MIPI-Kameramodulefür RaspberryPiunddieIndustrie · 6 Zahlen,Daten,Fakten 8 Veranstaltung 10 News&Personalien 12 Branchen&Märkte ... weise die Reorganisation von Produktionsstandorten

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€ 12,00

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MIPI-Kameramodule fürRaspberry Pi und die IndustrieMit industrietauglichen MIPI-Kameramodulen und preiswerten Singleboard-Computernautarke Bildverarbeitungssysteme konfigurieren.

Flexible Geräte-montageMit der Last- und ein-schwenkbaren Gleitmutterlassen sich Komponentenflexibel befestigen. Seite 26

Fahrstabilität fürE-FahrzeugeWir stellen Ihnen die wich-tigsten Konzepte vor underläutern deren Relevanz fürE-Fahrzeuge. Seite 38

Brücke zwischenNFC und I²CEin RFID-Sensor-Transpon-der-IC betreibt batterielosenergieintensive Sensorenper Smartphone. Seite 48

Wissen.Impulse.Kontakte.

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3ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 14 18.7.2019

EDITORIAL

Neulich, in einem autonomfahrenden Auto in Deutschland

KeinHindernis in Sicht“,meldendiefusioniertenFrontsensoren. „FreieBahn?Nadann: Tempo rauf!Maxi-

male Beschleunigung!“, befiehlt derAutopilot. „Moooment!“, insistiert dasNavi, „laut GPS-Daten befinden wir unsnoch im Stadtgebiet! Also maximal 50km/h!“„Sagt wer?“, fragt der Autopilot.„Ich!“, sagt das Navi bestimmt.„Ich lach mir ‘nen Bit-Flip! Nicht mal

ASIL-D-zertifiziert und will mir was vor-schreiben!“ „Bin ich doch!“ „Hädädä!Jetzt sei mal nicht gleich eingeschnappt!Gib dir einenRuckunddrück‘ einByte zu.Spaßmuss auchmal sein.Nur eine kleineFalschmeldung!“ „Na gut! Aber nur 60km/h!“ „100!“ „70!“ „90!“ „80! Meinletztes Wort!“ „Sonst was?“ „Sonst …“„RUUUHE! Boah ey! Dieses ewige

Herumgenöle bringt mich ganz durchei-nander!“, ruft der überarbeitete Bordcom-puter dazwischen, der geradedieKonsis-tenz der von einemMCU-TPM geliefertenSchlüsseldatenprüft. „Also gut. 75 km/h.Aber dann will ich nichts mehr hören!“„Der Fahrermerkt ehnichts, der pennt!

Hat ja gleich zu Beginn den Autopilotaktiviert.“, meldet der integrierte Vital-

„Funkloch, mal wieder“,seufzt das 5G-Moduldeprimiert. „Ich fühlemich so nutzlos!“

Michael Eckstein, [email protected]

Checker. „Ok! Leinen los und ab dafür!“Die Motorsteuerung regelt hoch.„Juchhuuuu!“ Ein digitaler Freuden-

schrei geht durch die Schaltkreise desautonomen Fahrzeugs, als die Gyratorenvehemente Akzeleration melden.„Hallo?“ Eine verzweifelte Stimme

dringt kaum durch die Flut an euphori-sierten Nullen und Einsen im On-Bord-Netzwerk. „HALLOOO! Hört mir maljemand zu?“, bettelt die Bremskontrolle.„Was ist denn jetzt schon wieder?“,

fragt der Bordcomputer entnervt.„Der Bremsdruck ist weg!“„Sch...öneAnalog-Welt! Hat einMarder

dieBremsleitungdurchgeknabbert? Fragschnell in der Cloud nach, was zu tunist!“, befiehlt der Bordcomputer.„Funkloch. Schonwieder…“, seufzt das

5G-Modul deprimiert. „Wir haben einProblem“, murmelt der Bordcomputer.

Herzlichst, Ihr

Co-Simulationund Analyse

Die Integration von Cadence PSpice mitMathWorks MATLAB Simulink ermöglichtkomplexe Systeme schneller und ohnePrototypen zu verstehen und zu optimieren.

Das gesamte elektrische, mechanische undthermohydraulische System kann damitin einer Entwurfsumgebung simuliert undanalysiert werden.

Eine systemübergreifende Simulationmacht den Abgleich von Parametern wieTemperatur, Größe etc. mit den Komponentender Leistungselektronik möglich.

Mit Monte Carlo, Spannungsanalyseund Worst Case Simulation lässt sich dieRobustheit des Stromversorgungsdesignsgegenüber den Spezifikationen analysierenund die Qualität des Designs steigern.

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4 ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 14 18.7.2019

ELEKTRONIKSPIEGEL6 Zahlen, Daten, Fakten

8 Veranstaltung

10 News & Personalien

12 Branchen & Märkte

SCHWERPUNKTEIndustrieelektronik & AutomatisierungTITELTHEMA

18 Industrielle MIPI-Kameramodule für Raspberry PiEmbedded-Vision-OEMs können nun auf MIPI-Kameramodule zugreifen, um mit Singleboard-Computern wie Raspberry Pi kleine, preiswerte,autarke Bildverarbeitungssysteme zu konfigurieren.

Gehäuse & Schränke22 F-Gase-Verordnung in der Praxis

Die F-Gase-Verordnung verbietet ab 2020 Kälte- undKlimaanlagen und regelt Prüfungen und Instandhaltungneu. Der Artikel zeigt, welche Kühlgeräte und Chiller imSchaltanlagenbau noch einsetzbar sind.

25 Flexible Montage auf dem VerdrahtungsrahmenLÜTZE ergänzt mit der Last- und einschwenkbarenGleitmutter das Gleitmuttersortiment für die individuelleund flexible Befestigung von Komponenten auf denAirSTREAM-Stegmodulen.

Stromversorgungen30 Hitze in optischen Übertragungssystemen vermeiden

Entwickler von dicht gepackten LWL-Übertragunssystemenkönnen aufatmen: Ein verlustarmer Abwärtswandlerermöglicht nun kompakte und thermisch effizienteStromversorgungen mit geringem EMI.

34 Netzteil braucht kaum Strom, aber jetzt raucht esZuverlässige Stromversorgungen sind eine Grundvoraus-setzung für geringe Ausfallraten von Elektrogeräten.Dieser Beitrag zeigt typische Probleme von Stromversor-gungen und wie man sie vermeidet.

Automotive Electronics38 Mehr Fahrstabilität für E-Fahrzeuge

Mit zunehmender Verbreitung von E-Antrieben werdenTorque-Vectoring-Systeme immer beliebter. Wir stellenIhnen die wichtigsten Konzepte vor und erläutern derenRelevanz für E-Fahrzeuge.

42 Wie sich Ladeparks intelligent steuern lassenInstallationsbetriebe scheuen oft den Einstieg in dieElektromobilität, da es ihnen an Erfahrung mangelt. Dabeiist der Einstieg auch ohne Vorkenntnisse möglich – miteinem Minimum an Investitionen.

Medizinelektronik46 Übergangsfrist endet – neue Regeln mit der MDR

Die Übergangsfrist für die Medizinprodukteverordnung(MDR) läuft am 26. Mai 2020 ab. Hersteller von Medizin-produkten der Klasse I sollten sich jetzt unbedingt über dieneuen Regularien informieren.

INDUSTRIEELEKTRONIK & AUTOMATISIERUNG

MIPI-Kameramodule fürRaspberry PiKameraplatinen mit MIPI-Schnittstelle erlauben diekostengünstige Konfiguration von skalierbarenEmbedded-Vision-Systemen auf Basis vielerverfügbarer CPU-Boards. Vision Components ist alserster Hersteller umfänglich lieferfähig und bietetdie größte Vielfalt an Bildsensoren. Die Miniatur-kameras sind zu 100% in Deutschland entwickeltund gefertigt. Sie entsprechen den industriellenStandards und sind in großen Stückzahlen zu Ver-braucherpreisen verfügbar. Die physische Schnitt-stelle baut auf dem Raspberry-Pi-Steckerkonzeptauf, das sich als zukünftiger Standard abzeichnet.

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INHALT Nr. 14.2019

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48 Ein RFID-Chip betreibt batterielos SensorenMit einem RFID-Sensor-Transponder-IC als Brückezwischen NFC und I²C lassen sich kommerzielle Sensorenfür analytische und diagnostische Anwendungenanschließen und per Smartphone auslesen.

Industrieelektronik54 Der XMC-Mikrocontroller für die Automatisierung

Mikrocontroller sind für Automatisierungsaufgabenbestens geeignet. Dazu hat der für EtherCAT-Anwendungenkonzipierte XMC4300/4800 mit Cortex-M-CPU umfang-reiche Peripherie-Funktionen integriert.

TIPPS & SERIEN16 Power-Tipp

Wenn Power-Module ihr Silizium selbst kühlen

26 AufbausystemeWas bedeutet die „19 Zoll Aufbau-Technik“?

ZUM SCHLUSS58 Oliver Krischer, Bündnis 90/Die Grünen

Es verschimmeln bereits 4 Mrd. Euro in Förderprogrammen

RUBRIKEN3 Editorial52 Impressum

22 Die F-Gase-Verordnungin der Praxis

34 Netzteil braucht kaumStrom, aber jetzt raucht's

30 Hitze in Übertragungs-systemen vermeiden

46 Übergangsfrist endet –die Regeln mit der MDR

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ELEKTRONIKSPIEGEL // ZAHLEN, DATEN, FAKTEN

ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 14 18.7.2019

1969: Die erste bemannte MondlandungAm 16. Juli 1969 startete die Apollo-11-Mission an der Spitzeeiner Saturn-V-Rakete mit den Astronauten Neil Armstrong, Edwin„Buzz“ Aldrin und Michael Collins an Bord vom Kennedy SpaceCenter zum Mond. Das Raumschiff erreichte am 19. Juli die Mond-umlaufbahn und Armstrong sowie Aldrin setzten am nächstenTag mit der Mondlandefähre Eagle auf der Mondoberfläche auf,während Collins im Kommandomodul des Raumschiffs Columbiaweiter den Mond umkreiste. Wenige Stunden nach der Landung

betrat Armstrong als erster Mensch den Mond, Aldrin kurz nachihm. Nach dem rund 22 Stunden dauernden Aufenthalt startete dieLandefähre wieder zumMutterschiff und die Columbia flog zurückzur Erde, wo sie am 24. Juli 1969 im Pazifik wasserte. Die Apollo11 brachte erstmals Gesteinsproben von einem anderen Himmels-körper zur Erde, da unbemannte Missionen zuvor gescheitertwaren. Die Mondlandung wurde im TV übertragen und von etwa600 Millionen Menschen weltweit gesehen. // TK

AUFGEMERKT

Bild:N

ASA

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ELEKTRONIKSPIEGEL // ZAHLEN, DATEN, FAKTEN


AUFGEDREHT: Lebenserhaltungssystem

Die Apollo-11-Astronauten benötigten für ihre„Spaziergänge“ auf der Mondoberfläche für ihreRaumanzüge ein tragbares Lebenserhaltungssys-tem (portable life support system, PLSS). Diesesmusste in der Lage sein, ohne Kabelverbindung

zu einer externen Energiequelle den Träger mitAtemluft zu versorgen, Strom für die integrier-ten Aggregate bereitzustellen und für Druckaus-gleich zu sorgen. Das Apollo PLSS war 66 cm x46 cm x 25 cm groß und wog leer 38 kg. //SG

NotfallsystemSollte das Lebenserhal-tungssystem versagenwar dieses Aggregat imStande, im Notfall denAnzug für 30 Minutenmit Sauerstoff zu fluten.

RadiomodulDas Modul (auch EVCS,extravehicular com-munications system)sorgte Sprechfunk undTelemetriedatenüber-tragung.

LiOH-KanisterDieser austauschbareKanister enthielt Lithi-umhydroxid und dientezur Aufbereitung derAtemluft. Ein Kanisterfasste 1,36 kg LiOH.

Wärme-tauscherAtemluft und Wasserwurden hier gekühltund zur Aufbereitungan entsprechendeSubsysteme geleitet.

BatterieDie PLSS-Batterien derApollo-11-Raumanzügewaren austauschbarund hatten eineKapazität von279 Wattstunden.

WassertankAuf der unteren,hinteren Seite desPLSS befinden sich dieArmaturen für die Kühl-wasser- und Abwasser-vorratsbehälter.

"That’s one small step for(a)* man, one giant leap formankind."Neil Armstrong bei seiner Mondlandung. *Das'a' wurde nachträglich ergänzt, weil es per Funknicht zu hören war.

AUFGE-SCHNAPPT

AUFGEZÄHLTDie Fernsehübertragungder Mondlandung 1969 warein Medienereignis, das

von geschätzt 500 bis 600 Millionen Menschen weltweit an den TV-Bildschir-men verfolgt wurde. Mit der Liveübertragung im Fernsehen am 20./21. Juli, alsdieMondlandefähre Eagle von Apollo 11 auf demMond landete und Neil Armst-rong als erster Mensch auf dem Mond spazierte, wurden zu diesem Zeitpunktviele Zuschauerrekorde gebrochen.

500 Mio.

Mitentwicklerder KI geehrt

Der Mann, der der Künstlichen Intelligenz zumDenken verhalf, wird ausgezeichnet: BernhardSchölkopf erhält den Körber-Preis für seine ma-thematischen Verfahren, die die KI, wie wir sieheute kennen, ermöglichen. Weltweites Renom-mee erlangte Schölkopf mit den sogenanntenSupport-Vektor-Maschinen (SVM). // ED

Effizienz-RekordTrina Solar hat In seinemState Key Laboratory ofPV Science and Technologyin China einen neuen Effizi-enz-Weltrekord für mono-kristalline n-Typ-Silizium(c-Si) i-TOPCon-Solarzellenaufgestellt.Die bifaziale Solarzellewurde auf einem groß-formatigen 244,62-cm2-Wafer mit einem Prozessaus i-TOPCon-(IndustrialTunnel Oxide PassivatedContact) -Technologienhergestellt. Die Solarzelleerreichte einen Gesamt-wirkungsgrad der Vorder-seite von 24,58%. //TK

Bild:Körber-S

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Bild: Bild von Gerhard Janson auf Pixabay

Bild:Trin

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ELEKTRONIKSPIEGEL // VERANSTALTUNG


Call for Paper zur ICEC 2019:Tagung zu elektrischen Kontakten

Elektrische Kontakte spielen eine wichtige Rolle für die Funktionund Zuverlässigkeit von Produkten aller Art. Die 30. ICEC widmet sich

vom 15. bis 18. Juni 2020 in St. Gallen diesem Thema.

Neue und höhere Herausforderungenan die Leistungsfähigkeit, Zuverläs-sigkeit und Qualität erfordern inno-

vative und kostenoptimierte Lösungen beielektrischen Kontakten, Schaltgeräten undSteckverbindersystemen. Während in derTelekommunikationundSteuerungstechnikdie Signale immer kleiner werden, treibt dieElektromobilität StrömeundSpannungen indieHöheund stellt damit komplett neueAn-forderungen an die verwendeten Kontakt-werkstoffe, Komponenten und Geräte undzunehmend an die Isolierstoffe.Mit diesen Themen setzt sich die bereits

zum30.Mal stattfindendedie internationaleTagung zu elektrischen Kontakten (Interna-tional Conference on Electrical Contacts,ICEC) auseinander. Die Konferenz hat sichals dasweltweitwichtigste Treffen zumThe-maetabliert und erreicht ein internationalesFachpublikum.Die nächste Tagung findet vom 15. bis 18.

Juni 2020 in der Schweiz in Rorschach/St.Gallen direkt am Bodensee statt und ist vonDeutschlandundÖsterreich kommend leichtzu erreichen. Sie wird von der Electrosuissegemeinsammit der IEEE organisiert.

Dr. Ragnar Holm und Prof. Ralph E. Ar-mington initiierten 1961 die erste internatio-nale Veranstaltung zu elektrischen Kontak-ten an der Universität Maine in Orono, USA.Die zweite Tagung fand 1964 in Graz / Öster-reich statt. Seitdem gibt es die Veranstal-tungsreihe alle zwei Jahre an Orten auf derganzenWelt: So trafen sichdie Experten 2014inDresden /Deutschland, 2016 inEdinburgh/UKund 2018 inAlbuquerque /USA. ImVer-lauf ihrer langjährigen Geschichte hat dieICEC wesentlich zur Entwicklung des The-mengebiets beigetragen und die internatio-nale Zusammenarbeit gefördert.ElektrischeKontakte sowohl bei ruhenden

als auch schaltenden Kontakten spielen un-verändert eine entscheidende Rolle für dieFunktion und Zuverlässigkeit von Schalt-und Stecksystemen und letztendlich vonganzen Systemen. Die Fachtagung stellt Er-gebnisse aus der Forschung sowie aus derSchaltgeräte-Industrie undderenZulieferernvor. Sie bietet die Möglichkeit, neueste Ent-wicklungen und aktuelle Forschungsergeb-nisse auf dem Gebiet der elektrischen Kon-takte kennen zu lernen undüber die spezifi-schen Probleme eingehend zu diskutieren.

ICEC 2020: Die Konferenz widmet sich neuesten Erkenntnissen aus der Grundlagenforschung und speziellenund aktuellen Herausforderungen aus der Praxis der Hersteller und Anwender von Kontakten.

Bild:LarsJohn

/ICEC

Der Teilnehmerkreis von ca. 300 Fachleu-ten und Entscheidungsträgern setzt sichüblicherweise zu ca. 1/3 aus Forschung undLehre sowie zu ca. 2/3 aus der Industrie zu-sammen. Ergänzt wird die Veranstaltungdurch eine Ausstellung von Marktführernaus der Kontakt- und Verbindungstechnik,die sichmitVortragendenund/oder als Spon-soren beteiligen.Als Keynote-Speaker haben bereits zuge-

sagt: Dr. Volker Behrens (Doduco), Prof. Dr.FrankBerger (TH Ilmenau), Prof. Dr. Christi-an Franck (ETH Zürich), UweHauk (TE Con-nectivity) und Prof. Dr. Henrik Nordborg(HSR Rapperswil).Die Konferenzthemen sind im Einzelnen:

� Physikalische Grundlagen (elektrischeKontakte und deren Materialien; Schalt-lichtbogen, Lichtbogenverhalten)� Technologien (Starkstrom-Verbinder; ru-hende und bewegliche Schaltkontakte)� Spezialanwendungen� Simulation� Elektromobilität� neuartige Schalttechnologien und Netz-strukturen.Zusätzlichwerden diskutiert: Die Zukunft

des elektromechanischen Schaltens, die Si-mulation vonLichtbögen, SchaltgerätenundStecksystemen, Innovation bei Relais, An-forderungen an Steck- und Sachaltkompo-nenten imelektrischenFahrzeug sowieKon-taktwerkstoffe.Der Call for Paper ist eröffnet: Referenten

können über www.icec2020.com bis zum15. Oktober 2019 eine kurze Zusammenfas-sung (200 Wörter) ihres Vortragvorschlagseinreichen. Konferenzsprache ist Englisch.Das Editorial Board bewertet die Beiträge

nach wissenschaftlichen Kriterien. Die Ta-gungsunterlagenwerdenauf alle relevantenDatenbanken hochgeladen und als „OpenAccess“ zur freien Verfügung gestellt.Während der viertägigen Veranstaltung

erwartet dasKonferenzkomitee ca. 70Vorträ-ge und zusätzliche Postersessions. // KR

ICEC www.icec2020.com

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ELEKTRONIKSPIEGEL // NEWS & PERSONALIEN


Renesas‘ neuer CEO: HidetoshiShibata, vormals Finanzvorstand desUnternehmens, tritt die Nachfolge deszurückgetretenen Bunsei Kure an.

FÜHRUNGSWECHSEL

Bunsei Kure tritt zurück: Hidetoshi Shibata neuer CEO bei RenesasRenesas-CEO Bunsei Kure istkurzfristig als Geschäftsführerdes japanischen Halbleiterher-stellers zurückgetreten. Ein No-minierungskommittee des Un-ternehmens hatte auf einemVorstandstreffen am 25. Juni2019 eine entsprechende Emp-fehlung ausgesprochen. Grundfür den Führungswechsel wardie Geschäftsentwicklung dervergangenen Quartale: Die mit-telfristigen Umsatzzahlen, die2016 für die kommenden Jahreangestrebt worden waren, hatteRenesas deutlich verfehlt.

Bild:Renesas Das Beratergremium sollte im

AuftragdesVorstands indenver-gangenen zwei Monaten über-prüfen, ob Bunsei Kure als CEOweiterhin geeignet sei, Renesaswieder auf einen Wachstums-kurs zurückzuführen. „Als Er-gebnis dieser BewertungkamderNominierungsausschuss zudemSchluss, dass der derzeitige Prä-sident undCEOdie Erwartungenandie zukünftige Führungskraftnicht erfüllt,“ heißt es in einerErklärung des Unternehmens.Als Nachfolger empfahl das

Kommittee Hidetoshi Shibata,

der seit dem Krisenjahr 2013 beiRenesas ist. Als Executive VicePresident, Mitglied des Vor-stands und CFO leitete er dieStrukturreformmaßnahmen desUnternehmens, wie beispiels-weise die Reorganisation vonProduktionsstandorten. Nachden Strukturreformen war ermaßgeblich an der ÜbernahmederUS-amerikanischenHalblei-terhersteller Integrated DeviceTechnology (IDT) und Intersilbeteiligt. // SG

Renesas

Kartellamts-prüfung: DieEU-Kommissionnimmt das Ge-schäftsgebarenvon Broadcomunter die Lupe.Es werden demChip-Herstellermögliche illegaleWettbewerb-spraktikenvorgeworfen.

EU-KARTELLAMT

Wettbewerbshüter nehmen Broadcom ins VisierBroadcom ist wegen potentiellillegaler Wettbewerbspraktikenins Visier der EU-Kommissiongeraten. „Wir gehen aus, dassBroadcom [...] vertragliche Be-schränkungen für den Aus-schluss seiner WettbewerbervomMarkt eingeführt hat“, sag-te die zuständige EU-Kommissa-rin Margrethe Vestager. Manhabe zudem vor, einstweiligeMaßnahmen gegen das Unter-nehmen zuverhängen, „umdemRisiko eines nicht wieder gutzu-machenden Schadens für denWettbewerb vorzubeugen“.

Bild:Farnell

DieWettbewerbshüter werfendem Chipriesen vor, sieben sei-ner Hauptkunden, die TV-Digit-

Ohne Zulassung: Die Startverbotefür Maschinen der Reihe Boeing 737MAX bleiben noch mehrere Monatebestehen.

PROZESSORFEHLER

Prüfer finden weiteres kritisches Problem bei Boeing 737 MAXDem US-Luftfahrtkonzern Boe-ing droht eine weitere Verlänge-rung des Flugverbots für seineFlugzeugeder Baureihe 737MAX.DieUS-LuftfahrtbehördeFAAhatnach eigenen Angaben bei denUnglücksjets zusätzlich zu be-reits bekannten Problemen einweiteresmöglichesRisiko gefun-den, das behobenwerdenmuss.Wie der amerikanische Nach-

richtensender CNNberichtet ha-ben Piloten in Simulator-Testsfestgestellt, dass ein Ausfall ei-nesMikroprozessors dazu führenkann, dass das MCAS aktiv die

Bild:Joh

nD.

ParkerNase des Flugzeugs nach unten

drückt. Nach einem solchen po-tenziellen Ausfall hätten die Pi-loten ernsthafte Schwierigkei-ten, die Maschine wieder aufzu-fangen. „Und wenn man dieKontrolle nicht innerhalb vonSekundenwiedererlangenkann,ist das ein unzumutbares Risi-ko,“ zitiert CNN eine mit denTests vertraute anonymeQuelle.Seit März diesen Jahres unter-

liegen alle Maschinen diesesTyps einemweltweiten Startver-bot, nachdem zwei Flugzeuge –Lion Air Flug 610 und Ethiopian

Airlines Flug 302 – verunglücktwaren. Beim jüngsten Absturzbesteht dieVermutung, dass dasFlugverbesserungssystemMCASaufgrund eines defekten Lage-sensors den Anstellwinkel derMaschine falsch erkannte unddaraufhin die Nase des Flug-zeugs Richtung Boden drückte.Boeing hat angekündigt, dieFehler mittels eines Software-Updates zu beheben zu wollen.Bislang bleibt dieses Updateallerdings aus. // SG

FAA

aldecoder und -modemsherstel-len, mit illegalenMitteln zu bin-den. Diese würden gezwungen,

praktisch ausschließlich Chipsvon Broadcom erwerben. Träfedies zu, drohenmöglicheKartell-strafen in Milliardenhöhe.Broadcom ist der weltweit

größte Anbieter von ChipsätzenfürDigitaldecoder,ModemsundWLAN-Geräte. Der asiatischeKonzern Avago Technologieshatte das amerikanische Unter-nehmen 2015 für 37 MilliardenUS-$ gekauft. Seitdem firmiertdie Gruppe unter dem NamenBroadcom Inc. in San Jose. // SG

Broadcom

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ELEKTRONIKSPIEGEL // BRANCHEN & MÄRKTE


Demonstrieren Umweltministerin Dalbert das Ladesystem eines Elektroautos:Professor Przemyslaw Komarnicki vom Fraunhofer IFF (r.) und Henning Demelevon Kreebs‘ engineers (l.).

