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Das Herz Ihrer Applikation verdient das Beste

TRACO POWER
Traco Power fokussiert sich seit über 30 Jahren auf ich bei der Entwicklung von kundenindividuellen Netzteilen
© TRACO POWER

Wir sind es gewohnt, Analogien zwischen elektronischen Systemen und dem menschlichen Körper zu sehen: Microcontroller agieren als 'Gehirne', und Sensoren sind 'Augen und Ohren'.

Einführung

In diesem Fall ist die Stromversorgung sicherlich das Herz - denn ohne sie können alle anderen Einheiten nicht funktionieren. Daraus folgt, dass das System als Ganzes von der Performance und Belastbarkeit dieser kritischen Komponente abhängig ist. Ungeachtet der Qualität der am Eingang anliegenden Netzspannung, der Umgebungstemperatur und Feuchte, oder mechanischer Vibrationen, muss die Stromversorgungseinheit die kontinuierliche Funktionalität von beispielsweise medizinischem Equipment, robuster Maschinerie und drahtlosen Netzwerken sicherstellen.

Im Hinblick auf die Vielzahl von Stromversorgungslösungen, die heute auf dem Markt angeboten werden, scheint es, dass die Industrie beinahe jeden Einsatzfall abdeckt: breite Eingangsbereiche, mehrere Ausgänge und kompakte Formfaktoren. Somit scheint es kaum denkbar, dass es noch einen Anlass gibt, eine kundenspezifische Lösung in Erwägung zu ziehen. 

Was bedeutet "kundenspezifisch"?

Kommerzielle, lagermäßig lieferbare Standartlösungen (englisch: commercial-off-the-shelf, COTS), gelten als dass Standbein der Entwickler. Das sind getestete und funktionstüchtige Systeme; sind von verschiedenen Quellen erhältlich und vermitteln ein Gefühl der Sicherheit in Bezug auf ihre Langzeit-Verfügbarkeit. Die Bezeichnung "kundenspezifisch" andererseits erweckt die Vorstellung handwerklich gefertigter Designs mit hohen Kosten, langen Entwicklungszeiten, zusätzlichem Projektmanagement und Bindung an einen einzigen Lieferanten. Außerdem - was geschieht, wenn eine oder mehrere Komponenten einer solchen Kundenentwicklung mit geringen Stückzahlen das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, oder wenn ein wichtiger Fertigungsprozess nicht länger verfügbar ist? Solche Besorgnisse sind angebracht und es wäre eine Überraschung, als Entwicklungspartner von kundenindividuellen Netzteilen nicht mit solchen Fragen konfrontiert zu werden, wenn dieses Thema aufkommt. 

Gemessen an seiner strengsten Definition ist ein kundenspezifisches Produkt eines, das für einen einzigen Kunden von Hand gefertigt wird. Doch in Wirklichkeit bedeutet es oft nur eine simple kundengerechte Modifikation eines existierenden Standartproduktes. Zertifizierungen, zum Beispiel, sind komplexe und kostenträchtige Prozesse, sie werden nur durchgeführt, wenn eine klare marktbedingte Notwendigkeit vorliegt. Möglicherweise lässt sich also eine existierende Standartlösung zertifizieren, so dass sie in einer spezifischen Applikation einsetzbar ist. Oder eine andere verfügbare Standard-Stromversorgung erfüllt in gewissem Maß die Anforderungen einer Applikation, erfordert jedoch einen zusätzlichen nicht-standardmäßigen Fertigungsfluss und Testprozess. 

Aus diesem Grund ist die Entwicklung einer kundenspezifischen Stromversorgung nicht notwendigerweise ein umfangreiches Projekt, und ebenso wenig muss die Entwicklung einer kundenindividuellen Lösung ein langer und teurer Prozess sein.

Der Ausgangspunkt für eine kundenspezifische Stromversorgung

Wenn ein Entwicklerteam meldet, dass es ein Problem mit der Stromversorgung des zu entwickelnden Produkts hat, dann folgt darauf in aller Regel eine gründliche Übersicht anderer verfügbarer Lösungen, mit einer Auflistung der aktuell ungelösten Anforderungen. Das ist eine ausgezeichnete Position für eine Lückenanalyse betreffend die eigenen Anforderungen und die am Markt verfügbaren Stromversorgungsprodukte. Dazu Bild 1. 

Sollte das Team dabei das perfekte Produkt gefunden haben, aber feststellen, dass es an den notwendigen Zertifizierungen für den anvisierten Einsatzfall mangelt, dann dürfte der Weg zur Zertifizierung kurz und einfach sein. Liegt das Problem in den verfügbaren Ausgangsspannungen, müsste auch das leicht lösbar sein, vorausgesetzt der Unterscheid zwischen der existierenden Implementierung und dem gewünschten Ausgangspegel ist nicht geradezu extrem.

