination mit Standardleitungen aus PVC (Polyvinylchlorid) oder PUR (Polyurethan) wird das Brandverhalten ungünstiger. Eine Zwischenlösung ist daher der Einsatz bahntauglicher Kabel und Leitungen an M12-Steckverbindern mit Standard-Materialien. Dabei müssen allerdings die Einsatzgewichte nicht bahntauglicher Kunststoffe definiert und ausgewiesen werden - was allen Prozessbeteiligten einen hohen Mehraufwand für Dokumentation und Datenpflege beschert. Zusätzlich birgt dieses Vorgehen die Gefahr, Grenzwerte bei den Einsatzgewichten zu überschreiten, so dass man den Steckverbinder nicht wie gewünscht einsetzen kann.
Schnellverriegelung spart viel Zeit
Einen Ausweg aus diesem Dilemma liegt in der richtigen Materialkombination von Steckverbinder und Leitung. Nur wenn alle Komponenten der konfektionierten Leitungen den genannten Anforderungen genügen, können sie dauerhaft in der Bahn eingesetzt werden. Dazu wurde der Steckverbinder M12 Rail von Phoenix Contact entwickelt. Durch den Einsatz von PA66 als Material für die Kontaktträger und die Griffkörper wird die „I=2/F=2-Klassifizierung“ nach NF F 16-101/102 erreicht, die viele Hersteller für elektrische Bauelemente fordern. Das Steckverbinder-Programm umfasst M12-Sensor-/Aktor-Kabel mit 3, 4 und 5Polen als Stift- oder Buchse-Varianten, und zwar in gerader und gewinkelter Ausführung. Auch M12-Profinet-Leitungen mit der bekannten D-kodierten Stiftvariante sind Teil des Programms. Neben den Bahn-spezifischen Vorteilen bietet das M12-System aber noch weitere Vorteile: Alle Steckverbinder sind mit der Schnellverriegelungstechnik Speedcon ausgestattet, die während der Installation und beim Service viel Zeit spart. Das einfache „Plug&Turn“-Prinzip erspart dem Installateur ein zeitaufwändiges Einschrauben der Steckverbinder.Die Bahneignung wird auf Wunsch mit Prüfprotokollen nachgewiesen. Über die bestellbaren Längen aus dem Katalog hinaus sind auch kundenspezifische Längenvarianten möglich. Gerade im Projektgeschäft der Bahn ist dies vorteilhaft, da Verkabelungswege oft erst im Prototypenbau festgelegt werden. Ein Service-Center bietet zusätzliche Leitungsqualifizierungen über das Katalogprogramm hinaus. Eine kundenspezifische Ausstattung unterschiedlicher Bahnfahrzeuge auf der Basis aller relevanten Normen ist also kein Problem.