Ein Forschungskonsortium ent-wickelt neue Technologien, mitdenen Elektrofahrzeuge künftighelfen sollen, Netzschwankun-gen auszugleichen. So soll u.a.auch die Integration erneuerba-rer Energien in die Versorgungs-netze unterstützt werden. Profi-tieren würden der Klimaschutzund die Stromkunden.Mehr Elektromobilität auf den

Straßen und einemöglichst um-fassendeEnergiegewinnungausregenerativenQuellen:Obgleichder ökologische Umbau der Mo-bilitätssystemeundder Energie-versorgung auf den ersten Blickeine positive Nachricht für dasKlima ist, entpuppt er sich beinäherer Betrachtungals Problemfür Netzbetreiber und Kunden.Der Grund liegt in denRisiken

für die Versorgungssicherheitund Netzstabilität, die von derUmstellung auf eine flächende-ckende Stromversorgung mitEnergie aus nachhaltigen Quel-len ausgehen. Insbesondere derAnschluss vieler kleiner verteil-ter Erzeugungsanlagen, bei-spielsweise Photovoltaikanla-gen, Kleinwindkraftanlagenoder Mini-Blockheizkraftwerke,kann unsere herkömmlichenundhistorischnochnicht für dieschwankende, dezentrale Ver-sorgungausgelegtenNetze über-

ELEKTROMOBILITÄT

Wie Elektroautos die Energiewende unterstützen sollen

lasten. Es drohen mögliche Ver-schlechterungen der Versor-gungssicherheit und letztlich einmöglicher volkswirtschaftlicherSchaden. Kommen nun verein-zelt Elektrofahrzeuge als zusätz-liche Verbraucher hinzu, ist derEinfluss noch auf einzelne Netz-abgänge begrenzt und belastetdas Gesamtsystemnur leicht. Esist in dennächsten Jahren jedochmit einemsignifikanten Zuwachsvon Elektrofahrzeugen zu rech-nen. Sie werden hauptsächlichim Niederspannungsnetz gela-den. Ihr Energiebedarf ist großundwird das Stromnetz spürbar

Bild:Fraunho

ferIFF,Viktoria

Kühn

e

weiter unter Druck setzen. DasFraunhofer IFF in Magdeburgarbeitet gemeinsam mit seinenPartnernKrebs‘ engineersGmbHund der Otto-von-Guericke-Uni-versität Magdeburg an einer Lö-sung für dieses Problem.Geht esnachdemWillender Forscherin-nenundForscher, sollen hierfürdie Elektrofahrzeuge selbst einwichtiger Schlüssel sein. Sie sol-len aktiv dabei helfen, das Ener-gienetz der Zukunft stabil zuhalten.„Bleiben die Netzkapazitäten

sowie sie sind, ist ein intelligen-tes Lademanagement für die

Elektrofahrzeugeunumgänglich.Das eröffnet uns aber zugleichviele Chancen, dieNetze künftigaktiv zu managen und mit Hilfeder Fahrzeuge und Ladeinfra-strukturen in kritischen Situati-onen zu stabilisieren“, sagt Pro-fessor Przemyslaw Komarnicki,Energienetzexperte amFraunho-fer IFF. Gemeint ist damit, dassdie Fahrzeuge künftig als steuer-bare Lasten im Netz aktiv seinsollen. Ist aufgrund einer ent-sprechenden Wetterlage gerademehr Energie vorhanden als ge-braucht wird, muss diese nichtverloren gehen, wie es in man-chen Situationen aktuell prakti-ziert wird. Stattdessen könnendie Ladezyklen von Elektroau-tos, die sich zudemZeitpunkt anLadesäulen befinden, so ange-passt werden, dass sie genaudann geladenwerden, wenn einÜberangebot herrscht. Sie fun-gieren somit als kleine, dezent-rale Pufferspeicher. Umgekehrtkönnen sie Energie aus ihrenBatterienwieder abgeben,wenngerade zu wenig Strom im Netzvorhanden ist. DasPrinzip funk-tioniert umso besser, je mehrElektroautos vorhanden und insolchenZeiten andie Infrastruk-tur angeschlossen sind. // TK

Fraunhofer IFF

Der Lidar-Sensor SORA-P60L: eignetsich für intelligente Verkehrsinfra-strukturen im Straßen- undSchienenverkehr.

ADAS

Hochgeschwindigkeits-Lidar für das Scannen von FahrzeugenCepton Technologies hat dasneueste Produkt seiner SORA-Familiemit Zeilenabtastung vor-gestellt. Der Lidar-Sensor SORA-P60wurde speziell für intelligen-te Verkehrsinfrastrukturen imStraßen- und Schienenverkehrentwickelt. Er ermöglicht präzise3D-Scans, eine automatisierteKlassifizierung von Objektenund volumetrisches Scannen.Der Lidar-Sensor mit Ceptons

patentierterMicro-Motion-Tech-nologie (kurz: MMT) liefert 1200Scanlinien pro Sekunde undmacht es damitmöglich,Objekte

Bild:Ceptonzu scannen, die sich sehr schnell

bewegen. Kombiniertmit SORA-Edge, der Edge-Computer-Hard-ware von Cepton, wird der neueLidar-Sensor zu einem leistungs-starken,mobilenObjektklassifi-zierungs- und Volumenmessge-rät, das seine Daten über Ether-net, Wi-Fi oder LTE an einenzentralen Server senden kann.„Die drei Scanliniendes SORA-

P60, die jeweils mit 400 Hzscannen, können sogarObjekte,die mit Autobahngeschwindig-keit fahren, präzise scannenundklassifizieren“, erklärt Jerone

Floor, Head of Product beiCepton. „Bei einem Fahrzeug,das mit über 80 km/h fährt,entsprechen 400 Hz einer Scan-linie alle fünf Zentimeter. Dasbedeutet, dass man die Größedes Zugfahrzeugs und desAnhängers während der Fahrtin Echtzeit messen kann.“Der SORA-P60 ist frei von Ro-

tations- und Reibungskompo-nenten, sodass der Sensor un-empfindlich gegen mechani-schen Verschleiß ist. // TK

Cepton

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ELEKTRONIKSPIEGEL // VERANSTALTUNG


Kompetent in Automation-Softwareund Innovations-Management?

Automation-Software und Innovations-Management stehen im Fokusvon zwei Kongressen vom 16. bis 18. September 2019 in Sindelfingen.

Beide Themen sollte Ihr Unternehmen sehr gut beherrschen.

Stellenwert und Qualität der Soft-wareentwicklung in der Automatisie-rung sowie im Maschinen- und Anla-

genbau hinken zum Teil hinter dem Niveauanderer Branchen und dem Stand der Tech-nik her. Mit Industrie 4.0 und IIoT kommenweitere Anforderungen hinzu, die dringenderfüllt werdenmüssen.Hier setzt der 1. Automation Software En-

gineering Kongress (www.ase-kongress.de)anundadressiert die beschriebenenHeraus-forderungen.Der Event führt Softwareexper-ten aus Industrie, Forschung und Lehre mitdenAutomatisierungsfachleuten relevanterBranchen und Industrien zusammen.Der 1. ASE-Kongress vermittelt wichtiges

Grundlagenwissenundanwendungsbezoge-ne Spezialkenntnisse für die ZielgruppeSoft-

wareentwickler inMaschinenbauundAuto-mation. Er gibt Impulse für denEinsatz neu-er Technologien, Methoden und Prozesse.Und er ermöglicht denKnowhow-Austauschzwischen verschiedenen Branchen und An-wendungsfeldern.Zielgruppedes 1. ASE-Kongress vom16. bis

18. September 2019 (www.ase-kongress.de)sindSoftwareentwickler, Projektverantwort-liche und Entwicklungsleiter sowie Ingeni-eure und Automatisierungsfachleute, diebessere Software für ihre SystemeundAnla-gen effizient und schneller spezifizieren,entwickeln und einsetzen wollen. Als Refe-renten sind Experten aus Industrie, For-schung und Lehre aber auch Trainer, erfah-rene Anwender und Spezialisten von Soft-ware- und Tool-Anbieten im Einsatz, die ihr

Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser, Technische Universität München: „Machen Sie mit bei ASE-Kongressund Innovation 360° und senden Sie Ihre KollegenInnen aus der Softwareentwicklung und dem Innovations-Management vom 16. bis 18. September 2019 nach Sindelfingen.“

Bild:Sebastia

nUlew

icz Knowhow gerne weitergeben sowie neue

Erkenntnisse und Konzepte präsentieren.

Parallelkongress Innovation360° der TU MünchenDie TUMünchen ist Kompetenzpartner des

1. ASE-Kongress 2019 und veranstaltet zeit-gleich denKongress Innovation 360° (www.innovation360grad.de)mit demZiel, Indus-trieunternehmen umfassend über Innova-tions- undWissensmanagement zu informie-ren. Dazu Prof. Dr. Birgit Vogel-Heuser vonder Fakultät Maschinenwesen: „Die deut-schenMaschinen- und Anlagenbauer gehö-ren zuden innovativstenUnternehmenwelt-weit. Aber esmangelt immerwieder an einemgeordneten Innovationsmanagement, umschnell von der Idee zu einer effizienten Lö-sung zukommen.DerKongress 360° gibt hierwichtige Anregungen in 12 Impulsvorträgenund praktische Hilfestellungen in sechsKompaktseminaren.“Ziel desKongresses Innovation 360° am17.

und 18. September 2019 in Sindelfingen istes, ein interaktives und praxisnahes Forumfür die Weiterentwicklung des zyklischenInnovationsmanagements in komplexenSys-temen zu schaffen. Er bietet Ingenieur/in-nen, Manager/innen und Forscher/inneneine Plattform zumAustausch von innovati-ven Konzepten, Ideen, Anwendungen undErfahrungen. Besonderer Fokus hierbei istdieVernetzungder verschiedenenDomänenwieMaschinenbau, Systemtechnik, Automa-tisierung, Optimierung, Engineering Ma-nagement, Ökonomie, Psychologie sowieProdukt Lifecycle-Management.Mit dem neuen Kongress Innovation 360°

(www.innovation360grad.de) stellendie TUMünchen und die LMUMünchen in Zusam-menarbeit mit den Partnern AutomationMLund der TU Wien den aktuellen Wissens-stand im Innovationsmanagement einembreitenFachpublikumvor. Diese Erkenntnis-se werden ergänzt um die Erfahrungen vonExperten aus der Industrie. // JW

ELEKTRONIKPRAXIS und TUMünchen

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ELEKTRONIKSPIEGEL // BRANCHEN & MÄRKTE


4D-NAND-FLASH-SPEICHER

Erster 1-TBit-Chip mit 128 LayernSK Hynix hat einen 3D-NAND-Speicherchipmit 128 gestapeltenSilizium-Dies vorgestellt – bran-chenweit aktuell der Spitzen-wert. Der Flash-Chip vereint 360Mrd. TLC-Speicherzellen (TripleLevel Cell) undkann somit 1 TBitDaten speichern–doppelt so vielwie der 96-lagige TLC-Chip desHerstellers. Der neue Chip kom-biniert nach Angaben des Her-stellers erstmals ein 3D-CTF-Design (Charge Trap Flash) mitder PUC-Technologie (PeripheryUnder Cell), die I/O-Strukturenin eine separate Ebene unter dieSpeicherzellen auslagert.Wegendieser Architektur nutzt SK Hy-nix den Begriff „4D NAND“. Ver-sorgtmit 1,2 V soll der neueChipbis zu 1400 MBit/s übertragenkönnen – genauso viel wie „V-NAND v5“ von MarktführerSamsung, ein Flash-Chip mit 96Layern. Ab der zweiten Jahres-hälftewill SKHynixmit derAus-

lieferung des 128-schichtigen4D-NAND-Flashbeginnen.Nochin der erstenHälfte 2020 sollen 1mmflacheUFS-3.1-Bausteinemitbis zu 1 TByte Speicherkapazitätauf denMarkt kommen, die vor-nehmlich für den Einsatz inPremium-Smartphones gedachtsind. Darüber hinaus entwickeltSKHynix bereits die nächsteGe-neration von 4D-NAND-Flashmit 176 Lagen. // ME

SK Hynix

Schichtarbeit: SK Hynix integriert auf128 Layern 360 Mrd. NAND-Zellen.

Bild:SKHynix

PARTNERSCHAFT VON RITTAL, SIEMENS UND ATOS

Ein intelligentes Edge Data Center

Rittal entwickelt in Partnerschaftmit mit Atos und Siemens einegemeinsame intelligente Edge-Data-Center-Lösung. Das IEDC(Intelligent Edge Data Center)soll einemaximal konfigurierba-re Datacenter-Lösung sein, mitder Unternehmen IoT-Daten inEchtzeit verarbeiten können. Zuden Bestandteilen zählen dascloudbasierte, offene IoT-Be-triebssystem Mindsphere vonSiemens, die Bullsequana-Edge-Computing-Server und Bullse-quana-S-Server sowie Codex

Cloud Industrial Supervision(CIS) vonAtos.Unternehmen sol-len mithilfe der Lösung zur Da-tenverarbeitung und -analyseihre gesamten Wertschöpfungs-prozesse optimieren können.Die OT (Operational Tech-

nology)-Infrastrukturwurde vonRittal entwickelt und als EdgeData Center ausgelegt. Damitkann der Betrieb am Entste-hungsort der Daten vorgesehenwerden.Auf der IT-Infrastruktur-seite stellen Atos und SiemensSoftware-Lösungen für IoT-An-wendungen sowie Edge-Lösun-gen zurVerfügung, die die Erfas-sung, Berechnung und Analysevon Daten unterstützen. DasIEDC soll ab dem3. Quartal 2019weltweit ist in verschiedenenLeistungsklassen verfügbar sein,vom Wandanbaugerät oder IT-Rack bis hin zu einem skalierba-ren Datacenter-Container.// SG

Rittal

Datenverarbeitung in Echtzeit: Rittal,Siemens und Atos bieten gemeinsamein Intelligent Edge Data Center an.

Bild:Rittal

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Eine Veranstaltung von –

einer Marke der

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Automation SoftwareEngineering Kongress

Der Kongress gibt Impulse für den Einsatzneuer Technologien, Methoden und Prozesse.

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SERIE // POWER-TIPP


Wenn Power-Module ihr Siliziumselbst kühlen

FREDERIK DOSTAL *

* Frederik Dostal... arbeitet als Field ApplicationEngineer für Power Management beiAnalog Devices in München.

Power-Module sindSpannungswandler,welche neben den Schalttransistorenund der zugehörigen Ansteuerung

auch noch die benötigte Induktivität integ-riert haben. Im Idealfall bietet ein Power-Modul eine komplette Spannungsversorgungmit nurwenigen externen, passivenKompo-nenten auf sehr kleinem Raum. Die Vorteileliegen auf der Hand: Es ist nur wenig Exper-tise im Bereich der getakteten Spannungs-wandlung nötig, die Entwicklung einer pas-senden Spannungsversorgung geht rechtschnell und der notwendige Platzbedarf istsehr gering.Bild 1 zeigt die COP-(Component-On-Pa-

ckage-)Technologie des LTM4638, einemPower-Modul aus der Familie der µModulevon Analog Devices. Der LTM4638 benötigtmit allen externenBauteilen zusammennurcirca einenQuadratzentimeter Platz auf einerPlatine.Unddies trotz einesmöglichenAus-gangsstromvonbis zu 15A. BeiModulen, dienach diesem Prinzip aufgebaut sind, ist dieSpule nicht im Gehäuse unter einer SchichtGehäusematerial vergossen, sondern ragtnachobenausdemGehäuseheraus. Dies hatenorme thermische Vorteile.Es besteht immer wieder das Vorurteil,

dass kompakte Power-Module zwarVorzügebesitzen, thermisch jedoch einen Nachteil

haben. Dabei wird angenommen, dass eineeng gepackte Anordnung bei gleicher Ver-lustleistung Probleme bereitet, die entste-hende Verlustwärme abzuführen. Häufigwird vermutet, dass ein solchesModul heißerwird, als eine diskret aufgebaute Schaltungmit externer Induktivität.Diese Annahme ist bei vielen Anwendun-

gen jedoch nicht richtig. Die Spule ist eingroßer Bauteil, das sich gut als Kühlkörpereignet, da sie selbst nur wenig Wärme er-zeugt. Damit zählt die Induktivität in etlichenApplikationen zudenkühlenKomponentenauf einer Platine. Das Siliziumdes Schaltreg-lersmit den integriertenLeistungstransisto-ren erzeugtmeist trotz nur geringer Silizium-fläche eine wesentlich größere Verlustwär-me. Ein Anordnen von Leistungshalbleiternund Induktivität nebeneinander führt dazu,dass die gesamteWärmedes Siliziumsdurchdie elektrischen Anschlüsse des ICs in diePlatine geführt werden muss und von dortan die Umgebung abgeführt wird.Die Oberseite eines Schaltregler-ICs gibt

zwar auchWärme andieUmgebungsluft ab.Es handelt sich hierbei aber nur um einenkleinenTeil, dadasGehäuseWärme schlechtleitet. Außerdem ist die Oberfläche des ICsrecht klein. Ein Zusammenführendes Schalt-regler-ICs mit der großen Induktivität alsKühlkörper erweist sich als ideale Kombina-tion, um Verlustwärme des Schaltreglersili-ziumsmit einer großen Fläche elegant nachoben an die Umgebungsluft abzugeben.In Bild 2 und 3 wollen wir diese Behaup-

tung mit einem echten Beispiel untermau-

ern. Bild 2 zeigt die thermische Aufnahmeeines LTM4638.Dieser ist so beschaltet, dasseine Eingangsspannung von 12 V auf eineAusgangsspannung von 1 V bei einem Aus-gangsstrom von 15 A gewandelt wird. DieMessung wurde bei Raumtemperatur undstehender Luft ohne zusätzlichenKühlkörpergemacht. Hier ist zu erkennen, dass das Sili-zium nur circa 69 °C erreicht. Die Spule aufder Oberseite des Gehäuses hat eine Tempe-ratur von ca. 77,3 °C.Bild 3 zeigt dieselbe Schaltung wie Bild 2,

die jedoch nicht als Power-Modul ausge-führt, sonderndiskretmit dengleichenKom-ponenten aufgebaut ist, wie sie auch imLTM4638-Modul verwendet werden. DabeiwurdendieBauelementenebeneinander aufder Platine angeordnet undunter denselbenEinsatzbedingungenwieder LTM4638betrie-ben. Deutlich ist zu erkennen, dass die Spu-le rechts unterhalb des Schaltreglers mit65,8 °C relativ kühl bleibt; eswirdhauptsäch-lich die eigene Verlustleistung der Spule andie Umgebungsluft abgegeben. Der Schalt-regler-IC jedoch wird mit 95,5 °C sehr heiß.Die von ihm erzeugte Wärme kann über dieLeiterplatte und die Luft nur schlecht abge-führt werden.Fazit: Eine hochintegrierte Schaltung in

einemPower-Modul kanndazu führen, dassdas Silizium eines Schaltreglers wesentlichkühler bleibt. Dadurch kann die Schaltungbei höheren Umgebungstemperaturen ein-gesetzt werden. // RO

Analog Devices

Bild 3: Gleiche Schaltung wie im LTM4638-Modul,jedoch diskret aufgebaut.

Bild 2: Temperatur des internen Siliziums desLTM4638-Power-Moduls.

Bild 1: Bild eines LTM4638 Spannungswandler-Moduls.

Bilder:AnalogDe

vices

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TECH-WEBINAREwww.elektronikpraxis.de/webinare

Sensoren für IIoT-EdgeentwickelnDas Kommunikationssystem IO-Link hat die Entwicklungvon intelligenten Sensoren beschleunigt. Damit wurde es

VERANSTALTUNGENwww.elektronikpraxis.de/event

zum Grundpfeiler der “Intelligence at the Edge”, also intelli-genter Edge-Geräte, und ist in modernen, über das Industri-elle Internet der Dinge (IIoT) vernetzten industriellenProduktionsprozessen unverzichtbar geworden.Da Sensoren, Aktoren und speicherprogrammierbare Steue-rungen (SPS) zunehmend kleiner werden, stehen Entwicklervor der Herausforderung, IO-Link-Schaltungenmit immerkleineren Formfaktoren in immer kürzerer Zeit zu entwerfenund gleichzeitig das Problem der Verlustleistung in den Griffzu bekommen.

In diesemWebinar lernen Sie:� praktische Tipps für den Entwurf des Kommunikations-blocks eines IO-Link-Sensors kennen,�welche Rolle die Verlustleistung spielt�welche Möglichkeiten Sie haben, um Ihre Applikation vorrauen Umgebungsbedingungen zu schützen und�wie Sie mit energieeffizienten IO-Link-Transceivern undpraktischen Referenzdesigns Ihre Entwicklung vereinfachenund die Entwicklungszeit verkürzen.

Durch dasWebinar führt Konrad Scheuer.

Partner und Veranstalter:

DESIGN CORNERwww.elektronikpraxis.de/design-notes

Partner und Veranstalter:

Automation Software Engineering - Kongress15.–18. September 2019, Sindelfingenwww.ase-kongress.de

Anwenderforum Relaistechnik17.–18. Oktober 2019, Würzburgwww.relaisforum.de

Power-Kongress22.–23. Oktober 2019, Würzburgwww.power-kongress.de

LED-Beleuchtung in der elektrotechnischen Praxis13. November 2019, Leipzigwww.b2bseminare.de/1002

Batterien – Grundlagen und Anwendungen21. November 2019, Frankfurtwww.b2bseminare.de/132

Embedded Systeme erstellen mitWindows 10 IoT26.–28. November 2019, Münchenwww.b2bseminare.de/117

Datenschutz in der Technikgestaltung28. November 2019, Münchenwww.b2bseminare.de/186

Präsenz in Körper und Stimme4.–5. Dezember 2019, Stuttgartwww.b2bseminare.de/1001

Embedded Programmierungmit modernem C++10.–12. Dezember 2019, Stuttgartwww.b2bseminare.de/116

Leiterplatten für KFZ- und EMobilität17.–18. Dezember 2019, Frankfurtwww.b2bseminare.de/1081

Expertenseminare für FPGA-Entwicklerwww.ptek-akademie.de

Hocheffizienter µModule-Reglerwww.elektronikpraxis.de/adi581

Kompakter 1,2 A µModule-Regler mit geringem EMIwww.elektronikpraxis.de/adi580

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AKTUELLES

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INDUSTRIEELEKTRONIK & AUTOMATISIERUNG // KAMERASYSTEME

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TITELSTORY

Kameraplatinen mit MIPI-Schnittstelle erlauben einekostengünstige Konfiguration skalierbarer Embedded-Vision-Systeme auf Basis vieler verfügbarer CPU-Boards.Vision Components ist als erster Hersteller umfänglichlieferfähig und bietet die größte Vielfalt an Bildsenso-ren. Die hochwertigen Miniaturkameras sind zu 100 %in Deutschland entwickelt und gefertigt. Sie entsprechenden industriellen Standards und sind in großen Stück-zahlen zu Verbraucherpreisen verfügbar. Die physischeSchnittstelle baut auf dem Raspberry-Pi-Steckerkonzeptauf, das sich als zukünftiger Standard abzeichnet.


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Industrielle MIPI-Kameramodule,etwa für Raspberry PiEmbedded-Vision-OEMs können nun auf MIPI-Kameramodule

zugreifen, um mit Singleboard-Computern wie Raspberry Pi kleine,preiswerte, autarke Bildverarbeitungssysteme zu konfigurieren.

MIRIAM SCHREIBER *

* Miriam Schreiber... ist Marketing- und PR-Managerinbei der Vision Components GmbHin Ettlingen.