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Bild 1. Ein COTS-Produkt dient oft als Ausgangspunkt der Diskussion über die kundenspezifische Entwicklung einer Stromversorgung. Die erforderlichen Änderungen können geringfügig sein oder ein komplettes Re-Design umfassen.
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Wenn das Problem in den Vorgaben der Eingangsspannung besteht, sind die erforderlichen Änderungen meist von größerer Signifikanz. Ein existierendes Standartprodukt kann dann als Startpunkt dienen, um die neue Eingangsspezifikation zu realisieren, doch die notwendigen Änderungen im Design sind umfangreicher.

Bedarf für eine volle Kundenentwicklung besteht höchstwahrscheinlich, wenn die verfügbare Leistung nicht ausreicht, oder wenn die Umgebungsbedingungen stark differieren. Das rührt daher, dass viele frühe Entscheidungen bei der Entwicklung einer Stromversorgung auf bestimmten Anforderungen basieren und damit die Fähigkeiten des Systems wie vereinbart festlegen.

Anwendungsbeispiel und Erfolgsgeschichte: 

TEILCHENBESCHLEUNIGER

ZUVERLÄSSIGE STROMVERSORGUNG VON TRACOPOWER FÜR DIE SPITZENFORSCHUNG

Nachts um 2 Uhr eine Strecke von 3,3 km an einem Teilchenbeschleuniger entlang zu gehen, um defekte Anlagenteile auszutauschen, gehört nicht zu der Lieblingsbeschäftigung der Ingenieure und führt bei den Wissenschaftlern, die am Ende des „Rohrs“ Experimente durchführen, zu Frustrationen. Es war also bereits beim Start des Projekts klar, dass die Zuverlässigkeit der Stromversorgungen weit oben auf der Liste der Anforderungen stehen musste. Aber dies war nur eine von mehreren Schlüsseleigenschaften auf der Spezifikationsliste. 

Grundlage für die endgültige Lösung war ein vorhandenes kompaktes 24-V / 240-W-Netzteil, das eine Reihe von Modifizierungen benötigte, um den Anforderungen der Applikation zu entsprechen. Die vielleicht kritischste Anforderung war die CE-Zertifizierung der Applikation in welche die Netzteile integriert sind. Zudem musste die Verfügbarkeit über einen Zeitraum von zehn Jahren gewährleistet sein. 

„Wir haben ein redundantes System mit zwei Netzteilen pro Modul implementiert, um eine zuverlässige Stromversorgung aller Sektionen des Beschleunigers zu gewährleisten“, erklärt Carsten Müller, Laborleiter und Anlagentechniker. „Kritisch für uns war, dass unser Partner in diesem Projekt unsere individuellen Bedürfnisse erfüllen konnte, insbesondere hinsichtlich der Modifizierungen und der CE-Zertifizierung. Die Verfügbarkeit über die lange Laufzeit dieses Projekts und die schnelle Lieferung von Ersatzteilen für dieses kundenspezifische Produkt waren von unschätzbarem Wert. Mit der Unterstützung von Traco Power können wir weiterhin wissenschaftliche Spitzenleistungen vollbringen.“

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Von der ersten Anfrage zum endgültigen Stromversorgungsprodukt

Wenn der Druck hoch ist, Verzögerungen im Liefertermin eines Produkts zu vermeiden, kann es durchaus angebracht sein, dem Entwicklerteam die Entwicklung einer eigenen passenden Stromversorgung zu gestatten. Die Entscheidung für die Selbstentwicklung statt eines Zukaufs mag auf guten Absichten beruhen und auf dem Papier finanztechnisch vernünftig erscheinen, doch sie führt oft zu weiteren Problemen, wenn dabei die Kosten eskalieren und die Konzentration der Entwickler auf das aktuell zu fertigende Produkt wegen der Herausforderungen bei der Implementierung der Stromversorgung in den Hintergrund gerät.

Hier bietet die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Stromversorgungs-Partner mannigfache Vorteile. Erstens kann man sich dabei auf die System-Expertise des Partners stützen und sogar auf neue Ansatzpunkte stoßen, die vorher nicht präsent waren. Außerdem kann dieser Partner dank seiner Kernkompetenz der Stromversorgungsentwicklung schnell klären, was realistisch machbar ist, und was nicht. Und schließlich kann man sich auf zugesagte Entwicklungs- und Lieferfristen verlassen, da sich der Partner nur auf die Stromversorgungsentwickung fokussiert.