Das vonderMIPIAllianceursprünglichfür Mobilgeräte standardisierteMobile Industry Processor Interface

(MIPI) setzt sich auch in industriellenAppli-kationen durch. Die Automobilindustrieführte diese Bewegung an. Immer mehrmoderne CMOS-Sensoren, beispielsweisediejenigendes japanischenHerstellers Sony,haben MIPI-Schnittstellen.Die Anzahl wächst auch im Bereich der

Machine-Vision-Bildsensoren. So unterstüt-zen etwa auch viele leistungsstarke Prozes-

sorboards aus der Makerszene die MIPI-Schnittstelle.Embedded-Vision-OEMs können nun auf

MIPI-Kameramodule zugreifen, umzumBei-spielmit einemRaspberry Pi ein sehr kosten-günstiges, kleines, autarkes Bildverarbei-tungssystem zu konfigurieren (siehe Bildoben). Das Konzept ist daher prädestiniertfür jegliche dezentralen Anwendungen mitvielenKameras. DieMiniaturkameras eignensich insbesondere auch für mobile und de-zentraleApplikationenwieAutonomesFah-ren, Drohnen, Smart City, Medizintechnikund Laborautomation.Vision Components sieht sich als Techno-

logieführer in der Fertigung industriellerMIPI-Kameramodule. Der Markt hat das Po-tenzial erkannt und arbeitet eifrig an Ange-

boten. Doch Vision Components hat nochkeinen anderenHersteller gefunden, dermitder eigenen, großen Vielfalt an Modellenmithalten kann. Verschiedene Anbieter hat-ten im Frühjahr Prototypen am Start.

Vielfalt an Bildsensoren mitAuflösungen bis 13 MPJedochkannbis heute kaumeinAnwender

mehr als vier Modelle vorweisen. VisionComponents sticht darum in mehrfacherHinsicht heraus: Der Mittelständler hat bisheute bereits acht verschiedene Bildsenso-ren mit Auflösungen bis 13 Megapixel (MP)integriert und alle sind bereits verfügbar,darunter vier Global-Shutter-Sensoren undvier Rolling-Shutter-Sensoren.Weitere zehnfolgenbis Jahresende 2019beziehungsweise

Bild:VisionCompo

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Bild 1:MIPI-Kameras, die sich mit verschiedensten CPU-Boards kombinierenlassen, erlauben eine flexible Erstellung von OEM-Vision-Systemen.

Bild:VisionCompo

nents

bisQ1/2020.Mit dieserAuswahl könnenEnt-wickler also sofort durchstarten, um ihreVision-Lösungenkostengünstig umzusetzenund schnell auf denMarkt zu bringen. AuchGlobal-Reset-Shutter-Sensoren werden imLaufe dieses Jahres verfügbar sein. Bei Auf-lösungen über 5 MP bieten diese Sensorenbeträchtliche Preisvorteile gegenüber Sen-soren mit echtem Global Shutter.

Hohe Verarbeitungsstandardsder MIPI-KameraplatinenVision Components führt seinen großen

VorsprungbeiMIPI-Kameraplatinen auf überzwei Jahrzehnte Erfahrung in der Entwick-lung und Fertigung von Embedded-Vision-Systemen und der zugehörigen Softwarezurück. VC-MIPI-Kameras zeichnen sichdurch eine hohe Verarbeitungsqualität aus.Die Kameras sind zu 100% in Deutschland

entwickelt und gefertigt. Dankder optimier-ten Konstruktion, die sich in der Serienpro-duktion bei großen Stückzahlen bewährthat, können alle Qualitätsmerkmale einge-halten werden.Die achtlagigen Platinen enthalten vorge-

fertigte BefestigungsbohrungenundPräzisi-onspassungen für Passstifte und lassen sichdaher auch einfachundvor allemwiederhol-bar weiterverarbeiten. Die Sensoren selbstsind in einen Keramik-LGA-Chip eingefasst,der mechanische Stabilität und Präzisiongewährleistet. Für bestmögliche Wärmeab-leitung ist dieser auf einer Kupferfläche mitKantenmetallisierungplatziert. DankdiesemKonzept sinddie Sensoren außerdemextremrauscharm (Bild 1 und 2).Die genormte MIPI-Schnittstelle ermög-

licht Nutzern der Kameraplatinen eine hoheFlexibilität, um genau das System zu erstel-

len, das für ihre Zwecke am besten geeignetist.

Kundenspezifische CarrierBoards und weiteres ZubehörVC-MIPI-Kameramodule könnenmit über

20CPU-Boards verschiedenerHersteller ver-bunden werden, unter anderem mit Boardsder Raspberry Pi Foundationund96Boards,mit denModellenNVIDIATX1undTX2 sowieweiteren Boards mit i.MX6- oder i.MX8-Pro-zessor. Der Hersteller wird das Sortimentweiter ergänzen.Umfangreiches ZubehörwieObjektivhalter, Adapterplatinen, Repeater,Filterscheiben und kundenspezifische Car-rier Boards ist ebenfalls verfügbar (Bild 3).Unter anderembietet VisionComponents dasVC MIPI 96 Adapterboard an, ein CSI-&-Ethernet-Adapterboard, mit dem sich auseinem MIPI-Kameramodul und einem96Board ganz einfach eineEmbedded-Kame-ra erstellen lässt.

Der MIPI-Schnittstellen-Standard ist weit verbreitetDer UnternehmensverbandMIPI Alliance

setzt sich für die Standardisierung vonSchnittstellen fürMobilgeräte ein. Er hat un-ter anderem die Kameraschnittstelle MIPICSI-2 definiert. Alle Kamerasensoren undProzessor-Chips, die diese Spezifikation er-füllen, sind kompatibel. Kameras inHandysund Tablets sind typischerweise sehr klein,die Sensoren sindmeist direkt auf dieHaupt-platine gelötet. Deswegenwurde nur die Artder Kommunikation spezifiziert, nicht aberKabel und Stecker. Um den Sprung von Mo-bilgeräten hin zu einem flächendeckendenEinsatz in Embedded-Vision-Geräten zuschaffen, fehlt noch die Spezifikation einesSteckverbinders. VisionComponents hat beider Konzeption seiner Module auf das Ste-ckerkonzept desRaspberry Pi aufgebaut. DerRaspberry Pi istmit über 25Mio. Exemplaren

Bild 3: Externe Blitz- und Triggersignale lassen sich bequem über einzusätzliches Board einbinden.

Bild 2: Schaltbild der VC-MIPI-Kameramodule

Bild:VisionCompo

nents

Bild:VisionCompo

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seit 2012 dermeistverkaufte Ein-platinencomputerweltweit undverfügt über eine leistungsfähi-ge MIPI-CSI-2-Kameraschnitt-stelle (Bild 4). EtlicheNachfol-geprodukte verschiedensterAnbieter – wie die 96BoardsvonLinaro oderNVIDIA Jetson– haben dasselbe Steckerkon-zept, das daher die bestenChancen als zukünftiger Stan-dardhat. Eine bedeutende Zahl vonCarrier Boards und Developer Boards fürEmbeddedComputing verwenden ebenfallsden Raspberry-Pi-Stecker.Neben der ursprünglichen Bauform als

Einplatinencomputer mit einem 15-poligenMIPI-Stecker bietet die Raspberry Pi Foun-dation auch eine Steckkarte (ComputeMod-ule) unddie abgespeckteVarianteRaspberryPi Zero, die beide 22-polige MIPI-Steckerhaben.Die 15- und 22-poligenSteckervarian-ten sind kompatibel: Es ist möglich, mit ei-nem einfachen Flexprint-Kabel die Umset-zung vonder einenauf die andereAnschluss-variante zu realisieren. Zwei der 22 Pins hatVisionComponents als Trigger-EingangundBlitzausgang definiert, natürlich ohne dieFunktion der Host-Systeme zu beeinträchti-gen. Der Trigger-Eingang ermöglicht außerVideo-Streams auch Einzelaufnahmen. AlleEinstellungen können für jedes Bild ange-passtwerden:Verschlusszeit, Gain, Bildgrö-ße und -lage und Binning. Dadurch lassensich sehr schnelle Vorgänge erfassen undsynchronisieren.

Geschirmtes Kabel für hoheDatenratenUm Kamera und Mainboard optimal zu

verbinden, hatVisionComponents selbst einneuesDesign in Formeiner geschirmten fle-xiblen Leiterplatte entwickelt. Hier hatteRaspberry Pi die Nachteile seines unge-schirmten Kabels durch eine stark vermin-derte Übertragungsrate kompensiert. DieKabellösung vonVisionComponents ermög-licht eine störungsfreie MIPI-Übertragungund bietet eine große Bandbreite. Die flexi-ble Leiterplattemit einseitiger Referenz- undSchirmlage enthält 100-Ω-differenzielle Lei-terbahnpaare. DieVC-MIPI-Kameraswerdenstandardmäßig mit einem 200-mm-Flex-

print-Kabel ausgeliefert. Es gibt davon Vari-anten für 15-polige Stecker (zwei Lanes) und22-polige Stecker (vier Lanes). Diese Konfi-guration erlaubt es, die hohenÜbertragungs-geschwindigkeiten, die derMIPI-CSI-2-Stan-dard ermöglicht, voll auszunutzen.Diemeis-ten Prozessoren können 1,5 GBit/s pro Laneverarbeiten. Das bedeutet bei vier Lanes ty-pische Übertragungsraten von 6 GBit/s be-ziehungsweise bei 10Bit Pixelauflösung600MByte/s,wasdieGeschwindigkeit einerUSB-3-Kamera um den Faktor 2 übertrifft.

Treibersoftware, etwa fürRaspberry PiPeripheriehardware ist erst dann einfach

zu nutzen, wenn diese durch eine gut funk-tionierendeTreibersoftwareunterstütztwird.Für Linux ist zudem auch noch der Device-tree wichtig, der unterschiedliche Gegeben-heiten der Hardware abbildet. Für die MIPI-Module gibt es derzeit von Vision Compo-nents stabile Frameworks für denRaspberryPi 3 B+ und für das Compute Module 3. Trei-ber für NVIDIA Jetson TX2 und Jetson nanosowie für Snapdragon410 sind inArbeit undwerden noch im Sommer 2019 verfügbarsein.Treiber für weitere Plattformen sollen im

Laufe der Zeit je nach Bedarf zur Verfügunggestelltwerden.Derzeit unterstützendieVC-MIPI-Kameras ausschließlich das Betriebs-system Linux, denn dieses hat sich in derPraxis der vergangenen Jahre als führendbeiProdukten für EmbeddedVisionherauskris-tallisiert. // MK

Vision Components

„Peripheriehardware ist erst dann einfach zu nutzen,wenn diese durch eine gut funktionierende

Treibersoftware unterstützt wird.“Miriam Schreiber, Vision Components

Bild 4: Raspberry Pi, hier Modell 3 B+, bietet eineKameraschnittstelle MIPI CSI-2 (rot umrandet).

Bild: Raspberrypi.org

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GEHÄUSE & SCHRÄNKE // SCHALTSCHRÄNKE


F-Gase-Verordnung in der Praxis:Richtlinien einhalten und sparen

Die F-Gase-Verordnung verbietet ab 2020 Kälte- und Klimaanlagenund regelt Prüfungen und Instandhaltung neu. Der Artikel zeigt, welcheKühlgeräte und Chiller im Schaltanlagenbau noch einsetzbar sind.

JUDITH KOETZSCH UND PETRA BORN *

* Judith Koetzsch... ist Leiterin Business Development bei RittalService International in Herborn.* Petra Born... ist freie Fachjournalistin in Frankfurt am Main.

Anwender und Betreiber kältetechni-scher Anlagen müssen fluorierteTreibhausgase verringern.Diese sind

als Kältemittel unter anderem in Kälte- undKlimaanlagen im Einsatz. Künftig müssenEmissionen dieser klimaschädlichen Stoffereduziertwerden, umdie globale Erwärmungzu verringern. Das erfolgt entweder durchgezielte Substitution oder den Einsatz alter-nativer Technologien.

Die EU-VerordnungNr. 517/2014 über fluo-rierte Treibhausgase (abgekürzt: F-Gase-Verordnung), die seit dem1. Januar 2015 gilt,soll einen Beitrag dazu leisten, Emissionenaus Industriebetriebenbis zum Jahr 2030um70%gegenüber 1990 zu reduzieren. Konkretsollen die Emissionen fluorierter Treibhaus-gase (F-Gase) in der EU um 70 Mio. t CO2-Äquivalent auf 35 Mio. t CO2-Äquivalent bis2030 sinken.Aus dieser Verordnung ergeben sich ab

dem1. Januar 2020Verwendungsverbote vonKälte- undKlimaanlagen sowieNeuregelun-gen und Ergänzungen für deren Wartung,Instandhaltung, Dichtheitsprüfungen, Zer-tifizierung, EntsorgungundKennzeichnung.

Verwendungsverbote für F-Gase und Ver-bote des Inverkehrbringens von Erzeugnis-sen, die F-Gase enthalten, sorgen für Unsi-cherheit: Kunden aus dem weltweiten Steu-erungs-, Schaltanlagen- undMaschinenbaustehenaktuell vor der Frage,welcheKühlge-räte und Chiller ab 2020 noch einsetzbarsind.Produktionswerke, Instandhalter und

Energiemanager können sich darauf verlas-sen, dassRittal seineKlimalösungenF-Gase-Verordnung-konform konzipiert und derAnwender keine weiteren Maßnahmen er-greifen muss. Das Unternehmen steht alsService-Partner allen Anwendern von Kühl-geräten – auch Nichtkunden – praktischberatend zur Seite: Die Service-Mitarbeiterermitteln den Ist-Zustand einer Anlage, be-rechnen ihre Effizienz, leiten eine Hand-lungsempfehlung ab und bestimmen Ein-sparpotenziale. Auch der Aufbau und Inbe-triebnahme einer neuen Anlage samt War-tungsvertrag gehören zum Service-Umfang,mit denen der Anbieter hilft, die Hürden derVerordnungenundEffizienzvorgabenvorOrtbeim Kunden zumeistern.

Der Blick liegt auf demGWP-WertDie Schaltschrank-Kühlgeräte undChiller

aus Herborn sind auch nach 2020 weiterhinzugelassen, da siemit einemhermetisch ge-schlossenenKältekreislauf arbeiten und dieverwendeten Kältemittel R134a, R410a undR407c einenGWP-Wert (GlobalWarmingPo-tential) kleiner als 2500 haben. Kältemittelmit einemGWPgrößer als 2500 sind ab dem1.1.2020 verboten.Für den Einsatz anderer, weniger treib-

hausschädlicher Kältemittel gibt es wedereine „One-size-fits-all-Lösung“noch einAll-gemeinrezept. Vielmehrmuss bei der SuchenachStoffalternativen zuHFKWundHFCKW(teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasser-stoffe) bei konkretenAnwendungenalle auf-tretenden Emissionen der tatsächlichen

Alles im Blick: Ein Mitarbeiter vom Rittal Werkskundendienst checkt die aktuellen Effizienzwerte der RittalBlue e+ Kühlgeräte bei Voith Turbo in Heidenheim.

Bilder:Rittal

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Anlagennutzung betrachtet werden. Zu be-achten ist: Klimafreundliche Alternativenmüssen hinreichend energieeffizient sein,damit die Reduzierung der direkten Emissi-onen aus den Alternativen zu HFKW undHFCKW nicht durch höhere indirekte Emis-sionen aus demEnergieverbrauch ad absur-dum geführt wird.Wie zukunftsfähig Kühlgeräte sind, hängt

unter anderemvomeingesetztenKältemittelab. Alle Schaltschrank-Kühlgeräte undChil-ler ausHerborn sind als hermetisch geschlos-sen gekennzeichnete Einrichtungen mit ei-ner Menge von weniger als zehn TonnenCO2-Äquivalent und müssen keiner Dicht-heitskontrolle unterzogenwerden. Füllmen-gen, GWP-Werte und CO2-äquivalente Anga-ben sind auf den jeweiligen Typenschildernsowie bei den Produktbeschreibungen aufder Website des Unternehmens ersichtlich.

Der F-Gase-Rechner liefertCO2-ÄquivalentMit Inkrafttreten der F-Gase-Verordnung

Nr. 517/2014 sind Betreiber kältetechnischerAnlagen mit einer definierten Menge Kälte-mittel zu regelmäßigen Dichtigkeitsprüfun-gen verpflichtet. Inwieweit eine bestehendeAnlage von Konsequenzen aus der F-Gase-Verordnung betroffen ist, können Betreibermit demF-Gase-Rechner desUnternehmensermitteln:DasOnline-Tool errechnet auf Ba-sis des GWP-Wertes und der Füllmenge desimEinsatz befindlichenKältemittels das ent-sprechendeCO2-Äquivalent. Dieses CO2-Äqui-valent bestimmt, welche Maßnahmen derAnlagenbetreiber ergreifen muss, um dieVorgaben der Verordnung zu erfüllen.So funktioniert der F-Gase-Rechner: Über

www.rittal.de/f-gase werden alle Anlagen-parameter gemäßAnlagentypenschild sowiedie Art des Kältemittels und die Füllmenge

pro Kreislauf eingegeben – Ergebnis ist dasCO2-Äquivalent der Anlage. Zusätzlich wer-den die Zulässigkeit einer Kältemittelnach-füllung sowie konkrete Empfehlungen fürden Betrieb der aktuellen Anlage angezeigt.Betreiber von Schaltschrank-Kühlgeräten

müssen die Geräte regelmäßig professionellwarten lassen. Denn nur eine zuverlässigarbeitende Schaltschrank-Klimatisierungschützt die Anlageninvestition und stellt si-cher, dass elektronischeBauteile nicht über-hitzen und die Prozesse unterbrechungsfreiund sicher ablaufen.

Regelmäßige Inspektionen undDichtheitskontrollenDurch die regelmäßige Überprüfung und

Wartung bestehender Anlagen mit F-Gasensowie der RückgewinnungderGase amEndeder Lebensdauer der Anlage werden zudemEmissionen vermieden.Eine unbeabsichtigte Freisetzung von F-

Gasen (Leckage) muss vom Betreiber von F-Gas-Anlagen durch Vorkehrungen und alletechnisch und wirtschaftlich durchführba-renMaßnahmenverhindert undauf einMin-

Standardmäßige undmodifizierte Gehäuse ausAluminium-Druckguss,Metall oder Kunststoff.

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destmaß begrenzt werden. Entdeckt derBetreiber eine Leckagemuss er unverzüglicheine Reparatur sicherstellen.DieAnzahl der nötigenDichtheitskontrol-

len hängt von der Kältemittelfüllung derAnlage ab. Bei einer CO2-äquivalenten Füll-menge vonmehr als 10 t bietet dasUnterneh-menausHerborn entsprechendeWartungenundDichtheitskontrollen an.Andieser Stel-le sei noch einmal darauf hingewiesen, dassnur zertifiziertes Fachpersonal Dichtheits-prüfungen durchführen darf.Die Service-Mitarbeiter sind nach der F-

Gase-VerordnungNr. 267/2014 zertifiziert undsomit zugelassen, die notwendigenKontrol-lendurchzuführen. Kombiniertwerdenkön-nendie regelmäßigenDichtigkeitsprüfungenmit Inspektionen undWartungen.Eine solche Wartung wird nach pro-

duktspezifischen Checklisten durchgeführtund umfasst u.a. die Sichtprüfung und Be-urteilung des Allgemeinzustandes, eineGrundreinigung, die Messung und Doku-mentation der systemseitigenAnlagenpara-meter, die Überprüfung von Ventilatoren,Luftführung und Einstellparametern, die

Bild 1: Über eine NFC-Anbindungen (NearField Communication)lassen sich die wich-tigsten Daten mit einemSmartphone über-tragen, um mit einerSmartphone-App Set-up-Daten an eine ganzeReihe von Kühlgerätenzu übertragen.

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Protokollierung der Wartung sowie die Zu-standsbewertung der Installation.Sämtliche Dienstleistungen gibt es auch

imRahmenvonServiceverträgen.DerKundeprofitiert von transparenten Kosten, Ersatz-teilverfügbarkeit, 24/7 Erreichbarkeit, Garan-tieverlängerungen und qualifizierten Ser-vicetechnikern, die innerhalb kürzester Zeitvor Ort sein können.

Sparen und gleichzeitig dieAnlagenverfügbarkeit steigernDer Zustand von Kühlgeräten ohne regel-

mäßigeWartung ist vonWerk zuWerkunter-schiedlichund stark vondenUmgebungsbe-dingungen abhängig. Bei hoher Verschmut-zung sinkt die Maschinenverfügbarkeitdurch deutlich reduzierte Nutzkühlleistungder Schaltschrankkühlgeräte und Zunahmedes Energieverbrauchs.DerWerkskundendienst unterstützt Anla-

genbetreiber vor Ort zuverlässig bei der Ein-haltung der gesetzlichen Vorschriften undbei der regelmäßigenÜberprüfungderGerä-te: Neben der Bewertung des Ist-ZustandsundErhebungaller Betriebsparameter erhältder Kunde zusätzlich eine Effizienzanalysemit konkreter Berechnung von Energiever-brauchundEinsparpotenzialen als Entschei-dungsgrundlage. In vielen Fällen lohnt sichder Austausch von Altgeräten gegen aktuel-le Technologien – mit denen Verordnungs-vorschriftenundEffizienzvorgabenauf jedenFall eingehalten werden.Zusätzlich könnenAnlagenbetreiber beim

Ersetzen von Altgeräten durch effizientereTechnologien von der Beantragung von För-dermitteln profitieren. Mit der NationalenKlimaschutzinitiative (NKI) fördert und ini-

tiiert dasBundesumweltministeriumKlima-schutzprojekte in ganz Deutschland.Ein Beitrag zur Erreichung der Klima-

schutzziele ist die Steigerung der Energieef-fizienz, Minderung des Kältebedarfs sowiedieReduktionder Emission fluorierter Treib-hausgase im Bereich Kälte- und Klimatech-nik. Es werden Fördermittel zur Verfügunggestellt, umBetreiber vonAnlagenhinsicht-lich Effizienz und Treibhausgasminderungzu unterstützen.Welche Geräte und welche Maßnahmen

konkret gefördert werden, wird individuellerhoben und geprüft. Die Förderhöhe be-rechnet sichproGerät aus derKälteleistung,der Art der Kälteanlage, deren Anwendung,der Energieverbrauchsreduzierung und derCO2-Einsparung.Ein für die Antragstellung von Fördergel-

dern spezialisiertes Unternehmen unter-stützt Anlagenbetreiber bei allen notwendi-gen Schritten und prüft, ob für dieselbe In-vestitionsmaßnahme eine Kumulierungmitweiteren Förderprogrammenmöglich ist.

Der Technologiekonzern Voith in Heiden-heim hat den Service- und Effizienz-Checkvon Rittal in Anspruch genommen und einbemerkenswertes Einsparpotenzial erzielt.

F-Gase-Verordnung:Zwei Beispiele aus der PraxisMitarbeiter desWerkskundendienstes ha-

ben sich im Voith-Werk jede Werkzeugma-schine und deren Schaltschrankklimatisie-rung angesehen; bei 50 verschiedenen Ma-schinen werden deren Schaltschränke kli-matisiert.Ergebnis ist eineumfangreicheDokumen-

tation über den Zustand der Schaltschrank-klimatisierung bei jeder untersuchten Ma-schine sowie eine Empfehlung, ob ein Aus-tausch des Kühlgerätes sinnvoll ist, welchesGerät geeignet undwiehochdie Energieein-sparung im Falle eines Austauschs ist. Imkonkreten Fall wurde der Kühlgeräteaus-tausch an 21 Werkzeugmaschinen empfoh-len. Mit Geräten der Serie Blue e oder Bluee+ lassen sich gut 70%der bisher verbrauch-ten Energie einsparen. Die Umrüstung aufenergieeffizientere Kühlgeräte macht sichhier schon nach gut zwei Jahren bezahlt.Auch im Kölner Ford-Werk konnten be-

achtliche Effizienzverbesserungen aufge-zeigt werden: durch den Austausch von 150KühlgerätendurchBlue eundBlue e+ lassensich in Köln bei einer Nutzungsdauer vonzehn Jahren eineEnergieersparnis vonmehrals 552.000 Euro und gut 276 t CO2 erzielen.Nach Abzug der Investitionssumme ergabsich eineAmortisationszeit vonnur 2,42 Jah-ren – entscheidende Argumente für Forddafür, Rittal auch in denWerken in Englandund den USA Analysen durchführen zu las-sen.Mit demErgebnis, auchhier die energie-effizienterenBlue e+Kühlgeräte zu installie-ren – nicht zuletzt alsMittel dafür, demKos-tendruck in der Automobilindustrie zu be-gegnen. // KR

Rittal

Bild 2: Der Rittal F-Gase-Rechner ermittelt auf Basis des GWP-Wertes (GWP= Global Warming Potential)und der Füllmenge des im Einsatz befindlichen Kältemittels das entsprechende CO2-Äquivalent. Diesesbestimmt, welche Maßnahmen Betreiber zur Erfüllung der F-Gase-Verordnung durchführen müssen.

PRAXISWERT

F-Gase-Verordnung kurz gefasstDas (relative) Treibhauspotenzial GWPgibt an, wieviel eine festgelegte Mengeeines Treibhausgases zum Treibhausef-fekt beiträgt; als Vergleichswert (Äqui-valent) dient Kohlendioxid (CO2). DerGWP-Wert beschreibt die mittlere Erwär-mungswirkung über einen bestimmtenZeitraum. Die CO2-äquivalente Menge istdas Produkt aus absoluter Menge desHFKW (teilfluorierter Kohlenwasserstoff)und dem jeweiligen GWP des HFKW.Im Fokus der EU-Verordnung steht dieschrittweise Begrenzung der F-Gase-

Mengen zumSchutz der Umwelt. Indust-rie, Anlagenbetreiber und Endanwendermüssen also sukzessive auf Kältemittelmit niedrigerem GWP-Wert umsteigen.Zur Umsetzung dieser schrittweisenBeschränkung (Phase-Down) begrenztdie Europäische Kommission die HFKW-Mengen, die in der EU in Verkehr ge-bracht werden dürfen. Das heißt, dassfür alle Unternehmen, die HFKW herstel-len oder einführen, festgelegt ist, wie-viel dieser Stoffe sie in der EU in Verkehrbringen dürfen.

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GEHÄUSE & SCHRÄNKE // SCHALTSCHRANK


Flexible Gerätemontageauf dem Verdrahtungsrahmen

LÜTZE ergänzt mit der Last- und einschwenkbaren Gleitmutterdas Gleitmuttersortiment für die individuelle und flexible Befestigung

von Komponenten auf den AirSTREAM-Stegmodulen.

Durch den Einsatz von Gleitmutternkönnen AirSTREAM-Stegmodule je-derzeit flexibel umgebaut und über-

baut werden. Die Gleitmuttern werden imGleitmutterkanal der Stegmodule eingesetzt.Die Komponenten, die nicht direkt auf dieHutschiene aufgeschnapptwerden können,werden indieGleitmutterkanäle geschraubt.Mit Hilfe eines Gleitmutterkäfigs werden

dieGleitmuttern indenKanal eingeführt undan der gewünschten Position fixiert, somitwird einHerausrutschenderGleitmutter ver-hindert. Eine senkrechte Anwendung istebenfallsmöglich.Werden zweiGleitmutternander entsprechendenStelle platziert, kanndie Komponente oder der Rangiersteg aufden Modulen direkt angebracht und indivi-duell platziert werden.Die einschwenkbareGleitmutter in Trapez-

form ist 13 mm x 10 mm x 5 mm (Breite xHöhe x Tiefe) groß und kann an jeder belie-bigen Stelle ohne zusätzlichen Käfig in dasProfil eingesetztwerden.Dies ist vorteilhaft,wennKomponentenoderRangierstegenach-träglich angebracht werden sollen und derVerdrahtungsrahmen rechts und links be-

reits bestückt ist. Ein seitliches EinführenderGleitmutter in den Kanal ist nicht mehr not-wendig, ebenso wenig eine mechanischeBearbeitung.Die Sondergleitmutter GLS in Hutform

kann bei Montagestegen (MS/MA) und Ran-gierstegen (RG 035) verwendet werden, um

eine glatteOberfläche zu erzeugen. FürKom-ponenten, die direkt in den AirSTREAM-Verdrahtungsrahmen geschraubt werden,wird dadurch ein Verformen des Befesti-gungsbleches oder das Brechen des Kunst-stofffußes verhindert.Die Lastgleitmutter ist 25mm lang, 13mm

breit und 4mm tief. Da sie eine breite Aufla-gefläche besitzt, ist sie für zum Befestigenvon schweren Komponenten geeignet.Alle Gleitmuttern sind aus Stahl gefertigt

und haben eine verzinkte Oberfläche. Siesind in Verpackungseinheiten von zehnStück ab Lager erhältlich. // KR

LÜTZE

Bild 1: Einschwenkbare Gleitmutter in Trapezform.

Bilder:Lütze

AirSTREAM auf den Punkt gebrachtMit demVerdrahtungssystem AirSTREAMbietet Lütze ein kompatibles System zuallen gängigen Schaltschranksystemenan. Der zentrale Vorteil besteht in derVerbesserung der Wärmeverteilung imSchaltschrank. Durch das System wer-den nicht nur Hotspots unterbunden unddas Klima im Schrank homogenisiert. Essind darüber hinaus laut Hersteller Ener-gieeinsparungen bei der Schaltschrank-kühlung bis zu 23% möglich.Die Schaltschrankklimatisierung erfolgtüber eine intelligente Luftführung. DerVerdrahtungsrahmen ermöglicht mit so-genannten AirBLADES ein zielgenauesFühren der Luftströme im Schaltschrank

und eine optimierte Luftzirkulation imSchrankinneren. Mit dem AirBLOWERwerden die Luftschichten im Schalt-schrank homogenisiert, so erreicht maneine optimale Entwärmung.Zusätzlich haben die Ingenieure ausWeinstadt für die Schaltschrankplanungund Wärmesimulation Werkzeuge, Soft-ware-Tools und intelligentes Zubehörentwickelt. So lassen sich beispielswei-se mit dem Wärmeanalysetool AirTEMPthermische Probleme und überhitzteBauteile auf der Grundlage von Verdrah-tungsart, Geräteverteilung und Gerätea-nordnung sowie Kühlungsart bereits imVorfeld erkennen.

Bild 2: Flexible Gerätemontage mit der Hutschie-nengleitmutter auf dem AirSTREAM-Rahmen.

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GEHÄUSE & SCHRÄNKE // 19-ZOLL-TECHNIK


Aufbausysteme: Was verbirgtsich hinter dem Begriff „19 Zoll“?

Der erste Teil unserer Serie zu den Basics von Aufbausystemenbeschäftigt sich mit der 19-Zoll-Technik. Wir skizzieren die NormIEC 60297-3 und erläutern den Aufbau von 19-Zoll-Systemen.

STEPHAN LENG *

* Stephan Leng... arbeitet als Produktmanager imGeschäftsbereich Elektronik bei derHEITEC AG in Eckental.

Der Begriff „Zoll“ kommt vermutlichaus dem Mittelhochdeutschen undstand im Laufe der Geschichte für

mehrere, aus heutiger Sicht meist recht un-genaue Längenbezeichnungen: eine könig-liche Daumenbreite, der zwölfte Teil einesFußes oder auch drei hintereinandergelegteGerstenkörner. Der englische Begriff „inch“leitet sich ausdemLateinischenher (lat. un-cia = ein Zwölftel).Als man die Möglichkeit hatte, exakt zu

messen, änderten sich diese „Daumenma-ße“. Heute ist „Zoll“ eigentlich nur noch inwenigen Bereichen gebräuchlich, vorrangig

als Maß für die Bildschirmdiagonale und –das ist vielleicht gar nicht so bekannt – umdie Breite und Länge unserer Jeans zu defi-nieren.

Ursprünge des „Zollmaß“in der TechnikIn fast allen technischenBereichenhinge-

gen hat sich die sogenannte 19-Zoll-Technikdurchgesetzt. Nicht nur bei Serverschränkenin der IT, sondern auch auf vielen anderenGebietenwieMedizin- oderVerkehrstechnik,Übertragungs-, Veranstaltungs- und Show-technik oder Industrial Control – um nureinige zu nennen.DerVersuch, die tatsächlichenUrsprünge

dieses technischenBegriffs herauszufinden,gestaltet sich allerdings schwierig.HatGeorgeWestinghousedie 19-Zoll-Tech-

nik in den USA der 1890-er Jahre für die

Bahntechnik erfunden? Die durchschnittli-cheBreite einermännlichenSchulter beträgt18 Zoll.Mankönnte vermuten, dass ein Tech-niker in einem 19-Zoll-System gut arbeitenkann.Oder beschrieb 19 Zoll einMaß, das gerade

noch durch die Luke eines U-Bootes passte?Habendie damaligenTelefonzentralendamitzu tun – die Breite der Rackswar für die Ver-mittlungstätigkeit gerade noch bedienbar?Relativ gesichert ist, dass bereits 1934 eine

Norm (ASA C 83.9) für die Bahntechnik eta-bliert wurde. Die EIA (Electronic IndustriesAlliance) standardisierte 1965 die 19-Zoll-Technik (EIA 310-D), bis in den 1980-er Jah-ren die heute immer noch gültige Normen-reihe IEC 60297 entstand. Diese Norm legtdenmechanischenAufbauvonLeiterplatten,Baugruppenträgern und Racks in 19-Zoll-Bauweise mittels Spezifikationen fest.

Bilder:H

eitec

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19-Zoll-Systeme: Ein-bauräume für Baugrup-penträger und Steck-baugruppen werdenüber HE (Höheneinheit)und TE (Teilungseinheit)beschrieben.

Die Norm IEC 60297-3: derAufbau eines 19-Zoll-SystemsDer Begriff 19-Zoll-Technik leitet sich von

dermit 482,6mmdefinierten Frontbreite ei-nes Baugruppenträgers beziehungsweiseeiner Systemfrontplatte her, die genau 19 Zollentspricht (1 Zoll bzw. Inch beträgt 25,4mm,siehe Bild 2).Die grundlegendeNorm ist aktuell die IEC

60297-3, in der der Aufbau des 19-Zoll-Sys-tems in verschiedenenTeildokumenten sehrausführlich festgelegt und beschrieben ist.

Die Norm unterteilt sozusagen das Kom-plettsystem inmehrere Ebenenunddefiniertdie jeweilig relevanten mechanischenSchnittstellen zwischendiesen (Bild 1).Mög-liche Einbauräume für Baugruppenträgerund Steckbaugruppen werden über soge-nannteHE (Höheneinheit) undTE (Teilungs-einheit) beschrieben.Dies geschieht auch über ein virtuelles

Raster dieser Einheiten, das die möglichenEinbauräume für Baugruppenträger undSteckbaugruppen definiert. HE sind hierbeiHöheneinheiten, die den Einbauraum eines19-Zoll-Schrankes in vertikaleAbschnitte von44,45 mm aufteilen (1,75 Zoll), Bild 2.Die horizontale Teilungseinheitenwerden

mit TE bezeichnet und unterteilen den Ein-bauraum in einem Baugruppenträger in einRaster von 5,08 mm (1/5 Zoll).Nachdieser Regel hat ein Baugruppenträ-

ger typischerweise einen zur Verfügung ste-henden Einbauraum für Steckbaugruppenvon 84 TE (Bild 2).Ziel dieser Normung ist es, eine problem-

lose Kombinier- und Austauschbarkeit ein-zelnerModule undKomponenten innerhalbder jeweiligen Ebenen zu gewährleisten.Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dassBauteile der unterschiedlichsten Herstellerzum Einsatz kommen können.

Das Ebenen-Modell in derAufbautechnikEbene 1, die Leiterplatte:Die genauenAb-

messungen einer Leiterplatte werden in derNorm IEC 60297-3-101 beschrieben und kor-respondieren mit dem sogenannten „Euro-pakartenformat“. Dieses Format, das in den

Bild 1: Ebenen des 19-Zoll-Aufbausystems gemäß IEC 60297.

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1970-er Jahren inEuropadefiniertwurde, hatsich seither als Standard etabliert.Die Höhe des jeweiligen Boards beginnt

abgestimmt auf einenBaugruppenträger fürein Einbaumaß von 3 HE mit 100 mm underweitert sich jeweils umdasVielfache einerHöheneinheit von 44,45 auf 233,35 mm bei6 HE und 366,70 mm bei 9 HE.Dies erklärt auch die Tatsache, dass eine

Leiterplatte, die imSprachgebrauchmit 3HEbezeichnetwird, inWirklichkeit jedochnicht3HE (133,35mm)hoch ist, sondern ebennur100mm.Die Board-Tiefe wird gemäß der Norm in

Abmessungen von 160 mm, 220 mm oder280 mm unterteilt, wobei die Tiefe von160mm am häufigsten vorkommt.Die Standardmaterialstärke der Leiterplat-

te beträgt 1,6 mm, kann aber auch – je nachEinzelfall – 2 mm oder mehr betragen.

Maße für die Steckbaugruppeund FrontplatteEbene2, die Baugruppe: In der IEC 60297-

3-101 werden auch die Abmessungen derkompletten Steckbaugruppemit einer dazu-gehörigen Frontplatte sowie deren Ver-schraubungspunkte im Baugruppenträgerdefiniert.Die Breitenschritte der Frontplattenbewe-

gen sich entsprechenddem inderNormspe-zifizierten TE-Raster in Abständen von 5,08mm.Amhäufigsten zu finden sindBaugrup-pen mit einem Einbaumaß von 4 TE. Auchhier gilt,was oben für die Leiterplatte gesagtwurde: eineBaugruppe für 4 TEEinbauraumist immer etwas kleiner als 4 x 5,08 mm.Ebene 3, der Baugruppenträger:Die Brei-

te der Baugruppenträgerfrontwird inderDIN

EN 60297-3-101mit 482,6mm festgelegt, was–wie obenbereits ausgeführt –umgerechnet19 Zoll entspricht.

Bild 2: Die wichtigsten Abmessungen eines 19-Zoll-Aufbausystems.

PRAXISWERT

19-Zoll-Technik aufden Punkt gebrachtDer Aufbau eines 19-Zoll-Systems istin der Norm IEC 60297-3 beschrie-ben. Dabei hat ein Gestell (Rack) fürElektronikgeräte eine genormte Brei-te von 19 Zoll (482,6 mm). Die Ein-schübe (z.B. Baugruppenträger oderSteckbaugruppen), die sich im Rackmontieren lassen, haben eine Front-platten-Breite von 482,6 mm. EineHöheneinheit (HE) ist mit 44,45 mm(1,75 Zoll) spezifiziert. Die horizon-tale Teilungseinheit (TE) unterteiltden Einbauraum in einem Baugrup-penträger in ein Raster von 5,08 mm(1/5 Zoll). Ein Baugruppenträger hateinen Einbauraum für Steckbaugrup-pen von 84 TE. Die einzelnen Moduleund Komponenten unterschiedlicherHersteller lassen sich beliebig kom-binieren und austauschen. Ein sym-metrisches Lochraster für die Befesti-gung der Baugruppenträger, das sichin 1-HE-Schritten wiederholt ist durchdie Norm vorgegeben.

Abgeleitet von dem im 19-Zoll-Schrank(siehe Ebene 4) beschriebenen EinbauraumimHE-Raster ist dieHöhe einesBaugruppen-trägers für beispielsweis 3 HE dann immeretwas geringer als 133,35mm (3 x 44,45mm)konzipiert, um eine mühelose Montage imSchrank zu garantieren.Die jeweiligeHöhedesBaugruppenträgers

wird der Höhe der eingesetzten Steckbau-gruppen angepasst. Sehr typische Größensindhierbei 3HE, 6HEoder 9HE (siehe auchEbene 1).

Die Grundmaße eines19-Zoll-SchranksEbene 4, der 19-Zoll-Schrank: Die Grund-

maße des 19-Zoll-Schranks werden in derNorm IEC 60297-3-100 definiert. Der für denBaugruppenträger verfügbare Einbauraumim19-Zoll-Schrankwirddurch einVielfacheseiner Höheneinheit (1 HE) von 44,45mmbe-schrieben.Die lichte Breite des Einbauraumes zwi-

schendenSchrankholmenbeläuft sichhier-bei aufmindestens 450mm(Bild 2), d.h., einBaugruppenträgermuss hinter der Flansch-befestigungsebene immer kleiner als 450mmsein.In der o.g. Normwird zudemauch ein sym-

metrisches Lochraster für dieBefestigungderBaugruppenträger definiert,welches sich in1-HE-Schritten wiederholt (siehe Detail X).

Miniaturisierung und19-Zoll-SystemeWiewir allewissen, geht der Trend inprak-

tisch allen Elektronikanwendungen eher inRichtung Miniaturisierung. So sind außerden hier beschriebenen auch kleinere For-mate denk- und machbar, die jedoch trotz-dem von den Vorzügen der 19-Zoll-Technikprofitieren: der normierten Kompatibilität,der Verfügbarkeit einer großen Anzahl vonunterschiedlichsten Bauteilen der unter-schiedlichstenAnbieter sowie der ausgespro-chenanwenderfreundlichenSkalierbarkeit.Ein beliebiges Gehäuse – sei es 1/2, 1/3, 1

¼ 19-Zoll oder ein sonstiges, individuellesFormat–kann trotzdemaufBasis der 19-Zoll-Technik verwirklicht undmit einementspre-chenden Innenausbauversehenwerden.DieNutzbarkeit eines 19-Zoll-Aufbausystems istalso selbst dann realisierbar, wenn das Sys-tem nicht wirklich 19 Zoll breit ist.Im nächsten Teil dieser Serie geht es dar-

um,wie kompatibel einzelneBauteile inner-halb der beschriebenen vier Ebenen oderüber diese hinweg eigentlich sind. Und wodies eher nicht der Fall ist. // KR

Heitec

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STROMVERSORGUNGEN //WANDLER


Wie Sie zuviel Hitze in optischenÜbertragunssystemen vermeiden

Entwickler von dicht gepackten LWL-Übertragunssystemen könnenaufatmen: Ein verlustarmer Abwärtswandler ermöglicht nun kompakte

und thermisch effiziente Stromversorgungen mit geringem EMI.

TONY ARMSTRONG *

* Tony Armstrong... ist Business Development Directorbei Analog Devices Inc.

Der globaleMarkt für Lichtwellenleiterist groß. Die Schätzungen über dieGesamtgröße variieren, aber es ist

vernünftig zu sagen, dass sie 2019 zwischen4Mrd. und 4,5 Mrd. US-$ liegen werden, beieiner CAGR (CompoundAnnualGrowthRate,

jährliche Wachstumsrate) von fast 10% bis2021. Lichtwellenleiterwerdenüberwiegendin Kommunikationsanwendungenwie Tele-kommunikation,Heimwerker, CATV,Militärund Industrie eingesetzt. Glasfaser hat vieleVorteile gegenüber älterenTechnologienwieKabel: z.B. größere Bandbreite, elektromag-netische Störfestigkeit, geringere Kosten,Größe undGewicht, niedrige Dämpfungsra-ten, elektrische Isolation und Datensicher-heit. Darüber hinaus wird das Wachstumauch durch den Bedarf an Kommunikation

mit höherer Bandbreite,wachsendeChancenimGesundheitswesen sowie staatlicheMittelfür denAufbau einer eigenenNetzinfrastruk-tur gefördert.

Viele Faktoren fördern dasWachstumWennman sich genauer ansieht, was die-

se vielversprechenden Wachstumsprogno-sen antreibt,wirddeutlich, dass es sichnichtnur um einen einzelnen Trend, sondern umeineKombination vonFaktorenhandelt. Da-

Besteht aus mehreren Arrays einzelner LWL-Kabel: ein Glasfaserübertragungssystem.

Bild:©

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zu gehört eine Kombination aus zunehmen-den Investitionen und Forschungsarbeitender großen Glasfaserkabelhersteller derBranche zur EntwicklungundVerbesserungderGlasfasertechnologie. DieGlasfasertech-nologie hat in den letzten Jahrenkontinuier-liche Forschungs- und Entwicklungsaktivi-täten betrieben, was zu ihrer heutigen Be-deutungundder steigendenNachfragenachbreitbandigem Glasfaserkabel für Kommu-nikations- und Datendienste führte. Dazugehören faseroptische Steckverbinder, Sen-soren, faseroptische Breitband- und Glasfa-serkabel.

Breitbandige Anwendungenverändern den MarktGleichzeitig hat diese Nachfrage nach

schnellen, bandbreitenintensiven Anwen-dungen mit hoher Datenrate den globalenGlasfasermarkt verändert. Es wird erwartet,dass der Einsatz von GlasfasernetzwerkendenMarkt fürGlasfaser in dennächsten fünfbis sieben Jahren antreibenwird. EinGlasfa-sersystem besteht typischerweise aus zahl-reichenKomponentenwie Sendern, Empfän-gern und optischen Kabeln. Darüber hinaussind Systeminstallationen arbeitsintensiv,insbesondere wenn sie für Untergrund- undUnterwasserverbindungenvorgesehen sind.Es ist jedoch diese große Bandbreite undVielfalt derAnwendungen, die denglobalenGlasfasermarkt antreibt und damit seinesignifikanteWachstumsrate ermöglicht.

Glasfasermarkt mit vielenSegmentenAllerdingswird diewachsendeNachfrage

nachkostengünstiger, energieeffizienter undhochgradig integrierter Informationstechno-logie in den nächsten Jahren die wichtigsteTriebkraft sein. Der gesamteGlasfasermarktkann in eineVielzahl vonBereichen segmen-tiert werden, darunter Telekommunikation,Öl undGas,Militär undLuft- undRaumfahrt,Eisenbahn,MedizinundandereAnwendun-gen. Dennoch ist es das Segment Telekom-munikation, das in den nächsten Jahrenvoraussichtlich der größte Wachstumsbe-reich sein wird.

Nordamerika und Asien-Pazifikbeherrschen den MarktRegional betrachtet hat die Region Nord-

amerika einenAnteil von rund einemDrittelam globalen Glasfasermarkt, während dieRegionAsien-Pazifikmit zunehmender Stär-ke an zweiter Stelle steht. Ausschlaggebendfür diesesWachstumwaren die gestiegenentechnologischenFortschritte durchdie großangelegte Einführung von IT- und Telekom-

munikationsdienstleistungen sowie derVer-waltungsbereiche.

Herausforderungen bei derEntwicklung von LWL-SystemenGlasfasersysteme bestehen in der Regel

aus einerVielzahl vonLichtwellenleitern, dieauf engstemRaumundpraktisch ohneKühl-kapazität untergebracht sind.DasAufmach-erbild auf der linken Seite veranschaulicht,wie viele dieser LWL-Kabel innerhalb einestypischen Glasfaserübertragungssystemskonfiguriert sind.Darüber hinaus zeigt Bild 1 ein typisches

individuelles LWL-Übertragungsmodul, dasungefähr die Größe einer Packung Kaugum-mi hat.Es ist klar, dass aufgrund der begrenzten

Kühlung indiesendicht gepacktenSystemendieWärmeabfuhr einewichtigeAufgabedesthermischenDesigns ist. In einem typischenRacksystem können bis zu 192 einzelneoptische Übertragungsmodule vorhandensein. Allerdings ist die installierte Lüfterküh-lung innerhalb des Systems nicht immerausreichend, insbesonderewennalleModu-le voll ausgelastet sind. Dementsprechendist es unerlässlich, dass diese optischenMo-dule nicht zu einem signifikanten Anstiegder Betriebstemperatur beitragen, da dasSystem thermischüberlastetwerdenkönnteund sich vorübergehendausschaltenwürde.Dies kann mehrere Stunden Ausfallzeit be-deuten, während der das System reichendabkühlt, um den normalen Betrieb wiederaufzunehmen.Dadie Entwicklungs-Ressourcenaufgrund

der zunehmenden Systemkomplexität und

Bild 1: Beispiel eines eigenständigen LWL-Übertra-gungsmoduls.

Bild:A

nalogDe

vices

verkürztenEntwicklungszyklen immer knap-per werden, liegt der Schwerpunkt auf derEntwicklung des eigentlichen Systemsselbst. Das bedeutet oft, dass die Stromver-sorgung bis spät in den Entwicklungszykluszur Seite gelegtwird.Mitwenig Zeit undviel-leicht begrenzten Ressourcen für die Ent-wicklung von Stromversorgungen bestehtder Druck, eine hocheffiziente Lösung mitdemkleinstmöglichenPlatzbedarf zu entwi-ckeln, die den verfügbaren PCB-Bereich füreine maximale Raum- und Wärmeablei-tungsnutzung nutzt. Dies ist ein großesDilemma, da diese beiden Attribute in derRegel als sich gegenseitig ausschließendan-gesehen werden.