Kunden, die sich für Ihre Stromversorgungslösung für die Zusammenarbeit mit Traco Power entscheiden, folgen einem gut etablierten Prozessdurchlauf von der ersten Anfrage bis zur endgültigen Produktion (Bild 2). In den ersten Meetings werden die technischen Anforderungen festgelegt, und es wird eine fachkundige Analyse der optimalen Auslegung der Stromversorgung erstellt. Dieser Prozess geht durch mehrere Iterationen, bis die endgültige Definition genehmigungsreif ist. Anschließend werden von Traco Power ein Datenblatt, ein 3D-Modell und ein Kostenvoranschlag für die Entwicklung vorgelegt. Das 3D-Modell kann auch in gedruckter Form erstellt werden, um den mechanischen Aspekt der vorgeschlagenen Lösung innerhalb der Applikation des Kunden zu verdeutlichen.

Darauf folgt der eigentliche Designprozess mit einer Reihe von Revisionen und Tests in enger Abstimmung mit dem Kunden. Das soll sicherstellen, dass eventuelle Problemlagen frühzeitig aufgedeckt und zügig beseitigt werden. Das Ergebnis dieses Prozesses sind erste Samples des Produkts. Erst nachdem diese genehmigt wurden, werden die einmaligen Entwicklungskosten (non-returnable engineering, NRE) berechnet.

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Bild 3. Modernates Testequipment bei Tracopower garantiert eine höchste Zuverlässigkeit der Stromversorgungslösungen
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Bild 2. Obwohl jeder Kunde unterschiedliche Anforderungen hat, verlaufen die meisten Projekte nach diesem klaren und erfolgreichen Prozess.
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Die Zertifizierungen werden durchgeführt, nachdem das Design genehmigt wurde, aber bevor die Massenfertigung anläuft, denn sie können recht kostspielig sein. Deshalb ist es sinnvoll, abzuwarten, bis das Design abgeschlossen ist. Wegen der bereits ausgeführten internen Tests ist dies meist nur eine Formalität.

Ist mein Produkt nächstes Jahr noch verfügbar?

Nur weil ein Produkt speziell und einmalig ist, fördert es nicht seine Akzeptanz, wenn man das vorzeitige Ende seiner Lebenszeit erklären muss, weil eine einzige Komponente nicht länger verfügbar ist. Viele Stromversorgungen sind ein kleiner Bestandteil größerer Systeme, etwa von medizinischen Geräten, die selbst lange und komplexe Zulassungsprozesse durchlaufen haben, und deren Lebensdauererwartungen in mehreren Dekaden bemessen sind.

Die von uns eingesetzte Design-Methodik stellt sicher, dass, wenn immer möglich, alle Komponenten mit zweifacher Lieferquelle verfügbar sind. Außerdem werden die Schaltungen unter dem Gesichtspunkt einer minimalen Zahl an eingesetzten Komponenten ausgelegt, wobei jede Komponente ihren spezifischen Platz im Design hat. Das bedeutet, dass weniger Fehler auftreten, und weniger Komponenten von Lieferproblemen betroffen sein können. Datenblätter erzählen nur die halbe Geschichte. Deshalb hat unser Entwicklerteam seine eigene Datenbasis an Komponenten-Wissen aufgebaut. Diese Einsichten sind essenziell bei der Entwicklung robuster und zuverlässiger Leistungsbausteine.

Nach dem Abschluss der Entwicklung wird das endgültige Design zum Eigentum der Kunden. Somit können sie auch alternative Fertigungspartner einbeziehen oder Second-Source-Strategien implementieren, um die Lieferkette noch stärker unter ihre Kontrolle zu bringen.

Zusammenfassung

Bei der scheinbar unendlichen Vielfalt marktgängiger Standart-Stromversorgungen kann es eine Überraschung sein, dass sich darunter keine finden lässt, die alle Anforderungen an eine spezifische Applikation abdeckt. Das verstärkt die Versuchung, eine eigene Lösung im eigenen Haus zu erstellen. Doch das resultiert oft in höheren Kosten und weiteren Verzögerungen, wenn die Stromversorgung, und nicht die eigentliche Applikation, ins Zentrum der Anstrengungen des eigenen Entwicklerteams rückt.

Die Entwicklungspartnerschaft mit Traco Power bietet deutliche Vorteile für Entwickler. Erstens bedeutet eine 'Kundenlösung' nicht unbedingt ein von Grund auf neues Design. Außerdem kann Traco Power mit gründlicher Applikations-Expertise alternative Vorgehensweisen ermöglichen, die vorher nicht beachtet wurden. Falls eine volle Kundenentwicklung erforderlich ist, kann ein kompetenter Entwicklungspartner wie Traco Power eine Menge des involvierten Risikos übernehmen. Das stellt sicher, dass das Projekt rechtzeitig und im Rahmen des vorgesehenen Budgets zum Abschluss kommt, auch wenn komplexe und anspruchsvolle Zertifikationen für herausfordernde Applikationen wie medizinische Systeme erforderlich sind.


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