Neuer Compact-IC löst einschwieriges ProblemDie gute Nachricht für Stromversorgungs-

entwickler von dicht gepackten optischenÜbertragungssystemen ist, dass es eineneueLösung gibt, umdiese räumlichen und ther-mischen Einschränkungen gezielt anzuge-hen:Der LTC3310S vonAnalogDevices ist einsehr kleiner, rauscharmer, monolithischerStep-down-DC/DC-Wandler, der bis zu 10 AAusgangsstrom von einer Eingangsversor-gung von 2,25 bis 5,5 V liefern kann. DasBauteil verwendet die Silent-Switcher-2-Ar-chitektur mit internen Hot-Loop-Bypass-Kondensatoren, umsowohl niedrige EMValsauch einen hohenWirkungsgrad bei Schalt-frequenzen bis zu 5 MHz zu erreichen. FürSysteme mit höherem Leistungsbedarf sindmehrphasige Parallelumrichter problemloseinsetzbar. Bis zu vier LTC3310S-Bausteinekönnen parallel betrieben werden, und lie-fern dann einen Ausgangsstrom von bis zu40 A. Zudem besteht keine Gefahr thermi-scher Ungleichgewichte, da die Bausteineden erforderlichenStromautomatisch inner-halb von 1% untereinander aufteilen.

DC/DC-Wandler mit konstanterFrequenz und StromabsenkungDer LTC3310S ist ein DC/DC-Wandler mit

konstanter Frequenz und Stromabsenkung.Ein Oszillator schaltet den internen oberenLeistungsschalter zu Beginn jedes Taktzyk-lus ein. Der Strom in der Drossel steigt, bisder Stromkomparator des oberen Schaltersauslöst und den oberen Leistungsschalterausschaltet. Der Spitzeninduktionsstrom, beidem der obere Schalter abschaltet, wirddurch die Spannung am ITH-Knoten gesteu-ert. Der Fehlerverstärker steuert den ITH-Knoten indem er die Spannung am FB-Pinmit einer internen 500-mV-Referenz ver-gleicht. Wenn der Laststrom ansteigt, be-wirkt dies eine Reduzierung der Rückführ-

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spannung gegenüber der Referenz, die denFehlerverstärker dazu veranlasst, die ITH-Spannung zu erhöhen, bis der durchschnitt-liche Strom durch die Drossel dem neuenLaststromentspricht.Wennder obere Schal-ter ausgeschaltet wird, schaltet sich derSynchron-Leistungsschalter ein, bis dernächste Taktzyklus beginnt oder im Impuls-sprung-Modus der Drosselstrom auf Nullfällt. Wenn Überlastbedingungen zu einemübermäßigen Stromfluss durch denunterenSchalter führen,wird der nächste Taktzyklusverzögert, bis der Schaltstromwieder auf einsicheresNiveau sinkt.Wennder EN-Pinnied-rig ist, wird der LTC3310S abgeschaltet undbefindet sich in einemniedrigenRuhestrom-zustand. Wenn der EN-Pin über seinemSchwellenwert liegt, wird der Schaltregleraktiviert. Das „S“ im LTC3310S bezieht sichauf die Silent-Switcher-Technologyder zwei-ten Generation. Diese Technologie ermög-licht schnelle Schaltflanken für einenhohenWirkungsgrad bei hohen Schaltfrequenzenbei gleichzeitig guter EMV-Performance. Ke-ramische Kondensatoren auf VIN halten alleschnellenWechselstromschleifen klein undverbessern die EMV-Leistung.

Schnelle Reaktion beiminimaler AusgangskapazitätDa der LTC3310S eine Steuerarchitektur

mit konstanter Frequenz und Spitzenstromverwendet, kann er eine schnelle transienteReaktion bei minimaler Ausgangskapazitätbieten.Die 500-mV-Referenz ermöglichtNie-derspannungsausgänge, während ein100%iger Tastverhältnisbetrieb einengerin-genAbfall liefert.WeitereMerkmale sind einPower-Good-Signal, wenn der Ausgang ge-

regelt ist, ein Präzisionsfreigabeschwellen-wert, ein Überspannungsschutz, eine ther-mische Abschaltung, ein Temperaturwäch-ter, eine Taktsynchronisation, eine Modus-auswahl und ein Kurzschlussschutz desAusgangs. DasGerät ist in einemkompakten18-poligen, 3 mm x 3mmmessenden LQFN-Gehäuse erhältlich.

Die Schlüsselattribute desAbwärtswandlers LTC3310SDer LTC3310S ist eine kleine und kompak-

te Lösung mit minimalen externen Kompo-nenten, wie in seinem Schaltplan in Bild 2dargestellt. Der LTC3310S verwendet einePWM-Architektur mit konstanter Frequenz.Es gibt drei Möglichkeiten, die Schaltfre-quenz einzustellen. Das erste Verfahren istmit einemWiderstand (RT), der vom RT-Pin

andieMasse angeschlossen ist. Die Frequenzkann so programmiert werden, dass sie von500 kHz auf 5 MHz umschaltet. Das zweiteVerfahren zumEinstellender Schaltfrequenzdes LTC3310S ist durch das Synchronisierender internen PLL-Schaltung mit einer exter-nen Frequenz möglich, die auf den MODE/SYNC-Pin angewendet wird. Der Synchroni-sationsfrequenzbereich beträgt 0,5 bis2,25MHz.Die dritteMethode zur Einstellungder Schaltfrequenz des LTC3310S bestehtdarin, den internen nominalen 2-MHz-Stan-dardtakt zu verwenden.Darüber hinaus beeinträchtigt der Betrieb

mit hoher Schaltfrequenz nicht den Wir-kungsgraddes LTC3310S,wasdieWärmeab-fuhr negativ beeinflussenkönnte. Betrachtetman Bild 3, so beträgt der Wirkungsgrad90%,wennmanvoneinem3,3-V-Eingangaufeinen 1,2-V-Ausgang in der Nähe seines vol-len Nennstroms von 10 A wandelt.

Keine Kompromisse dankLTC3310SDie Entwicklung der optimalen Wandler-

schaltung für optischeÜbertragungssystemeist selbst für einen erfahrenenSchaltnetzteil-entwickler keine leichte Aufgabe. Oftmalsmuss der Entwickler den Kompromiss zwi-schenPlatzbedarf, elektromagnetischerVer-träglichkeit und Verlustleistung eingehen,einfach weil es nicht möglich war, alle dreizu optimieren.Dank LTC3310S können jedoch alle diese

wichtigen Attribute in einem einzigen IC re-alisiert werden. Dies ermöglicht eine kom-pakte und thermisch effiziente Lösung mitgeringemEMI, sodass dieDatenübertragungnicht beeinträchtigt wird. // TK

Analog Devices

Bild 2: Kompletter Schaltplan des LTC3310S mit minimalen externen Komponenten.

Bild 3: Verlustleis-tung des LTC3310Sim Vergleich zumWandlerwirkungs-grad.

Bild:A

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Bild:A

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Elektronikentwicklung praxisnah

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Infineon hat den LED-Treiber-ICILD8150/E mit Hybrid-Dimm-technologie vorgestellt, die biszu 0,5% des Sollstroms erlaubt.Der Treiber-IC ist ausgelegt füreineVersorgungsspannung zwi-schen 8und80VDC. Damit bieteter eine hohe Sicherheitsmargefür Anwendungen, die in derNähe von sicheren Kleinspan-nungsgrenzen (SELV) arbeiten.Der Treiber-IC eignet sich fürLED-Beleuchtungen mit hohen

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80-Volt-Treiber für LEDsAnforderungen ans Dimmen.Der ILD8150/E bietet eine tiefeDimmleistung ohne Flackernund verhindert hörbares Rau-schen. EinPWM-Eingangssignalzwischen 250 Hz und 20 kHzsteuert denLED-Strom imanalo-gen Dimmausgangsmodus von100% bis 12,5%. Im Hybrid-Dimmmodus von 12,5%bis 0,5%geschieht diesmit einer flimmer-freien Modulationsfrequenzvon 3,4 kHz. Die digitale PWM-Dimmerkennungmit hoher Auf-lösung und die Abschaltung beiniedriger Leistung passen auchzum Betrieb mit einem Mikro-controller. Das Bauteil verfügtzudem über eine Dim-to-Off-Funktion und einen Pull-Down-Transistor.

Infineon

Um den anwendungstechni-schen Anforderungen des DC/DC-Wandler-Marktes für nichtisolierte, flache Steckbaugrup-pen gerecht zu werden, hatEmtron electronic die Modelleder NID-Serie ins Programm ge-nommen.MeanWell hat ihre seitzehn Jahren auf dem Markt be-findliche NID30/60-Serie neukonzipiert sowie die nächsteGe-neration der NID35/65-Modelle(35 W/65 W) eingeführt und die

DC/DC-WANDLER

Nicht isoliert mit hoher LeistungProduktfamilie um die 100-W-NID100-Modelle erweitert. Da-mitwirdMeanWell denAnforde-rungen nach höherer Leistungundhöherer Betriebstemperaturgerecht. NID35/65/100/ sindPin-zu-Pin-kompatibelmitNID30/60,was ein nahtloses Upgrade er-möglicht. Die Hauptmerkmalesind: ein weiter Eingangsspan-nungsbereich zumAnschluss andie in Systemen übliche Bus-spannung von 24 VDC/48 VDC so-wie ein Betriebstemperatur-bereich von –30 bis 85 °C mitKonvektionskühlung. Zudemkönnen sie die Anforderungendes EMV-Standards EN 55032Class A erfüllen, ohne dass zu-sätzlicheKomponentenhinzuge-fügt werdenmüssen.

Emtron

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STROMVERSORGUNGEN // NETZGERÄTE & NETZTEILE


Mein Netzteil hat kaum Stromgebraucht, aber jetzt raucht es

Zuverlässige Stromversorgungen sind eine Grundvoraussetzung fürgeringe Ausfallraten von Elektrogeräten. Dieser Beitrag erklärt

typische Probleme bei Stromversorgungen und wie man sie vermeidet.

MARKUS REHM*

* Markus Rehm... ist Experte für Leistungselektronik und Strom-versorgungen und ist Honorarprofessor an derHochschule Furtwangen University für Industrie-und Leistungselektronik.

Bedeutet hoherWirkungsgrad auchho-he Zuverlässigkeit? Viele Netzteilher-steller betonen unisono, dass ein ho-

her Wirkungsgrad automatisch in niedrigeBauteiltemperaturen resultiert, weil es we-niger Verlustleistung gibt. Kühlere Bauteileleben länger, das ist klar.Meiner Erfahrung nach ist das in der Rea-

lität aber oft nicht richtig! Stromversorgun-gen werden kleiner, Bauteile liegen engernebeneinander, Kühlkörper entfallen undVerlustleistungenwerdennur nochüber dieLeiterplatte abgeführt. Ein hoherWirkungs-grad bedeutet auch komplexere Konzepteund bessere Bauteile.

Diese Zusatzkostenkönnenoft nicht andieKundenweitergegebenwerden undmüssendanndurchgeringereReservenkompensiertwerden.Häufigmesse ich gleiche oder sogarhöhere Temperaturen in modernen, hocheffizientenNetzteilen.DurchdenhohenWir-kungsgraddenktmancherDesigner darübernach, den Lüfter zu entfernen, seine Dreh-zahl zu regeln oder ihn bei kleiner Leistungganz auszuschalten. Damit kitzelt man oftnochdas letzte fehlende Prozent zur Einhal-tung der erforderlichen Normen heraus, vorallem bei 10%, 20% oder 50% Last. Lüfterwaren noch nie beliebt und einige Produkt-managermeinen, dass sie nichtmehr zeitge-mäß sind. Ausführliche und aufwendigeTests sind dann aber zwingend erforderlichund oft muss man sich eingestehen, dass esohne Lüfter eben doch nicht geht.Auchbei derDrehzahlregelungmussman

aufpassen,weil es Bauteile gibt, die bei klei-

Markus Rehm am Arbeitsplatz: „Beginnen Sie so früh wie möglich, Ihr vorgesehenes Netzteil zu testen.“

Bilder:IBRehm nerer Gesamtleistung wärmer werden, weil

z.B. die Schaltfrequenzhöher ist. Der Sensorzur Bestimmungder Lüfterdrehzahl liegt oftamSchalttransistor auf der Primärseite oderdemGleichrichter auf der Sekundärseite undder merkt natürlich nicht, wenn ein SMDDämpfungsglied auf der Leiterplattenunter-seite zu heißwird. Trotzdem istweniger Ver-lustleistung im Betrieb natürlich besser fürdie Umwelt. Auch für die Endgeräte sind ef-fizientere, kleinere und leichtere Netzteilevorteilhaft. Aber sie müssen gewissenhaftentwickelt sein.

Einfluss der Standby-Leistungauf die ZuverlässigkeitSchaltet man ein Gerät in Standby, wenn

die Funktionalität nicht benötigt wird, sowirkt sich das positiv auf Lebensdauer undZuverlässigkeit aus. Das gilt natürlich nurwenn die internen Verbraucher ausgeschal-tet werden und sich die Leistungsaufnahmewirklich reduziert. Vor 15 Jahrenhabe ich füreine Umweltschutzbehörde Satellitenemp-fänger analysiert und festgestellt, dass vieleim Standby-Modus (Display aus und keineFunktion) eine höhere Leistungsaufnahmehatten, z.B. 10,5 W im Betrieb und 11 W imStandby. Unglaublich aber wahr! Teilweisewurden dann auch Elkos völlig überstrapa-ziert. Da wäre es also besser gewesen, denBereitschaftsbetriebnicht zu aktivieren!Die-se Zeiten sind aber gottseidank vorbei.Heutzutage erfüllenmoderneKonzepte bei

Stromversorgungen mit kleinen Leistungen(z.B. unter 50 W) oft schon intrinsisch diegesetzlich geforderte, niedrige Leistungsauf-nahme imBereitschaftsmodus oder beiNull-last. Bei größeren Leistungen (z.B. ab 70W)braucht esmeistensnoch ein „Standby-Netz-teil“, welches eine zusätzliche Hilfsspan-nung erzeugt und das Hauptnetzteil aus-schaltet. Damussman genau schauen, dassauch dieses zusätzliche Netzteil sehr gutentwickelt ist unddieGesamtzuverlässigkeitnicht reduziert. Leider ist das nicht immer

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der Fall. Oft genug finde ich Geräteausfälle,nur weil im Standby-Netzteil ein kleiner10-µF-/50-V-Elko wegen Überstrom ausge-trocknet ist oder eine 200-V-SMD-Diode we-gen Überspannungsspitzen beim Anlaufkaputt gegangen ist.

Sind moderne Netzteilezuverlässiger?Es ist nicht so einfach, einen hohen Wir-

kungsgrad zu erzielen bzw. die gesetzlichenAnforderungen zu erfüllen. Allein bessereBauteile einzusetzen, reicht schon langenichtmehr aus. Die Entwicklermüssen trick-sen und zusätzliche Steuerungen und Rege-lungen einbauen, was die Komplexitätenormerhöht undaufwendig ist. Hier einigeBeispiele:�Umschaltung von Normalbetrieb inStandby und zurück in Abhängigkeit derLeistung,� Änderung in Skip Mode, Burst Mode, o.ä.bei kleiner Leistung,�Wechsel vom lückenden in nicht lücken-den Betrieb bei höherer Leistung,� Ein-/Ausschalten der PFC Stufe oderauch Änderung der Spannung am Bulk-Elko in Abhängigkeit der Leistung und derNetzspannung,� Ein-/Ausschalten des sekundären Syn-chrongleichrichters in Abhängigkeit desAusgangstromes,�Umschaltung von PWM auf Frequenzmo-dulation bei Spitzenlasten,� Reduktion der maximalen Ausgangsleis-tung in Abhängigkeit der Temperatur.

Vorbei ist die schöne Zeit, zu der manmiteiner Regelung auskam, also z.B. Pulswei-tenmodulation in Abhängigkeit der Aus-gangsleistung.Mittlerweile greifenmehrereRegelungen ineinander.Unabhängig vom Wirkungsgrad gibt es

auchweitere Zusatzfunktionen, diemoderneNetzteile aufweisen, z.B. Änderung der Aus-gangsspannung über Poti, externer Span-nung oder digitalemBus, Regelung der Aus-gangsspannung an einem Punkt außerhalbdes Netzteils (remote control), Power Good/Fail, Angabe der Ausgangsleistung oder der„Restlaufzeit“.Glauben Sie, dass die Entwickler immer

die nötige Mehrzeit zur Entwicklung all die-ser komplexen Funktionen bekommen oderdass dies alles die Zuverlässigkeit erhöht?Bei allen genannten Punkten stellt sich dieFrage: Wie sieht die Ausgangsspannung inden Grenzbereichen aus? Ein Netzteil sollgrundsätzlich im gesamten Eingangsspan-nungsbereich von Null bis zur Maximallasteine geregelte Ausgangsspannung liefern.

Gemessene Kuriositäten inStandardnetzteilenBild 1 zeigt die „geregelte“ 12-V-Spannung

eines Standard-Steckernetzteils beiNulllast.DieAusgangsspannung schwankt imSekun-dentakt zwischen 12,8 und 16,4V. Bild 2 zeigtdie „geregelte“ 12-V-Ausgangsspannung ei-nes Open-Frame-Netzteils bei halber Last.DieAusgangsspannungvariiert um0,9Vmit3 kHzundüberlagerten 200 kHz. Bild 3 zeigtdie „geregelte“ 12-V-Ausgangsspannung“

eines 150-W-Standardadapters bei 6 A undeinerNetzunterbrechungvon einigenSekun-den.Direkt vor undnachderUnterbrechungist die Ausgangsspannung wie spezifiziert,sieben Sekunden nach derWiederkehr wirddie Regelung plötzlich instabil und die Aus-gangsspannung schwingt dauerhaft mit ei-

Bild 1: 12-V-Spannung eines Standard-Steckernetz-teils bei Nulllast.

Bild 2: Die Ausgangsspannung variiert um 0,9 V mit3 kHz und überlagerten 200 kHz.

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nem Hertz zwischen 11,5 und 16,3 V. AufNachfrage hat der Hersteller gemeint, dassdie Netzunterbrechung nicht normgerechtgewesen sei. Bild 4 zeigt die „geregelte“ 12-V-Ausgangsspannung einer kundenspezifi-schen Stromversorgung mit spezifizierterSprunglast (Der Laststrom ist die grüne Kur-ve unten). Zu 99% wird die Spezifikationerfüllt, aber ab und zu bricht die Ausgangs-spannung zwei Millisekunden lang auf 9 Vzusammen und kommt dann nach einemÜberschwingen auf 13 V wieder zurück aufden Nominalwert.Diese Extrembeispiele sind Ausnahmen,

stammen aber alle aus Analysen der letztenJahre für verschiedene Kunden. In den 20Jahren davor hatte ich auf meinem Labor-tisch nie solche Fälle gesehen. Der Vollstän-digkeit sei noch erwähnt, dass elektronischeLastennatürlich auch eineRegelunghaben.Deswegen müssen „seltsam vorkommendeMessungen“ auch mit Leistungswiderstän-denüberprüftwerden. Es gibt dazugünstige,gut geeignete Leistungspotenziometer mitz.B. 40 W, die man verwenden kann. FürSprunglasten verwende ich einenFunktions-

Bild 3: Die Ausgangsspannung schwingt dauerhaftmit einem Hertz zwischen 11,5 und 16,3 V.

Bild 4: Ab und zu bricht die Ausgangsspannungzwei Millisekunden lang auf 9 V zusammen undkommt dann nach einem Überschwingen wieder auf13 V zurück.

PRAXISWERT

Seminartipp: Selber herausfinden, ob man einzuverlässiges Netzteil hatUnter dem Motto „Zuverlässige Strom-versorgungen: Mit Oszilloskop undStromzange selber herausfinden, obman ein zuverlässiges Netzteil hat“finden im zweiten Halbjahr 2019 dreiPraxisseminare mit Markus Rehm statt.Termine sind am 24.07. in München, am24.10. in Frankfurt amMain und am 5.12.in Stuttgart.Kennzahlen zur Zuverlässigkeit vonStromversorgungen sind irreführendund in der Praxis nicht aussagekräftig.Ein immenser Zeit- und Kostendruckführt auch bei Netzteil-Profis von renom-mierten Herstellern zu Entwicklungs-fehlern. Feldausfälle sind die logischeKonsequenz. Auch immer komplizierterwerdende Konzepte für hohe Wirkungs-grade haben ihre Schwachstellen undkönnen zu seltsamen Fehlfunktionender nachfolgenden Schaltungen führen.

Die Teilnehmer lernen im Seminar an-hand von vielen Praxisbeispielen, wieman mit Oszilloskop und Stromzan-ge selber herausfinden kann, ob eineStromversorgung zuverlässig entwickeltist und wirklich für die eigene Anwen-dung passt. Zielsetzungen desSeminarssind:� Zuverlässige Netzteile und DC/DC-Wandler für die eigene Anwendung fin-den,� Analyse der realen Zuverlässigkeitund richtiges Messen,� falsche Bewertungskriterien vermei-den und Qualitätstest beim Herstellerbeurteilen,� Einblick in typische Entwicklungs-fehler und praktikable Beseitigung derSchwachstellen,� effiziente Fehlersuche: Tipps undTricks.

generator, der über einenMosfet einen Leis-tungswiderstand an die zu testende Span-nung schaltet. Je nachbenötigter Stromsteil-heit muss ein Widerstand mit niedriger In-duktivität verwendet werden (z.B. Dickfilmstatt Draht) und eventuell noch einGatetrei-ber vor den Mosfet geschaltet werden.Schlussendlich muss die Stromversorgungauch an der realen Last getestet werden. IhrGerät verhält sichnie so,wie Sie denken, undweitere Kuriositäten sindmöglich.

Messen und Hinterfragen stattGlauben und HoffenNehmen Sie sich ein paar Tage Zeit und

beginnenSie so frühwiemöglich, Ihr vorge-sehenes Netzteil zu testen. Messen Sie nichteinfachnurMaximallastmitMultimeter odermit automatischenTestprozeduren. SchauenSie genauhinmitOszilloskopundStromzan-ge! Verändern Sie Eingangsspannung undLast langsam. Dann finden Sie auch dieGrenzbereiche,wo intern zwischenverschie-denenModi umgeschaltetwird. Schalten Siedort auch einundaus.Meistens reicht es, erstmal nur ein Muster zu testen. Bei weiterenMustern sinddie Phänomenegleich, aber oftbei leicht anderen Bedingungen.Leider gibt es Fälle, in denender Pegel der

Effekte unterschiedlich ist. Es kamz.B. schonvor, dass beim ersten Muster die Spannungumakzeptable 0,6Veinbricht, beimzweitenMuster aber um1,0V,was einenSystemneu-start zur Folge hatte. Deswegen sollte mandiesbezüglich genug Marge vorsehen oderdem Phänomen auf den Grund gehen unddenWorst-Case-Störpegel herausfinden. Käl-tespray und Heißluftpistole sind dabei äu-ßerst nützliche Hilfsmittel, weil man da-durch leicht die Eigenschaften der Bauteilebeeinflussen kann ohne sie auszutauschenund schnell ein Gefühl für die Toleranz-unterschiede bekommt.Konsultieren Sie auch den Hersteller, da-

mit Sie nicht zu viel Ihrer kostbaren Zeit in-vestierenmüssen.WennSie Schwachstellenoder kuriose Effekte nicht akzeptieren kön-nen, dann muss sie der Hersteller behebenoder Sie müssen eine andere Stromversor-gung auswählen. Handeln Sie rasch undbevor Ihr Gerät zugelassen wird. Richtigteuerwird es erst,wennmandieAusfälle imFeld hat und die Kunden reklamieren.Wenn alles gut ist, dann kann man nur

hoffen, dass die verschiedenen Zusatzfunk-tionen und Modi auch über die gesamte Le-bensdauer gut zusammenspielen. Bei kriti-schen Anwendungen könnte man dafürweitere Tests anschließen. //JW

IB Rehm

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SolarEdge-Wechselrichter erfül-lendie EU-Verordnung 2016/631,auch als „Requirements forGenerators“ (RFG) bezeichnet,welche die Einrichtung einesNetzkodexmitNetzanschlussbe-

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Erfüllen neue Netzanschlussbestimmungen für Stromerzeugerstimmungen für Stromerzeugerfordert. Die nationalen Anwen-dungsregeln, die am 27. April2019 in Kraft getreten sind, füh-renneue technischeAnforderun-gen ein, u.a. die Bereitstellung

von Blindleistung, das Manage-ment von Batteriesystemen zurNetzstützung sowie die Erbrin-gung von Systemdienstleistun-gen. SolarEdge-Wechselrichterunterstützen die neue EU-Ver-

ordnungohnedieNotwendigkeiteiner Hardware-Nachrüstung.Lediglich ein einfaches Firm-ware-Update ist erforderlich.

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INDUKTIVES LADEN

Wireless-Charging-Demonstrator

Finepowerhat einenDemonstra-tor für das drahtlose Laden vonElektrofahrzeugen entwickelt.Das System, bestehendausWall-box, Sendespule, Empfänger-spule undGleichrichter,wird andie dreiphasige 400-V-Versor-

400 V umgewandelt und direktzum Aufladen der Hochspan-nungs-Fahrzeugbatterie ver-wendet.Finepower unterstützt Kunden

bei der technischen Auslegungsolcher Systeme, insbesonderebei Fragen rund um die Leis-tungsfaktor-Korrektur, den In-verter und die Einkopplung derEnergie auf die Sendespule. so-wie bei der thermischen Ausle-gung solcher Geräte. Auch dieAuslegungdesÜbertragungssys-tems durch magnetische Simu-lation und Berechnung der

Übertragungs-Induktivitätensowie der Resonanz-Anpas-sungselementen gehört zu Fine-powers Dienstleistungen.Die Entwicklung eineshochef-

fizienten Energieübertragungs-systems ist aber keineswegs derEndpunkt der Entwicklung. Fürdie nächsten drei Jahre hat sichFinepower die Weiterentwick-lung dieser Technik vorgenom-men. Insbesondere soll ein bidi-rektionaler Energiefluss ermög-licht werden.

Finepower

gung angeschlossen und bieteteine Übertragungsleistung von11 kW.DieGesamteffizienz beträgt in

Abhängigkeit vomArbeitspunkt90%, wobei die zentralen Kom-ponenten wie PFC, Inverter undGleichrichter Einzelwirkungs-grade bis 99% aufweisen. DerDemonstrator wandelt die demNetz entnommeneEnergie in einelektromagnetisches Wechsel-feld um und übermittelt sie miteiner Frequenz von 85 kHz aufdie Empfängerseite. Dortwird siein eine Gleichspannung von

DC/DC-WANDLER

Ultraflach und isoliertDieDC/DC-WanderVRA2412JMD-3W, VRB05xxJ(M)T/D-3W undURB24xxJ(M)T/D-3W von Morn-sunbieten eine auf 1500VDC aus-gelegte Isolation und liefernAusgangsleistungen bis 3W.MitBauhöhen bis herab zu 8,2 mmeignen sie sich auch für beson-ders flacheBaugruppenundGe-räte. Während die SerienVRB05xxJ(M)T/D einenominelleEingangsspannung von 5 V miteinemweiten 2:1-Eingangsspan-nungsbereich von 4,5 bis 9 Vkombinieren, sind die SerienURB24xxJ(M)T/Dmit einer nomi-

nellen Eingangsspannung von24 V und zwei Ausgangsspan-nungen von +12 V und –12 V. Einwesentliches Merkmal dieser3-W-DC/DC-Wandler ist ihreniedrige Bauhöhe von 8,2 mm(Open frame) und 9,0 mm (Me-

tallgehäuse). Damit sind sie eineideale Ergänzungder bereits ver-fügbaren ultraflachen DC/DC-Konverter für 6 W (VRB_ J(M)D/T-6W), 10 W (URB_J(M)D/T-10W) und 15 W (URB_J(M)D/T-15W)mit Bauhöhen zwischen 5,8und 7,0 mm. Die isolierten DC/DC-Wandler eignen sich unteranderem für den Einsatz in ver-teilten Stromversorgungen, Ge-rätenderMess-, Steuerungs- undRegelungs-Technik sowie inKommunikationseinrichtungen.

Mornsun

nellen Eingangsspannung von24 V und einem ultraweiten4:1-Eingangsspannungsbereichvon 9 bis 36 V ausgestattet.In beiden Serien stehen DIP-

und SMD-Versionen als OpenFrame und mit Metallgehäusesowie jeweils dieAusgangsspan-nungen 5, 12, 15 und 24 V zurVerfügung, in der SerieURB24xxJ(M)T/D gibt es zusätz-lich noch Versionen mit einem3,3-V-Ausgang. Neu vorgestelltwurde außerdem der BausteinVRA2412JMD-3W in einem DIP-Metallgehäuse mit einer nomi-

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AUTOMOTIVE ELECTRONICS // ANTRIEBSSTRANG


Mehr Fahrstabilität für E-Fahrzeugedank Torque-Vectoring-System

Mit zunehmender Verbreitung von E-Antrieben werden Torque-Vectoring-Systeme immer beliebter. Wir stellen Ihnen die wichtigsten

Konzepte vor und erläutern deren Relevanz für E-Fahrzeuge.

Torque-Vectoring-Systeme wurden ent-wickelt, ummittels individuellerDreh-momentzuteilung die Gierkontrolle

und damit die Fahrzeugstabilität zu verbes-sern. Mitsubishi entwickelte 1994 das ersteSystem für denLancer Evolution.Heute kön-nenbis zu sechs Systemeunterschiedenwer-den.DiemeistenHybridantriebemit Torque-Vectoring sitzen anderHinterachse, umeinedynamische Fahrweise zu unterstützen.Daher konzentriert sichunsereÜbersicht aufdiese Systeme.

Die Bandbreite mechanischerTorque-Vectoring-SystemeDie einfachste und kostengünstigste Vari-

ante der Gierregelung ist die bremsbasierte

Variante. Dieses Systemwurde inden letztenJahren vor allem im Ford Focus und Volks-wagenGTI eingesetzt. Es nutzt die bewährtenFahrzeugsysteme und es beansprucht keineoder nur wenig zusätzliche Masse oder Kos-ten, um einen grundlegenden Grad an Gier-kontrolle zu gewährleisten. Da die Aus-wirkungen der Bremsmodulation immersubtraktiv sind, ist hier zusätzlich einedynamisch variable Leistungsaufnahmenot-wendig, umdie von denBremsen absorbier-te Leistung zukompensieren.Darunter leidetaber die Effizienz. Infolgedessen konntensichbremsbasierte Systemenie auf ganzbrei-ter Ebene durchsetzen.Ein weiteres mechanisches System ist die

einseitige Drehzahlüber- oder Unterschrei-

tung, die beispielsweise bei Mitsubishi zumEinsatz kam. In SachenEnergieeffizienzundDrehmomentverteilung kann dieses Systemmit anderen durchaus Schritt halten. DasSystem bietet ein hohes Maß an Steuerbar-keit aufgrund der vergleichsweise großenKupplungskapazität und der geringeren re-lativenDifferenz der Kupplungsdrehzahlen.In diesem System steuern zwei Kupplungendie Drehzahl der rechten Abtriebswelle inAbhängigkeit von der Drehzahl des Hohlra-des. Die eine Kupplung greift mit einer Ge-schwindigkeit, die etwa 10%höher ist als diedes Zahnkranzes, die andere mit einer, dieetwa 10% niedriger ist. Die abgestufte Aus-lösung des Kupplungsschlupfs ermöglichtein reibungsloses Kontinuum von Schwan-

Härtetest im Schnee: Hier zeigt das Torque-Vectoring-System, was es kann.

Bilder:A

AM

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kungender linkenbeziehungsweise rechtenTraktionsneigung. Die zweite Generationdieses Systems trägt die Bezeichnung SuperAYC (Active Yaw Control). Hier lässt sich dieDrehmomentübertragung dank eines Stirn-raddifferentials verdoppeln.Die Links-/Rechts-Überdrehzahlmodula-

tion unterscheidet sich von den genanntenAnsätzen dadurch, dass hier die ZahnräderundKupplungenauf beidenSeitenderAchs-baugruppe platziert werden. Betätigt mandie rechte Kupplung, überdreht die rechteWelle, bei Betätigung der linken Kupplungverhält sich das System analog. Natürlichspiegelt das offeneDifferential auf der gegen-überliegendenWelle einen entsprechendenGrad anUnterdrehzahlwider. Audi bezeich-net diesenAnsatz alsÜberlagerungsdifferen-zial und bevorzugt die Technologie gegen-über dem einfacheren, kupplungsbasiertenAnsatz. Starke Kupplungen und zweistufigeHohlradgetriebe helfen, die Leistungszielein diesem Ansatz zu erreichen. In seinemKonzept Vector-Drive nutzt der Autobaueraus Ingolstadt zweistufige Überdrehzahl-Planetengetriebe, bei denendie innerenSon-nenräder fest mit dem Differentialgehäuseverbunden sind. Die äußerenRitzel sindmitden jeweiligen Antriebswellen verbunden.Die gemeinsamen Planetenträger sind mitdem Gehäuse verbunden, das entweder dasrechte oder linke Überdrehzahlräderwerkaktiviert. Da sich die Planetengetriebe alsGruppebewegen, nutzen sie sichbei derGe-radeausfahrt nicht ab. Zwar weisen die bei-den Kupplungen im normalen Drehzahlbe-reich einen gewissen Schlupf auf, aber daihre Kapazität geringer ist als bei anderenKonstruktionen, sind die Gesamtverlustevertretbar.Kupplungsbasierte Torque-Vectoring-

Systeme basieren auf einem einfacherenKonstruktionsprinzip als der übersetzungs-

steigernde Ansatz. In diesem Verfahrensetzen Hersteller große Kupplungen direktan den Abtriebswellen der Hinterachsenein. In der Regel ist eine Überdrehzahl vonetwa 5% gegenüber der Vorderachseerwünscht, um auch bei einer unterbroche-nen Energiezufuhr eine ausreichende Fahr-stabilität zu erreichen. So kommt es beiGeradeausfahrt mit Allradantrieb zu einemEinschalt-Schlupf von 5% in beiden Hinter-kupplungen, die das Drehmoment der Hin-terachse übertragen. Aufgrund der diesemPrinzip zugrundeliegenden Verluste solltenFahrzeugsteuerungen hier den Betrieb imFrontantriebsmodus auch bei geöffnetenKupplungen effektiv optimieren. Zudem istzu beachten, dass kupplungsbasierte Syste-me keine Differenzialvorrichtungen mit Ge-triebe benötigen, die Abtriebskupplungenarbeiten also die meiste Zeit mit einemgewissen Schlupf.Bild 1 zeigt ein solches Torque-Vectoring-

SystemvonAAM.Vorteile dieserArchitektursind vor allemdas einfacheDesign, die nied-rigen Kosten und die leistungsstarke Gierre-gelung, die bis an die Grenzen der Kupp-lungskapazität reicht. Um die Steuerbarkeitdynamisch zu gestalten, ist ein servo-hydraulischesKupplungsbetätigungssystemverbaut. Die größte Herausforderung beikupplungsbasierten Torque-Vectoring-Sys-temen ist der Schlupf, bzw. der Leistungsver-lust, den die Hochleistungskupplungen beioffener Raddrehzahl oder einemAntriebmit5% verursachen.Zusammengefasst lassen sich mechani-

sche Torque-Vectoring-Systeme indrei Kate-gorien aufteilen: bremsbasierte Systeme,Überdrehzahlsystemeundkupplungsbasier-te Systeme. Derzeit werden sie vor allem inFahrzeugarten eingesetzt, in denender Fahr-spaß ein wichtiges Alleinstellungsmerkmalist. DerVerbreitungsgrad ist allerdingsnoch

Bild 1: Kupplungs-basiertes System vonAAM – einfaches De-sign, niedrige Kostenund leistungsstarkeGierregelung sinddie Vorteile diesesAnsatzes.


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verhältnismäßig gering – niedrigere Kostenoder eine neue funktionale Ausrichtungkönnten sicher zu einer tieferenMarktdurch-dringung beitragen.

Die Bandbreite elektrischerTorque-Vectoring-SystemeElektrischeTorque-Vectoring-Systeme sind

erst seit Kurzem ein Thema und ihre zuneh-mendeVerbreitung fälltmit derwachsendenZahl der E-Antriebe zusammen. Aktuell inProduktion sind die Systeme im HondaAcura RLXHybrid (2 x 27 kW), demNSXunddem Mercedes SLS E-Cell. Alle drei verwen-den eine sogenannte duale E-Motor-Modula-tion.Hierwerden zwei separateAntriebsmo-toren hintereinandermontiert, die die rech-tenund linkenRäder unabhängig voneinan-der antreiben. Um die beiden Motoren zuversorgen, sind entsprechend zweiGetriebe-kästenund zweiWechselrichter erforderlich.Haben diese Systeme kein mechanischesDifferential,müssen jedoch zusätzliche Steu-erungseinheiten einwickeltwerden, umKon-trollverluste oder einseitige Radabnutzungzu bewältigen.Ein weiteres elektrisches Design, das in

Bild 2 dargestellt ist, greift das kupplungsba-sierte Systemauf. Der bewährteAnsatz dürf-te vor allem inhybriden, intelligentenAllrad-Fahrzeugen Vorteile mit sich bringen, beidenen der Schlupf der Power-on-Kupplungminimiertwerdenkann.Das einfacheDesignsollte weniger störungsanfällig und damitzuverlässiger sein.Ein weiterer Vertreter der elektrischen

Torque-Vectoring-Systeme wurde vonSchaeffler und AAM unabhängig voneinan-der entwickelt und wird als epizyklische re-lative Twist-Modulation bezeichnet. Dasursprüngliche Konzept beinhaltete einenkonzentrischenTorque-Vectoring-Motor, dieaktuelle Implementierung verwendet einen

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Offset-Motor. Der Vor-teil: Es sind wederBremsennochKupp-lungen erforderlichundbei der Fahrt aufgerader Strecke istdas System passivbzw. dreht sich nicht.Dies ist aufgrund derspeziellen Anordnung

der Planetengetriebemöglich. Darüber hinaus

bleibt der Motor ohne Last ineinem relativ niedrigen Drehzahl-

bereich. Der Wirkungsgrad ist also hoch,wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, undauch bei Wendemanövern halten sich dieLeistungseinbußen in Grenzen.

Algorithmen bei elektrischemTorque VectoringBild 3 zeigt ein System, das im AAM Troll-

hattanTechnical Center in Schweden entwi-ckelt wurde. Dieses System kann einen me-chanischen oder einen elektrischen Motorals Leistungsquelle (INPUT)nutzen. ImSche-ma ist eine Vectoring-Einheit zu sehen, diefestmit demMechanismus verbunden ist. Esgibt außerdem eine weitere Version, die nureinen E-Motor nutzt unddessen Funktionendynamisch zwischen Vector-, Antriebs- undTrennmodus gewechselt werden kann. Ne-bendemWegfall eines zweitenMotors zeich-net sich dieses System durch einen effizien-ten Betrieb in allen Modi und minimale Zu-satzkosten inBezug auf dieDrehmomentver-teilung aus.ElektrischeTorque-Vectoring-Systeme, die

sich durch denWechsel der Betriebsart aus-zeichnen, beinhalten Softwaresteuerungen.Für denWechsel derMotorfunktionbedienensie sich ähnlicher Algorithmen wie denen,die in anderen Produktlinien die Antriebs-welle vom System trennen. Soll in den An-triebsmodus gewechselt werden – einenZustand mit niedriger Priorität – prüft dasSystem beispielsweise, ob die nötigen Para-meterwie einneutraler Lenkwinkel gegebensind. Der Wechsel in den Vector-Betrieb istaufgrund des Potenzials für Leistungs- oderDrehmomentdiskontinuitäten komplizierter.Algorithmen zur SteuerungdiesesÜbergangsbeinhalten beispielsweise viel mehr Datenaus Sensoren.

Elektrisches Torque Vectoringbringt mehr SicherheitDiedrastisch verbesserte Fahrdynamik auf

Oberflächenmit hohemKraftschlussbeiwerthat viele der bisherigen Entwicklungen desTorque-Vectoringmotiviert. Inzwischen ver-

Bild 3: SchematischeDarstellung des elektri-schen Ansatzes von AAM– kann entweder einenmechanischen oder einenelektrischen Motor alsLeistungsquelle nutzen.

Bild 4: elektrische Torque-Vectoring-Systeme (blaue Linie) bieten eine verbesserte Steuerung.

Bild 2: KupplungsbasierteVariante von GKN – elek-trisches Design für mehrZuverlässigkeit versprichtvor allem in hybriden,intelligenten Allrad-Fahr-zeugen Vorteile.

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lagert sich das Augenmerk jedoch auf dieVorteile, die die Technologie in Sachen Si-cherheit mit sich bringt. Bild 4 zeigt die ver-besserte Steuerung, die elektrische Torque-Vectoring-Systeme (blaue Linie) erzeugen:der Lenkwinkel wird um 40% reduziert, dieLenkgeschwindigkeit um30%.Eine erhöhteTraktionundBeschleunigungderVorderach-se ergibt sich ausdemgeringerenUntersteu-ern und der verringerten ESP-Aktivität.AuchdenVergleich zuSperrdifferenzialen

müssen elektrische Torque-Vectoring-Syste-menicht scheuen: Systemewiedas 48-V-eTV-SystemvonAAMbieten eine starke Leistungin Sachen Agilität, Low-µ-Handling undStabilität. Preis und Komplexität sind nurgeringfügig höher als bei elektronischenSperrdifferentialen.Die verbesserte Agilität und eine verbes-

serteHandhabung tragen zu einemhöherenSicherheitsgefühl bei, sodass Fahrer auchanspruchsvolle Fahrsituationen meistern.Zudem unterstützen die elektrischen Syste-me vorhandene Sicherheitssystemewie Sei-tenwind- und Spurhalteunterstützung. Oftgreifen die Systeme ein, bevor das als auf-dringlich empfundene ESP aktiv wird, wasBremsfading–also dasunerwünschteNach-lassen der Bremswirkung – reduziert. DieFähigkeit, dieGierregelungunabhängig vonder gesamten Längsantriebskraft zu ermög-lichen, ist ebenfalls ein entscheidender Vor-teil. Schließlich wird je nach Grad derHybridelektro-Integration eindeutlicherAn-stieg derKraftstoffeffizienz von 15%bis 50%erreicht, Plug-in Hybride profitieren sogarnoch stärker.

Mit niedrigeren Kosten zu mehrAkzeptanzMechanisches Torque-Vectoring wird für

bestimmte Fahrzeugtypen mit herkömmli-chenAntrieben relevant bleiben, die zusätz-lichenKosten sprechenaber eher gegen einesehr hoheVerbreitung.Anders verhält es sichbei künftigenE-Antrieben:Hier entstehen fürdie Torque-Vectoring-Systeme vermutlichniedrigere Zusatzkosten, sodass derGewinnan Fahrstabilität viel stärker ins Gewichtfällt. Da die Zahl der E-Antriebe steigt, umdie strengenCO2-Anforderungen zu erfüllen,werden vieleHersteller sichmit elektrischenTorque-Vectoring beschäftigen. Der Schlüs-sel für eine noch breitere Akzeptanz liegtzum einen darin, die vermeintliche Kosten-schwelle zu entmystifizierenund zumande-ren eine überzeugende Kombination aushoher Funktionalität und niedrigen Kostenzu erreichen. // TK

AAM

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AUTOMOTIVE ELECTRONICS // ELEKTROMOBILITÄT


Wie sich Ladeparks intelligentsteuern lassen

Installationsbetriebe scheuen oft den Einstieg in die Elektromobilität,da es ihnen an Erfahrung mangelt. Dabei ist der Einstieg auch ohneVorkenntnisse möglich – mit einem Minimum an Investitionen.

DIRK VOGEL *

* Dirk Vogel... ist Produktmanager SmartCharging bei der Phoenix ContactE-Mobility GmbH in Schieder-Schwalenberg.

Am Anfang einer Ladelösung stehtmeist die Frage, wo die Ladestationaufgebautwerden soll undobdort auf

eine bereits vorhandene Infrastruktur zu-rückgegriffenwerden kann und keine Zulei-tung verlegtwerdenmuss.Dennbei vorhan-dener Infrastruktur kann auf Tiefbau- undKabelverlegungsarbeiten gänzlich verzichtetwerden.

Als nächstesmuss der Stromanschluss ander nundefinierten Stelle betrachtetwerden.Zum Aufbau einer Ladestation kann – beivorhandener Infrastruktur – die aktuell zurVerfügung stehende Anschlussleistung ge-nutzt werden. Selbst ein 230-V-/16-A-An-schlussmit einer Leistung von 3,7 kW reichtfür den Einstieg. Zudem sind einige gängigeElektrofahrzeuge nur für eine maximaleWechselstrom-Ladeleistung von 3,7 kWaus-gelegt. Zum anderen hat der Fahrer oft garnicht dieAbsicht, an jedembeliebigenLade-punkt das Fahrzeug vollständig aufzuladen.Ladestationen werden von Fahrern häufignur dazu genutzt, die Reichweite des E-Mo-

bils zu erhöhen – beispielsweise beim Ein-kauf im Supermarkt.

Ladevorgang kostenfrei odergegen BerechnungBeim Einstieg in das Thema Elektromobi-

lität sollte auch inBetracht gezogenwerden,ob das Laden für den Kunden kostenfrei istoder diesem in Rechnung gestellt werdensoll. Häufig soll das Laden als Kunden-Ser-vice – etwa auf dem Parkplatz eines Shop-pingCenters – kostenfrei sein. In diesemFallkann auf die Funktion des Abrechnungssys-tems (billing) bei der Ladesteuerung verzich-tet werden. Auf der anderen Seite ist zu be-

Voraussetzung für eine effiziente und erweiterbare Ladeinfrastruktur: aufeinander abgestimmte Hard- und Software.

Bilder:Pho

enixContact

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denken, dass der Ladepunkt künftig viel-leicht um genau diese Funktion erweitertwerden soll. Denn mit der zunehmendenDichte an Elektrofahrzeugen geht der Trendhin zukostenpflichtigenundkostendecken-den Lademöglichkeiten.Stehen Standort der Ladestation, Ladeart

und Anzahl der Ladepunkte fest, folgt dieAuswahl der Hardware. Eine einfache Vari-ante einer Ladestation–dieWallbox– kannauf einem Ständerwerk installiert werden.Die Wallbox wird von manchen Anbieterngenau auf den Kunden zugeschnitten undinstallationsbereit geliefert. Alternativ kannder künftige E-Mobilist auch Einsteiger-Setsvon Phoenix Contact nutzen (Bild 1).

Ladetechnik-Sets zum Aufbauvon AC-LadestationenDie AC-Ladetechnik-Sets von Phoenix

Contact umfassen jeweils auf einander abge-stimmte Komponenten zum einfachen Auf-bau privater oder gewerblicher AC-Ladesta-tionen.So bieten die Sets zahlreiche Möglichkei-

ten, eigene Ladeinfrastruktur-Projekte um-zusetzen – mit einem oder zwei Ladepunk-ten, mit angeschlossener Ladeleitung oderauch nur mit einer Ladeinfrastruktur-Steck-dose. Auch zwischen unterschiedlichen La-deleistungen kann der Installateur sich ent-scheiden – zwischen 3,7, 11 oder 22 kW. Eingeprüfter Verdrahtungsplan sowie die dazugehörige Montageanleitung stehen zumDownload bereit, sodass bei den Entwick-lungskosten gespart werden kann.So erhalten Ladestationen ein individuel-

les undneuartigesDesign, erste Ladepunktekönnen bequem errichtet werden. Langfris-tig sowie für höhere Stückzahlenkönnendiebenötigten Komponenten auf der Basis desvorhandenen Schaltplans bestellt werden.Ladestationen, die nach diesem Prinzip

erstellt wurden, können von Elektro-Instal-lateuren sowie vonder Betriebstechnik einesUnternehmens selbst modifiziert und auch

gemischt betrieben werden. Sind die erstenLadestationen inBetrieb, kann auf dieseArtundWeise die Ladeinfrastruktur nachAnfor-derung sukzessive ausgebaut werden.

Stabile Energieversorgung fürwachsende LadeinfrastrukturMit einer stetig wachsenden Ladeinfra-

struktur – von wenigen Ladestationen bishin zu einemausgedehntenLadepark– stelltsich auch die Frage nach der stabilen Ener-gieversorgung. Planer und Errichter von La-deparks stehen zunehmend vor der Heraus-forderung,mit einemeingeschränktenNetz-anschluss die optimale Ladeleistung für je-den Ladepunkt zu erzielen – bei einemsicheren und hochverfügbaren Betrieb.Voraussetzung dafür ist ein funktionales

Lastmanagement – dabei wird unterschie-den zwischen statischemunddynamischemLastmanagement. Statisch bedeutet hier,dass die Ladepunkte je nach verfügbarerEnergie freigegeben oder gesperrt werden –unabhängig von der Leistung, die an jedemeinzelnen Ladepunkt abgenommen wird(Bild 2).BeimdynamischenLastmanagementwird

zu jeder Zeit auf den aktuellen Leistungsbe-darf der Ladepunkte reagiert – inAbhängig-keit der verfügbaren Anschlussleistung.Wichtiges Kriterium hierbei ist auch, obein-, zwei- oder dreiphasig geladenwird. Obnun statisch oder dynamisch – in beidenFällen kann sich die Anschlussleistung imBetrieb ändern, und das Lastmanagementmuss angemessen auf die Änderung reagie-ren.DerVorgabewert derAnschlussleistungkommt von einem überlagerten Manage-mentsystem, zum Beispiel aus dem Gebäu-demanagement. In diesem Fall wird dieLadeinfrastruktur zum integralenBestanteileines übergeordnetenEnergiemanagements.

Wichtig ist ein übergeordnetesLademanagementVoraussetzung für ein leistungsstarkes

Lastmanagement ist zudem, dass die in denLadestationen verbauten Ladesteuerungeneine Modifikation des Ladestroms währenddes Ladevorganges ermöglichen.Diese Funk-tion ist in denLadesteuerungenvonPhoenixContact bereits als Standard implementiert.Unabhängig vonStandort undEnergiever-

sorgung erfolgt die Berechnungder Ladevor-gänge.Hierwirdhäufig gefordert, denLade-punkt – je nach Vernetzungsgrad der Lade-stationen – einzeln oder mit einer überge-ordneten Management-Software in dasAbrechnungssystem zu integrieren.Für den Betrieb als Stand-Alone-Ladesta-

tion muss die Ladesteuerung in die Abrech-

Bild 1: Bequeme Legitimation und einfacheBenutzerführung spielen für die Akzeptanz einerLadestation eine wichtige Rolle.


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einer Marke der

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Die EV Charging Suite auf einen Blick� Intelligentes Lastmanagement für optimale Verteilung der Anschlussleistungvermeidet Lastüberschreitungen,� einfache Inbetriebnahme, Konfiguration und Überwachung per WebOberfläche,� zukunftssicher und skalierbar durcheinfaches Hinzufügen und Verwalten von

Ladepunkten,� zuverlässiges Loggen aller Ladevorgänge zur Echtzeitvisualisierung undpräzisen Abrechnung über OCPP (OpenCharge Point Protocol),� komfortable Anbindung an übergeordnete Gebäude und Energiemanagementsysteme.

nungssysteme integrierbar sein. Etabliert hatsich hier das Open Charge Point Protocol(OCPP). In diesem Protokoll sind die – fürden Ladevorgang notwendigen – Parameterwie Authentifizierung, Status, Energiewerteetc. enthalten. Sobald die Ladesteuerungalso eine OCPP-Schnittstelle mitbringt, hatjede Ladestation eine Verbindung zum Ab-rechnungssystem.

Ladepunkte in Parkhäusern undauf ParkplätzenFür Ladepunkte in Parkhäusern und auf

Parkplätzen ist das beschriebene Lastma-nagement sowie die Einbindung in ein Ab-rechnungssystem über eine Management-Softwaremöglich.Mit der EVCharging Suitevon Phoenix Contact wird der Betrieb vonLadestationen und Ladeparks erheblich op-timiert. Die EV Charging Suite verfügt über

Bild 2: Vom einfachenLadepunkt bis zum kom-plexen Lademanage-ment können Projektemit den Lösungen vonPhoenix Contact umge-setzt werden.

eine Anbindung an jede Ladesteuerung imlokalenVerbundvonLadestationen.Auf die-se weise kann die Suite den gesamten Ver-bund steuern (Bild 3). Auch im Hinblick aufein effizientes Abrechnungssystem ist dieCharging Suite eine sinnvolle Investition, dasie als einzige Verbindung fungieren kann.Bei vielen gängigen Installationenwird jedeVerbindung zu einem Abrechnungssystemüber die SIM-Karte desAbrechnungssystem-Anbieters eingerichtet. Als Konsequenz ent-stehen für jedeVerbindung laufendemonat-licheKosten.Über die ChargingSuite könnennunmehrere Ladepunkte zusammengefasstwerden,wasdie laufendenKosten erheblichreduziert.

Lade-Software mit integriertemLastmanagementDie Software EV Charging Suite bildet die

Schnittstelle zwischenFahrer, Ladepark- undNetzbetreiber sowie Abrechnungsanbieter.Das integrierte Lastmanagement sorgt für dieoptimale Aufteilung der zur Verfügung ste-henden Anschlussleistung auf die Lade-punkte. Dies vermeidet Ausfälle durchLastüberschreitungen. Außerdem unter-stützt die Software eine komfortableVerwal-tung der Ladepunkte und Nutzer, verschie-dene Autorisierungsmethoden sowie eineverbrauchsgerechte Abrechnung über denBackend-Anbieter. // TK

Phoenix Contact

Bild 3: Vollständige Ladetechnik-Sets erleichternden Einstieg in die Elektromobilität und bieten vieleMöglichkeiten für eine Erweiterung.

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AUTOMOTIVE & TRANSPORTATION // AKTUELLES


So soll er aussehen: der ersteHyperloop Europas. Hardt Hyperloophat nun die zweijährige Testphaseerfolgreich abgeschlossen.

ELEKTROMOBILITÄT

Erster Hyperloop Europas – grüne Alternative zu KurzstreckenflügenEIT InnoEnergy, der vom Euro-päischen Innovations- undTech-nologieinstitut (EIT) unterstütztwird, feiert den Erfolg des Start-ups Hardt Hyperloop, das diezweijährige Testphase für Euro-pas ersten Hyperloop gerade er-folgreich abgeschlossen hat.Bei einer großenEnthüllungs-

veranstaltung präsentierte dasvon EIT InnoEnergy geförderteStart-up Hardt Hyperloop dieHLS-Technologie (HyperloopLane Switch), dank der Hyper-loop-Kapseln ohne zusätzlicheoder bewegliche Komponenten

Bild:H

ardtHyperlo

op die Spur wechseln können. Sokönnen die Beförderungskap-seln das Netz befahren oder esverlassen, ihre hohe Geschwin-digkeit beibehaltenundmühelosdie Route ändern. Mit dem er-folgreichen Abschluss der HLS-Versuche endet die Testphaseundbeginnt zugleich einweitausgrößeres Testprojekt: das Euro-päische Hyperloop-Programm.In der ersten Testphase wurdengrundlegende Hyperloop-Tech-nologien ausgewertet: magneti-sches Schweben, Nieder-druckumgebungen,Antriebssys-

tem, Simulation vonFracht- undPassagierbeförderung, Spur-wechsel usw.In der nächsten Phase der

Hyperloop-Entwicklung soll eine3 km lange Strecke gebaut wer-den, auf der kooperierende Hy-perloop-Unternehmen ihreKap-seln bei Hochgeschwindigkeittesten können. Diese Phase bil-det außerdem die Grundlage füreine standardisierte europäischeHyperloop-Infrastruktur und-Technologie. // TK

EIT InnoEnergy

Geringe Spannung, hohe Leistung: ein Vollhybrid-Fahrzeug mit der 48-Volt-High-Power-Technologie von Continental.

Klimaschutz benötigt effizienteAntriebe. Continental Power-train setzt seit Jahren auf die48-Volt-Elektrifizierungundprä-sentiert nun eine neue 48-Volt-Antriebslösung: den 48-Volt-High-Power-Antrieb mit 30 kW.Ein Voll-Hybrid-Fahrzeug mit

48-Volt-Technologie – bislanggalt das als nicht realisierbar.Kann ein Hybrid-Fahrzeug auchrein elektrisch fahren, arbeitetder elektrische Teil des AntriebsüblicherweisemitHochvolttech-nik, alsohohenSpannungenvonbis zu 800 V. Continental ist esnun gelungen, ein 48-Volt-Hybridsystemzu entwickeln, dasvergleichbare Merkmale wie einHochvolt-Elektroantrieb auf-weist: die 48-Volt-High-Power-Technologie.Bisher sind 48-Volt-Systeme

als Mild- oder P0-Hybride be-kannt. Es handelt sich um eineunauffällige ElektrifizierungdesAntriebsstrangs. Vor allemdurchdie Unterstützung des Verbren-ners (Boosten) beimBeschleuni-gen sowie die Rückgewinnungvonüberschüssiger Bewegungs-energie (Rekuperieren) beimVerlangsamen des Fahrzeugs,was den Kraftstoffverbrauchsenkt. Rein elektrisches Fahrenjedoch ist solchen Systemennicht möglich. In der neuesten

HYBRIDANTRIEBE

Voll-Hybrid-Fahrzeug mit 48-Volt-High-Power-Technologie

Entwicklungsstufe hat Continen-tal die Position des 48-Volt-Sys-tems im Antriebsstrang verän-dert. Die E-Maschinewurdenichtmehr vor demVerbrenner anderKurbelwelle angeordnet, son-dern dahinter – zwischen Ver-brenner und Getriebe (P2-Hybrid). Die Kraftstoffersparnisließ sich so steigern und in be-stimmten Situationen, etwabeim Fahren durch eine Tempo-30-Zone, kann allein die E-Ma-schine das Fahrzeug bewegen.Mit dieser 48-Volt-High-Power-

Technologie ermöglicht dasHybridsystem nun die gleiche

Bild:Contin

ental

Funktionalität wie bisherigeVoll-Hybrid-Fahrzeuge. DieSchlüsselkomponente dabei isteinewassergekühlte Elektroma-schine mit hohem Wirkungs-grad, deren Spitzenleistung imVergleich zur bislang eingesetz-ten auf 30 kWverdoppeltwerdenkonnte. Damitwird das rein elek-trische Fahren bis zu einem Ge-schwindigkeitsbereich von 80bis 90 km/h möglich. Die Leis-tungszunahme um 100% reali-sierten die Entwickler unter Bei-behaltungdesDurchmessers derMaschine.Der Bauraum,dendie48-Volt-High-Power-Technologie

beansprucht, ist nur geringfügiggrößer als der des bisherigenSystems. Auch das Gewicht ver-änderte sich nur minimal.Die E-Maschine ist allerdings

nicht die einzige neue Kompo-nente der 48-Volt-High-Power-Technologie. Auch die integrier-te Leistungselektronik arbeitetmit einer Technik, die es nunerlaubt, deutlich höhere Strömezuverarbeiten.Die Innovationender neuen 48-Volt-High-Power-Technologie führen zu einemelektrischen Wirkungsgrad, derden des bisherigen Systems umnahezu 10%übertrifft. UndbeimRekuperieren, also dem Rück-gewinnenüberschüssiger Bewe-gungsenergie beim Verlangsa-men des Fahrzeugs, ist die neueTechnologie deutlich wirkungs-voller als bislang, da die auftre-tenden Verluste im Elektroan-trieb halbiert werden konnten.Damit bietet die 48-Volt-High-Power-Technologie sämtlicheVorteile, die auch ein herkömm-liches Vollhybrid-Fahrzeug mitHochvoltsystem auszeichnen –also signifikant niedrigerenSpritverbrauchundCO2-Ausstoßsowie eine optimierte Fahreffizi-enz bei deutlich gesteigerterFahrbarkeit. // TK

Continental

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MEDIZINELEKTRONIK // RECHTLICHE GRUNDLAGEN


Übergangsfrist endet –neue Regeln mit der MDRDie Übergangsfrist für die Medizinprodukteverordnung (MDR) läuft am26. Mai 2020 ab. Hersteller von Medizinprodukten der Klasse I sollten

sich jetzt unbedingt über die neuen Regularien informieren.

PETER ROSE *

* Peter Rose... ist Managing Director Europe beiMaetrics.

Der 26. Mai 2020 ist für Hersteller vonMedizinprodukten: An diesem Tagendet die Übergangsfrist für die Me-

dizinprodukteverordnung (MDR). Damitsteigt der Druck für Hersteller von Medizin-produkten der Klasse I, sich den neuen Re-gelungen anzupassen und die notwendigeCompliance zu gewährleisten. Die MDR hatdieRegulierungslandschaft derMedizinpro-dukteindustrie erheblich geändert, ein-schließlich neuer Klassifizierungsregeln.Deshalb ist es ratsam, dass sich Herstellermit denneuenVorschriften vertrautmachen,

umweiterhin erfolgreich auf dem EU-Markthandeln zu können.Der regulatorische Wandel: Nachdem die

Medizinprodukteverordnung 2017 veröffent-licht wurde, begann eine dreijährige Über-gangsfrist. Für alle Hersteller gab es dreiVerpflichtungen, damit sie ihrenHandel aufdem EU-Markt fortsetzen können:� Produkte, die nach dem MDD (vor dem25. Mai 2020) eine neue Zertifizierung be-kommen haben, können von der verlänger-ten Übergangsfrist bis zum Mai 2024 profi-tieren. Nichtzertifizierte Produkte müssenbis zum 26. Mai 2020 nach demMDR zertifi-ziert werden, um die Vorteile der verlänger-ten Übergangsfrist zu genießen.� Aktualisierung aller technischen Infor-mationen in Übereinstimmung mit demMDR, einschließlich klinischer Nachweise

und selbstzertifizierter Produkte der KlasseI (nur) bis zum 26. Mai 2020.� Aktualisierung aller technischen Infor-mationen in Übereinstimmung mit demMDR, einschließlich klinischer Nachweise,und Überprüfung der Konformität durcheine benannte Stelle bis zum 26. Mai 2020(einschließlich in höhere Kategorien einge-stufte Klasse-I-Produkte).Unabhängig von den drei genannten

Punkten müssen alle Hersteller ab dem 26.Mai 2020die Post-Market-BestimmungendesMDR (einschließlich PMCF, PMS, PSURoderVigilance) einhalten. Obwohl das vorhernicht der Fall war, müssen Hersteller außer-demab dem 26.Mai 2020 ein formelles Qua-litätsmanagementsystem (QMS) gemäßArti-kel 10 Absatz 9MDR erfüllen, das ambestendurch die Implementierung von EN ISO13485: 2016 vollzogen wird.Die MDD enthielt mehrere Anhänge, die

denWeg zur die Einhaltungder Bestimmun-gen definiert. Beispielsweise konnten nichtsterile Produkte derKlasse I ohneMessfunk-tion durch Selbstzertifizierung gemäß An-hang VII eine CE-Kennzeichnung erhalten.Gemäß der MDR können Hersteller von Ge-räten der Klasse I die Konformität ihrer Pro-dukte durch Ausstellung der in Artikel 19genannten EU-Konformitätserklärung bele-gen, nachdem sie die entsprechenden tech-nischen Unterlagen ausgefertigt haben.

Medizinprodukte fallen in eineandere KlassifizierungGeänderte Klassifizierung: Die MDR ent-

hält wesentliche Änderungen an der Klassi-fizierung von Medizinprodukten, wobei dieAnzahl an Regelungen von 18 auf 22 gestie-gen ist. Zusätzlich wurden Änderungen anbestehenden Regelungen vorgenommen,weshalb viele Produkte eine neue Klassifi-zierung benötigt haben. Obwohl wiederver-wendbare chirurgische Instrumente bereitsder Klasse I zugehören und derzeit keineBenannte Stelle benötigen, gibt es eineneue

Die Zeit läuft: Hersteller von Medizinprodukten der Klasse I müssen darauf achten, dass die Übergangsfristfür die Medizinprodukteverordnung (MDR) im Mai 2020 endet.

Bild:©

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Klassifizierung unter Geräten der Klasse I:Klasse Ir (wiederverwendbare chirurgischeInstrumente ), bei denen eineBegutachtungseitens der BenanntenStelle erforderlich ist.Die Informationen im Anhang VIII sind

sorgfältig umzusetzen und zu prüfen, obneueKlassifizierungenundKonformitätsbe-wertungsverfahren für dasProduktsortimentgelten. Bei Fragenhilft eineBenannte Stelle,um Fristen für die Umsetzung dieser Ände-rungen termingerecht einzuhalten. Gehörenbetroffene Produkte wegen der Umklassifi-zierung nicht mehr der Klasse I an, müssensie ebenfalls eine Benannte Stelle beauftra-gen.

Zahl der Benannten Stellen istin Europa rückläufigFrühzeitige Beauftragung der Benannten

Stelle:Die Zahl der Benannten Stellen ist inganzEuropadeutlich zurückgegangen,wes-halb ein Mangel an Kapazitäten und Fach-wissen herrscht. Derzeit sind nur zwei Be-nannte Stellen im Rahmen des EU-MDR be-nannt. Muss ein Hersteller ein Gerät von ei-ner Benannten Stellen überprüfen lassen,sollte sich dieser an die Benannte Stelle

wenden, damit bis zur Frist am 26. Mai 2020die technischen Unterlagen überprüft- undein CE-Zertifikat ausgestellt werden kann.Selbstzertifizierung:Verbleibt einmedizi-

nisches Gerät unter demMDR, so kann sichder Hersteller weiterhin selbst zertifizieren,solangedieMDR-Anforderungen erfülltwer-den. Dazu muss der Hersteller die techni-schenUnterlagen rechtzeitig zumAblauf derMDR-Frist auf denaktuellsten Standbringen.Außerdemmüssen sie die Konformität ihrerGeräte mit den Anforderungen des MDRselbst erklären und sich erneut bei der zu-ständigen Behörde registrieren lassen.Klinische Evidenz: Bereits auf dem Markt

verfügbare und zertifizierte Produkte sindnicht vonderVerordnung entbunden. Selbstwenn ein Gerät seit über 20 Jahren auf demMarkt ist, benötigt es eine neue CE-Kenn-zeichnung. KlinischeBeweise sind entschei-dend, um die MDR-Frist einzuhalten. Nachdem 26. Mai 2020 müssen Geräte der KlasseI, die nicht den neuen MDR-Anforderungenentsprechen, vomMarkt genommenwerden.Hersteller haben dann nicht mehr die Mög-lichkeit, klinischeNachweise zu erheben, umdie technischen Unterlagen gemäß den An-

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forderungendesMDReinzureichen.Herstel-ler können entweder verfügbare klinischeDaten nach dem Inverkehrbringen verwen-den oder eine Studie nach dem Inverkehr-bringendurchführen.Hersteller der Klasse Imüssen imRahmen ihres Qualitätsmanage-mentsystems einen förmlichen Bericht überdie Überwachung nach dem Inverkehrbrin-gen (Post Market Surveillance) erstellen.Dieser PMS-Plan muss ein kontinuierlicherproaktiver Prozess mit dem Ziel der ständi-genAktualisierungder klinischenNachwei-se sein.Gehen Hersteller der Klasse I ihre MDR-

Vorbereitungennicht zeitgerecht an, könntedasGerät nicht umklassifiziertwerden.Dannkann der Hersteller seine Produkte nichtmehr auf demEU-Markt verkaufen. Deshalbmüssen Hersteller darauf achten, dass dieangemessene Produktklassifizierung vor-schriftsgemäß eingeordnet wurde und dieerforderlichenklinischenNachweise zeitge-recht beschafft werden. Die die CE-Kenn-zeichnungmuss bis zum26.Mai 2020 richtigzugeordnet werden. // HEH

Maetrics

Bild 1: Nach dem dieMDR 2017 veröffentlichtwurde, begann einedreijährige Übergangs-frist. Alle Herstellermüssen ab dem 26. Mai2020 die Post-Market-Bestimmungen desMDR, einschließlichPMCF, PMS, PSUR undVigilance einhalten.

Bild:M

aetrics

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MEDIZINELEKTRONIK // HALBLEITER


Ein RFID-Chip betreibt batterielosenergieintensive SensorenMit einem RFID-Sensor-Transponder-IC als Brücke zwischen NFC und I²Classen sich kommerzielle Sensoren für analytische und diagnostische

Anwendungen anschließen und per Smartphone auslesen.

MURALIKRISHNA SATHYAMURTHY, PEGGY REICH UND ERIC SCHÄFER *

* Muralikrishna Sathyamurthy, Peggy Reich undEric Schäfer... arbeiten am IMMS Institut für Mikroelektronik-und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH inIlmenau.

Sensoren inderMedizintechnikwerdenzunehmend inder diagnostischenAna-lytik und personalisierten Therapie

eingesetzt unddort in ganzunterschiedlicheAnwendungen eingesetzt. In Zukunft sollendigitale Sensorenbeispielsweise Teststreifenergänzen. Mit Teststreifen wurden bisherermittelt, ob eine Schwangerschaft vorliegtoder eine Allergie.Dabei kommtdrahtlose Technik ins Spiel,

wie RFID, die von jedemSmartphone ausge-lesenwerdenkannunddieDatendirekt zumArzt schickt oder die Daten in einer App be-

reitstellt. Solche drahtlosen Point-of-Care-Sensoren können zusammen mit Big DataundCloud-basierter Software dieGrundlagefür ein datengetriebenes Geschäftsmodellsein.

Nahfeldkommunikation aufBasis von RFIDEin typisches RFID-System besteht aus

mindestens einem Lesegerät sowie einemodermehrerenTranspondern.Das Lesegerätkommuniziert über einhochfrequentes (HF-)Feldmit denumgebendenTagsunddie Tagsantwortenmit ihren eindeutigen Identifika-tionsnummern.DieVerbindungausRFIDmitSensoren zu RFID-Sensoren ist eine weiter-entwickelte RFID-Technik. Im Mittelpunktsteht der RFID-Sensor-Transponder-IC.

Die Nahfeldkommunikation (NFC) ist einauf RFID basierender Standard, um EnergieundDaten über kurze Distanzen zu übertra-gen.Mit denSmartphoneshat sichNFC starkverbreitet. Bisher wird diese Technik vor al-lem für kontaktlose Geldzahlungen einge-setzt, jedoch eignet sie sich sehr gut für ver-schiedeneSensorik- undMonitoring-Anwen-dungen für die persönliche Gesundheits-überwachung. NFC nutzt die gleichenISO-Protokolle für die Kommunikation mitden Transpondern wie HF-RFID bei13,56 MHz. Jedes NFC-fähige Smartphonefunktioniert somit als RFID-Lesegerät, dasdenSensortranspondermit Energie versorgt,so dass dieser dann die Sensordaten ohneeine zusätzliche Batterie auf der Tag-Seiteauslesen und übertragen kann.Stand der Technik sind dedizierte RFID-

Sensor-Transponder-ICs, bei denen die Sen-soren direkt im RFID-Chip integriert sind.Damit sind Energieeffizienz, Funktionalitätund Sensorgenauigkeit innerhalb des ICsoptimiert [1]. Allerdings sind die ICs für spe-zifische Anwendungen ausgelegt und nichtfür den breiten Einsatz inmehreren Anwen-dungsszenarien flexibel genug. Viele kom-merzielle RFID-SensorenkombinierenRFID-Transponder-ICs,Mikrocontroller (MCU)undStand-Alone-Sensoren. Die Sensoroperatio-nen werden in solchen Fällen von der MCUgesteuert: DerMikrocontroller istMaster undRFID-IC sowie Sensoren sindSlave. DieMCUverbrauchtmit etwa 100 μA/MHz diemeisteverfügbare Energie. Solche Systeme lassensich nicht mit energiehungrigen Sensorenkoppeln,wiemit in derDiagnostik eingesetz-ten optischenSensorenmit PhotodiodenundLEDs. Eine LED benötigt bereits 3 bis 5 mA.Das IMMShat einenNFC-kompatiblenHF-

RFID-Transponder-IC entwickelt. Dieserdient als drahtlose Brückenschnittstelle fürhandelsübliche digitale I²C-Sensoren. DerChipwirdmit einemOn-Chip-I²C-Master undeinemkonfigurierbarenPower-Management-Block geliefert. Außerdem unterstützt der

RFID-Chip: Das IMMS hat einen batterielosen RFID-Sensor-Transponder-IC als Brücke zwischen NFC undI²C entwickelt, mit dem sich kommerzielle Sensoren für diagnostische und analytische Anwendungenanschließen lassen.

Bilder:IMMS

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Chip verschiedene Sensoren mit unter-schiedlichemLeistungsbedarf. Er kann einegeregelte Spannung für externe Sensorenbiszu 2,2 V bei einemmaximalen Strom von 10mA liefern [2]. Dank des On-Chip-I²C-Masterblocks ist keine MCU für die Lese-/Schreibvorgängemit den Sensoren notwen-dig. Die Chip-Architektur zeigt das Bild 1.

Chip mit einem cleverenPowermanagementBei der Kopplung eines I²C-Masters mit

einemSlave-ICwird an jeder bidirektionalenLeitung (SDA, SCL) ein Pull-up-Widerstandbenötigt. In einem konventionellen I²C-Bussystem sind die ohmschenWiderständeungünstig für den Energieverbrauch. Umdieses Problemzu lösen, hat das IMMSeinenLatch-basierten Ultra-Low-Power-Pull-Up-Emulator entwickelt, der vollständig I²C-Standard-kompatibel ist [3]. Der RFID-Sen-sor-Transponder-IC zusammenmit demPull-Up-Emulator ist eine energieeffiziente Lö-sung, um drahtlose personalisierteHealth-Care-Anwendungen aufzubauen.Das Powermanagement ist Grundlage für

eine stabile Kommunikation mit externenI²C-Sensoren.Der Chipnutzt einen externenKondensator, der die Energie automatischspeichert,während sichder Transponder imEnergiefeld des Lesegeräts befindet. Ist dieerforderliche Energie für den System- undSensorbetrieb geladen,wird ein internes In-terrupt initiiert. Jetzt kann der Betrieb derverbundenen I²C-Slave-Chips,wie Sensorenund externer Speicher, eingeleitet werden.Der Ladevorgangdes externenKondensators

ist konfigurierbar, um einen unterschiedli-chen Stromverbrauch bei kommerziellenSensoren zuberücksichtigen.Über standard-mäßige Schreibbefehle nach ISO 14443 TypA lässt sich der On-Chip-Speicher program-mieren.Mit den externen I²C-Sensoren wird kom-

muniziert, indem die Informationen für dieI²C-Kommunikation indieBefehlsregister imTransponderspeicher geschrieben werden.Diese Informationen werden vom On-Chip-I²C-Master verwendet, um die I²C-Transaktionenmit den externenSensoren zuinitiieren. Der Chip ist für den externen I²C-Betrieb flexibel: mehrfacher Lese- undSchreibbetrieb; kombinierter Lese- und

SCL

Demodulator

ModulatorMOD

DEMOD

Clock

Rectifiers

Limiter

Bandgap LDOs

POR

V DCA

V DCD

V DDD

V DDA

SDA

V SSDigitial Logic

I2CMaster

Memory

ProtocolEngine

ClockRecovery

RFID Frontend

Power Management Unit (PMU)

V RF2

V RF1

Bild 1: Das Blockschaltbild des RFID-Sensor-Transponder-ICs.

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Diagnostische Labor-anwendungen überwachenNeben NFC-basierten Sensoranwendun-

gen in den Privathaushalten lässt sich derentwickelte Chip für verschiedene diagnos-tische Laboranwendungen einsetzen, umeinpermanentes Monitoring von Umgebungs-

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Sensordaten mit NFC auswertenEin wesentlicher Vorteil der NFC-basier-ten Auswertung von Sensoren im Ver-gleich zu konventionellen Ansätzen liegtin der Kompaktheit und Flexibilität: MitNFC kann der Anwender die Sensorenüber eine Smartphone-App konfigurie-ren und auslesen, die auf einfachemWeg komplexe Parameterkombinatio-nen, Auswertungsalgorithmen und dieAnbindung ans Internet ermöglicht.Anstatt auf dem Sensor LEDs oder einDisplay installieren zu müssen, kann dergrößere Bildschirm eines Smartphonesoder Tablets genutzt werden. Das er-höht die Nutzerfreundlichkeit und senktgleichzeitig die Systemkosten. Im Ver-gleich zu anderen Techniken wie Blue-

tooth oder WiFi werden für NFC-basierteSensoren keine Batterien oder Akkusbenötigt, was insbesondere gegenüberheute verfügbaren elektronischen Weg-werftests einen erheblichen Vorteil dar-stellt.Der vorgestellte RFID-Chip des IMMSzum Anschluss kommerzieller Sensorenbietet daher für eine Vielzahl von Point-of-Care-Anwendungen erstmals einetechnologische Basis, um Sensordatenfür neue Wertschöpfungsmodelle, wiemit individualisierten Produktempfeh-lungen, ressourcenschonend zu sam-meln und damit denWeg für neue daten-getriebene Geschäftsmodelle in unsererdigitalen Welt zu ebnen.

parameternwie Temperatur, LuftfeuchtigkeitundDruck zu ermöglichen.Der Chip ist voll-ständig zumProtokoll ISO 14443 TypAkom-patibel und lässt sichmit jedemkommerziellerhältlichenHF-RFID-Lesegerät verwenden.Die Arbeiten im Verbundprojekt ADMONT

werden als industrielle Forschung (Innovati-on Action) im ECSEL-Programm als Teil desForschungsrahmenprogramms Horizont2020 durch die Europäische Union und dasBundesministerium für Bildung und For-schung unter dem Kennzeichen 661796 ge-fördert, das Teilvorhabendes IMMS„Entwurfintelligenter in-vitro-diagnostischer undbioanalytischer Sensor- und Aktorsysteme“unter dem Kennzeichen 16ESE0057. // HEH

IMMSBild 2: Demonstratoraufbau eines RFID-Sensors zur Temperatur-, Luftfeuchte- und Druckmessung.

Bild 3: Am IMMS entwickelte Smartphone-App zum Auslesen der RFID-Sensoren.

Referenzen[1] J. Tan, M. Sathyamurthy, A. Rolapp, J. Gamez, E.

Hennig, E. Schäfer, and R. Sommer, “A FullyPassive RFID Temperature Sensor SoC with anAccuracy of ±0.4°C (3σ) from 0°C to 125°C,” inIEEE Journal of Radio Frequency Identification(JRFID), vol. 3, no. 1, pp. 35-45, Mar. 2019. DOI:10.1109/JRFID.2019.2896145

[2] J. Tan, M. Sathyamurthy, A. Rolapp, J. Gamez,M. Elkharashi, B. Saft, S. Jäger, and R. Sommer,“An RFID to I2C Bridge IC with Supply Interfe-rence Reduction for Flexible RFID Sensor Appli-cations,” in IEEE International Conference onRFID 2019, Phoenix (AZ), USA, Apr. 2019. DOI:10.1109/RFID.2019.8719257

[3] B. Saft und G. Gläser, „Schaltungsanordnungzur Bereitstellung der Ladeenergie für einenPegelwechsel auf einem Signalbus, Verfahrenzur Kalibrierung und Signalübertragungssys-tem“, Offengelegte Patentanmeldung DE 102016 119 927 A1.

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Freie Mitarbeiter: Prof. Dr. Christian Siemers,FH Nordhausen und TU Clausthal;Peter Siwon, MicroConsult;

Redaktionsanschrift:München: Rablstr. 26, 81669 München, Tel. -30 87, Fax -30 93;Würzburg: Max-Planck-Str. 7/9, 97082 Würzburg,Tel. -24 77, Fax -27 40

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Datenbank:Die Artikel dieses Heftes sind in elektronischer Form kostenpflichtigüber die Wirtschaftsdatenbank GENIOS zu beziehen: www.genios.de

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Mit einer speziellen digitalenAudio-Technologieplattformvonams soll der eindringende Stör-schall bei lose imOhr zu tragen-den Ohrhörnern in Echtzeit aus-geblendet werden. Die Technikbezeichnet man als AutomaticLeakage Compensation (ALC).Lose sitzende kabellose Ohr-

hörer mit der entwickelten ALC-Technik sollen ein ungestörtesHörerlebnis garantieren, ähnlichwiemitANC-Kopfhörern:Ohrhö-rermit ALC schaffen einennahe-zu völlig ruhigenHintergrund für

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Audiotechnik für Ohrhörereine bessere Audioqualität beiTelefongesprächen, Musik undMedieninhalten. Ihr Abschwä-chungsvermögen für Störgeräu-sche von bis zu 40 dB soll nachHerstellerangaben das aktuelleBauteil AS3418 (ams) übertref-fen, das eine Störgeräuschunter-drückung vonmindestens 30dBerreicht.Die Augmented Hearing Engi-

ne dient als Plattform für dieFunktion Automatic Preset Se-lection (APS) im BausteinAS3460 zur aktiven Störge-räuschunterdrückung (ANC).APS erlaubt es, verschiedeneArten von Geräuschen aus derUmgebung zuunterdrücken.DieOhrhörer können je nachArt deserkannten Störschalls automa-tisch von einer in die andere Be-triebsart umschalten.

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Medizintechnische Geräte unddie medizinische Notfallausrüs-tungmüssen im Ernstfall hohenBelastungen Stand halten undjederzeit voll funktionstüchtigsein. Um sie einfacher transpor-tieren zu können, werdenmobi-le Herz-Lungen-Maschinen odertragbare Defibrillatoren kom-pakt und leicht konstruiert. Ro-bustheit und Zuverlässigkeitdürfen darunter nicht leiden.Hoch sinddieAnforderungenandie weitere Ausstattung in Ret-tungshubschraubern und Kran-

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INDUSTRIEELEKTRONIK // AUTOMATISIERUNG


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MARLENE WÜRCHER *

* Marlene Würcher... ist Global Distribution Marketing Manager beiInfineon Technologies, München.

Vorweggenommen: Der vorliegendeArtikel skizziert die Mikrocontroller-Familie XMC4300/4800 in Kombina-

tionmit denHigh-Side-LeistungsbausteinenPROFET für den Einsatz in der Industrie-Automatisierung als Alternative zu einerspeicherprogramierbaren Steuerung. Zuvorumreißt der Beitragdie Entwicklungder SPS-Automation vor demHintergrundvon Indus-trie 4.0.

Flexibilisierung derAutomation in der IndustrieDie Entwicklung der speicherprogram-

mierbarenSteuerung (SPS) im Jahr 1968 führ-te zu radikalenVeränderungen inder indus-triellen Fertigung. Speicherprogrammierba-re Lösungen traten andie Stelle der bis dahingebräuchlichen fest verdrahteten Relais-Systeme. Mit der Einführung von speicher-programmierbarenSteuerungenmachte dieFlexibilität der Produktion einen bedeuten-den Entwicklungssprung. Durch die Elimi-nierung tausender elektrischer Schaltungenverbesserte sich gleichzeitig auch die Zuver-lässigkeit. Mit der Zeit entwickelten sich dieSPS-Programme von der Programmierspra-cheKontaktplan, die auf elektrischenSchal-tungsdiagrammen basierte, hin zu komple-xen Algorithmen.Speicherprogrammierbare Steuerungen

nehmen somit die zentrale Stelle inAutoma-tionssystemen ein. Sie verarbeiten die Ein-gangs- undAusgangsdatenund steuerndenBetriebsablauf der Fabriken. Damit sind siebestens geeignet zur Implementierung vonIndustrie 4.0-Lösungen in cloudbasiertenApplikationen. Das Konzept von Indust-rie-4.0 bietet zahlreichebetrieblicheVorteile.ZumBeispiel ermöglicht es die automatischeAnpassung der Produktionsplanung an ver-änderteKundenanforderungen, bei Engpäs-

Bild 1: Die Mikrocontroller-Serien XMC4300 und 4800 integrieren einen EtherCAT-Knoten sowie On-Chip-Flash-Speicher und Analog/Mixed-Signal-Fähigkeit, die den Cortex-M4-Prozessor verwenden.

Bilder:Infineon

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sen in der Logistik oder wenn Maschineninstandgesetzt werdenmüssen.Die Verfügbarkeit von smarten Transmit-

ternhat dazugeführt, dass speicherprogram-mierbare Steuerungen jetzt sehr viel mehrMaschinendaten überwachen können alsdies vorher der Fall war. Unter anderem er-laubt die Umsetzung von Industrie 4.0 denEinsatz leistungsfähiger Analyse-Tools zurAbfragedieserDatenund zurVorhersage vonAusfällen. Cloudbasierte Systeme integrierenauch aktuelle Informationen von Kundenoder Netzwerken der Logistik. Produktions-pläne lassen sich somit kontinuierlich aktu-alisieren. Diese Vorteile sind nur erzielbardurch die robuste Automation auf der Basisvon SPS.

Herausforderung Industrie 4.0und neue SPS-PerspektivenAllerdings bringt Industrie 4.0 auch etliche

Herausforderungen für die industrielle Fer-tigung, etwa stehen Safety und Security da-bei ganz oben auf der Liste und sind vonweitreichenderBedeutung. Industrielle Fer-tigungsanlagen sind heute umfassend regu-liert, und die Verantwortung für die Sicher-

heit der Mitarbeiter und den Unfallschutzliegt bei der Unternehmensleitung.Gleichzeitig wird bei der Einführung neu-

er Betriebsabläufe mit aktuellen Konzeptenwie Industrie 4.0 schnell klar, dass auch dieSpannweite potenzieller Applikationen fürspeicherprogrammierbare Steuerungenwei-terwächst. Dies führt zu neuen SPS-Lösun-gen, die dendetailliertenAnforderungenderjeweiligen End-Applikationen entsprechen.Die Entwicklung einer speicherprogram-

mierbaren Steuerung setzt den Zugriff aufgeeignete Schaltungen und Komponentenvoraus. Gleichzeitig tendiert die Auslegungvon SPS generell zu höherer Flexibilität. Eingesicherter Zugriff auf Komponenten für die-se flexiblen SPS-Formate ist also eine wich-tigeVoraussetzung für innovative Lösungen.Zum Einsatz der SPS in rauen Industriean-wendungen ist ein robustesDesignunerläss-lich. Weitere Kriterien sind Zuverlässigkeit,Systemstabilität und einehundertprozentigeKompatibilität mit verbundenen Automati-onssystemen. Auch weitere Faktoren wieMarkteinführungszeit, begrenzter Bauraumunddie hoheNachfragenachKomponentenmit einem guten Preis-Leistung-Verhältnis

Bild 2: Die im Mikrocontroller integrierte PLL versorgtdie EtherCAT-IP mit dem nötigen 25-MHz-Takt. DenCode stellen die integrieren RAM- bzw. Flashspeicherbereit. Er wird vom Cortex-M4-Prozessor mit einerFrequenz von 144 MHz ausgeführt.

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spielen bei der Entwicklung einer SPS eineRolle.Generell befindet sich im Kernbereich ei-

ner speicherprogrammierbaren Steuerungein Mikrocontroller. Die XMC-Familie vonInfineon beispielsweise besteht aus Indust-

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rie-Mikrocontrollern, basierend auf demCortex-M4-Kern von ARM mit Gleitkomma-einheit und implementierten DSP-Befehls-satz.

Vorteile der integriertenEtherCAT-TopologieDie Serien XMC4300 und XMC4800 sind

die branchenweit erstenMikrocontrollermitintegriertem EtherCAT-Knoten sowieOn-Chip-Flashspeicher und Analog/MixedSignal-Fähigkeit, die einen Cortex-M4-Prozessor verwenden. Beide ermöglichenkompakte System-Designs, da weder dedi-zierter EtherCAT-ASIC noch externer Spei-cher oder Quarz-Taktgenerator nötig sind,umdie EtherCAT-Slave-Steuerung zu starten.Die integrierte PLL versorgt die EtherCAT-IPmit demnötigen 25-MHz-Takt. DenCode stel-lendie integrierenRAM-bzw. Flash-Speicherbereit. Erwird vomCortex-M4-Prozessormiteiner Frequenz von 144 MHz ausgeführt.Zur Unterstützung der Entwickler gibt es

von Infineon das XMC4300 Relax EtherCATKit (Bild 3). Es beinhaltet den ESD- und Ge-genstromschutz und ist kompatibel mit derArduino-Plattform. Das Kit enthält auch ei-nen On-board Debugger. Per USB-Verbin-dungwirddasKitmit Spannungversorgt undhat einen Standard EtherCAT-Anschluss so-wie optionale PHY-to-PHY-Verbindung (phy-sical layer, Funktionsgruppe zur Kodierungund Decodierung der Daten).

Die PROFET-Leistungsschalterzum Treiben der LastenNeben seiner Funktion als zentraler Pro-

zessor benötigt der Mikrocontroller eine si-chere, zuverlässige und effiziente Schnitt-stelle zur Steuerungder hohenSpannungenund Ströme, die in industriellen Anlagenüblich sind. Als Lösung für solche Anwen-dungen stehen die industriell qualifiziertenPROFET-Leistungsschalter (PROtected FET)von Infineon zur Verfügung. Die PROFET-Familie kombiniert das Schaltenhoher Strö-menmit den nötigen Schutzfunktionen undDiagnoseeigenschaften (monolithisch inte-griert) in einem Gehäuse. Um einen umfas-senden Schutz zu gewährleisten besitzenPROFET-Schalter einen DMOS-Leistungs-transistor und eineCMOS–Logik.DieseHigh-Side-Leistungsschalter bieten Schutz gegenÜberladung, Übertemperatur und Kurz-schlüsse in zahlreichen industriellen Appli-kationen und Automotive-Anwendungen.Das Portfolio der industriellen PROFET

umfasst zahlreiche Einzel- und Mehrkanal-bausteine mit Lastströmen von <0,5 A bis 7A. Durch die integrierten Schutzfunktionensind die PROEFTS außerordentlich robust

und damit in der Lage, alle Arten von elekt-rischen Lasten in einem anspruchsvollen,industriellen Umfeld zu schalten. Darüberhinaus ermöglicht die intelligente Diagnosedem Mikrocontroller, den Status und gege-benenfalls eine Störung (etwa KurzschlussoderÜbertemperatur) amPROFET zuverläs-sig anzuzeigen. Eine externe Schaltung istdazu nicht notwendig. Das senkt die Kostenund erhöht die Zuverlässigkeit des Systems.Die neueste Familie hat die BezeichnungITS4075 PROFET.Die speicherprogrammierbare Steuerung

bleibt im Industrie-4.0-Ansatz und inweite-ren Smart-Factory-Initiativen die Schaltzen-trale in industriellen Anwendung. Das Pro-

duktportfolio von Infineon umfasst dazurobuste und zuverlässige Bausteine sowiezahlreiche Produkte für die individuelle Ge-staltung vonSPS-Anwendungen.NebendenIndustrie-qualifiziertenPROFET-Bausteinen,32-Bit-Mikrokontrollern und AURIX-Mehr-kern-Mikrocontrollern für höchste Sicher-heitsanforderung, die für die anspruchsvol-lenAufgaben einer SPS ausgelegt sind,wirdfür die integrierte Sicherheit auch die Pro-duktfamilieOPTIGATrust angeboten.Hierzuist auch das XMC4800 Connectivity Kit (mitOPTIGA Trust X for secure IoT) zu erwäh-nen. // KU

Infineon

Bild 3: Das Entwickler-Kit XMC4300 Relax EtherCAT hat ESD- und Gegenstromschutz, einen On-boardDebugger, Standard-EtherCAT Anschluss, optionale PHY-to-PHY-Verbindung und ist kompatibel mitder Arduino-Plattform.

Bild 4: Die Leistungsschalter PROFET (ProtectedFET)sind Einzel- und Mehrkanalbausteine für Lastströmevon <0,5 A bis 7 A und integrieren Schutz- undDiagnosefunktionen.

Bild 5: Die PROFET-Familie besteht aus einerVielzahl von Leistungsschaltern für eine Fülle vonApplikationen.

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Integriertes Monitoring-SystemAnwendungen unterstützenkann. Neben 6 USB-3.0- und 2Standard-GbE-Ports sind 4 GbE-Ports mit Power-over-Ethernet-Funktion vorhanden. Auch RS-232-, RS-422 undRS-485-Schnitt-stellen sowie 3 Einschübe fürSIM sind anBord. Zur Eagle-Eye-Plattformgehören auch lüfterlo-seBasis- undMittelklassemodel-le. Die Einsteigervariantenbasie-ren auf der Braswell-Plattformvon Intel, die Mittelklasse ver-wendet die Skylake-U-Plattform.Diese Geräte sind laut Anbietersehr gut für die industrielle Bild-verarbeitung geeignet. Je nachAusführung haben die Indust-rierechner passiv gekühlte, auf-fällig geschwungene und ver-schieden große Gehäuse.

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ZUM SCHLUSS


5G-Netz: Es verschimmeln bereits4 Mrd. Euro in Förderprogrammen

„Der Digitalpakt unterstützt primär schnelles Internetper Glasfaser. Das hilft nicht beim Stopfen der Funk-löcher im ländlichen Raum und beim Aufbau eines

leistungsstarken 5G-Mobilfunknetzes.“

Über 6,5 Milliarden Euro müssen die vier erfolgreichen Bieterfür die versteigerten Frequenzblöcke im Sub-6-GHz-Bandzahlen. Das Versteigerungsergebnis hätte man auch billiger

habenkönnen.Die gleicheVerteilungder Frequenzblöcke zwischenden vier beteiligten Netzbetreibern gab es nämlich schon bei einerfrüherenVersteigerungsrunde – 4Milliarden Euro vorher. Diemehrals 6,5MilliardenEurowerdendenNetzbetreibernbeimAusbaudesMobilfunknetzes fehlen, gerade wenn es um das Schließen vonFunklöchern im ländlichen Raum geht.Die Einnahmender aktuellenVersteigerungmüssen in die Ertüch-

tigung des bestehenden LTE-Netzes fließen, das für die nächstenJahre die Grundlage für den 5G-Ausbau ist. Das kannman rechtferti-gen. Deutschland hat eine so schlechte Mobilfunk-Abdeckung undeine sehr mittelmäßige Datengeschwindigkeit, weil die Firmen beifrüheren Versteigerungen zu viel Geld gezahlt haben.Bislang sind 60,26 Milliarden Euro im Bundeshaushalt versickert,

diebeimAusbaudesMobilfunknetzesgefehlthaben.NachderUMTS-Versteigerung wurde aufgrund der hohen Versteigerungszahlungennur ein sehr dünnes Netz vonMobilfunkmasten aufgebaut. Nachfol-gendeStandardswie LTEwurdendannhauptsächlichnur on top aufdie vorhandenenMasten installiert.Warumwollenwir einFörderprogramm,ausdemdieNetzbetreiber

unterstützt werden? Der Mobilfunkausbau im ländlichen Raum istoftmals nicht wirtschaftlich. Eine Sendeanlage kostet schnell eineMillion Euro, weil in der Regel auch ein Glasfaseranschluss gelegtwerden muss. Ohne Förderprogramm – das sich aus den aktuellenVersteigerungserlösen speisen sollte – wird es keine wesentlichenVerbesserungengeben,weil eskeinenHebelmehrüberAuflagengibt.

Jetzt sollte esdarumgehen,dieMobilfunk-Versorgungslage in länd-lichen Gebietenmit LTE zu verbessern, aber auch die Qualität insge-samt.Wenn ichvonKöln inmeineHeimatstadtDüren fahre, reißt aufder Strecke mindestens fünf Mal die Telefonverbindung ab. Egal, obich im Zug sitze odermit demAuto fahre.Die Bundesregierung will das Geld aus der gerade zu Ende gegan-

genen Versteigerung in den Digitalpakt stecken. Dieser sieht vor, 70Prozent der Einnahmen in den Ausbau von schnellem Internet mitGlasfaser zu investieren. Das ist meiner Meinung nach nicht zielfüh-rend. Dafür gibt es heute schon Förderprogramme, in denen über 4Milliarden Euro seit Jahren verschimmeln, weil sie nicht abgerufenwerden. In den nächsten Jahren wird hier kein zusätzliches Geld ge-braucht. Ichbefürchte, dassdasGeldausder aktuellen 5G-Frequenz-versteigerung ineinigen Jahren indenallgemeinenHaushaltübergeht,weil es nicht beimGlasfaserausbau ausgegebenwird.Der flächendeckendeAusbaumit schnellemLTEhat fürunsGrüne

Priorität. Bei 5Gwäre es immenswichtig,wenndieNetzbetreiber vonAnfang an das Nationale Roaming einführen, ummöglichst schnelleineguteFlächenabdeckungzuerreichen.Eserfolgt eineAbsprache,wer wo einen Sendemasten aufstellt, der dann von den anderen dreiNetzbetreibernmitgenutzt werden kann.Das ist ausder technischenSicht zwarkomplex, abermachbar,wie

Beispiele aus anderen Ländern zeigen. Das Stichwort ist hier RAN-Sharing,damit es zukeinenUnterbrechungenbeimFrequenzwechselkommt. Auf jeden Fall würde dieser Weg die 5G-Tarife spürbar nachuntenbeeinflussen.Ansonstenbefürchtenwir,dassdieersteZeitnurwirtschaftlicheHot-SpotswiederPotsdamerPlatzoderdasFrankfur-ter Bankenviertel versorgt werden. // ME

Grünen-Politiker Krischer zur 5G-Frequenzauktion:„Schon heute verschimmeln 4 Mrd. Euro in Förderpro-grammen, weil sie nicht abgerufen werden.“

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