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Gleisbesetztmelder

Ich möchte einige Varianten meiner Gleisbesetztmelder vorstellen. Die der Sensorstufe nachgeschalteten Stufen (Schmitt-Trigger und Ausgangsstufe) sind in allen Schaltungen im Prinzip nur gering unterschiedlich.
Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Messstufe:
  1. GBM-B-T1: hier wird mit Hilfe eines Basisteilers an einem Transistor der Gleiswiderstand detektiert. Dieser Sensor ist nicht sehr empfindlich, reicht aber aus um Lokmotoren und Wagenbeleuchtungen festzustellen. Für Wagenachsen, die mit Leitlack überbrückt sind, ist sie weniger geeignet, weil die Widerstandsbrücke relativ niederohmig (nicht mehr als 2 KOhm) sein muß.
  2. GBM-B-T2: Messung mit Hilfe von Fahrstromdioden und Optokoppler; auch diese Schaltung ist nicht sehr empfindlich und hat die Nachteile des GBM-B-T1. Dafür kann aber mit gültiger Besetztmeldung in beide Richtungen gefahren werden
  3. GBM-B-T3: dieser Sensor ist der Champion unter den GBMs; er misst sehr hochohmige Verbraucher (bis zu 1 MOhm) auf dem Gleis, ist digitaltauglich und in einer Analogsteuerung kann mit ihm in beide Richtungen "gefahren" werden.

Alle meine GBMs messen im Analogbetrieb stehende und fahrende Loks und beleuchtete Waggons.

Die GBMs T2 und T3 können durch leichte Änderungen auch im Digitalbetrieb eingesetzt werden.

Die folgende Tabelle möchte dabei helfen, den richtigen GBM-Typ auszuwählen für Analog- bzw. Digital-Systeme.


Fahren  

Melden   
GBM-B-T1
        Transistor                
GBM-B-T2
galvanische Trennung mit Optokopplern
GBM-B-T3
Op-Amp ohne Optokoppler
analog
analog
x
nur 1 Fahrtrichtung
x
beide Fahrtrichtungen
x
beide Fahrtrichtungen
DCC
SX

x
wegen der notwendigen galvanischen Trennung mit Optokopplern
SX SX (x)
möglich, aber nicht empfehlenswert
x
empfehlenswert wegen höherer Meßempfindlichkeit


 

GBM-B-T1: ... mit Transistor

Dieser GBM arbeitet nur korrekt in einer Fahrtrichtung. Soll aber trotzdem mal rückwärts gefahren werden, hab ich einen Taster S1 in der Fahrstromeinspeisung eingefügt. Wird er gedrückt kann der Fahrtrafo umgepolt werden und rückwärts gefahren werden. Der GBM zeigt "Besetzt" während der Rückwärtsfahrt und der Taster gedrückt ist.

Die Idee zur Messstufe dieser Schaltung stammt noch aus einer Zeit, als es noch keine Digitalsteuerungen gab, aus den Mitte 80er Jahre, vorgestellt in dem Büchlein von W. Knobloch "Modelleisenbahnen elektronisch gesteuert", Band1: Anfahr-, Brems- und Blockstreckenautomatiken, Pflaum Verlag ISBN- 3-7905-0360-6.
Die in diesem Buch vorgestellte Schaltung enthält noch einen zusätzlichen Shuntwiderstand zur Messung des Fahrstroms; dabei muss aber die Fahrspannung anders eingespeist werden als in diesem GBM gezeigt. Die von W.Knoblch vorgestellte Schaltung benutze ich unverändert in den Blockmodulen meiner MoBa-Steuerung (...siehe hier).
Nachteile der Schaltung:
  • die Festspannung Uo muß mindestens 3-5 Volt größer sein als die maximale positive Fahrpultspannung; also bei einem Fahrpult mit max 16V muß Uo=20V sein,
  • Die Schaltung ist nicht für Digitalsteuerungen geeignet,
  • der Melder spricht nur bei Gleiswiderständen von nicht mehr als 2 KOhm an; zum Detektieren von Loks und beleuchteten Waggons reicht das aber.
GBM-B-T1



GBM-B-T2: ... mit Optokoppler

Wie alle meine GBMs kann auch diese Variante den Besetztzustand auch bei Null Fahrspannung messen....also eine ständige Überwachung des Gleises von stehenden und fahrenden Zügen mit gültiger Rückmeldung.

Er hat gegenüber dem GBM-B-T1 einige Vorteile:
  1. die Elektronikspannung Uo muß nicht mehr 3-5 Volt größer als die maximale Fahrspannung sein,
  2. es kann in beide Richtungen gefahren werden, es ist also kein Polwender nötig, der Fahrpultregler wird einfach in die andere Richtung gedreht,
  3. er ist sowohl für Analog als auch Digital Fahren geeignet .... für Digital muß der Widerstand R12 weggelassen werden, weil Digitalsysteme die Einspeisung einer unipolaren Überwachungsspannung nicht vertragen
  4. er wäre für Digital-Mischsysteme (fahren mit DCC und messen mit Selectrix) geeignet, weil Fahrstrom- und Rückmelde-Systeme galvanisch mit den Optokopplern getrennt sind.

Aber er hat immer noch einen wesentlichen Nachteil:
  • der maximal mögliche Gleiswiderstand von 2 KOhm ist relativ niedrig 

Das Messprinzip ist
  1. 2 antiparallele Diodenpärchen mit 2 Optokopplern (die Optokoppler sorgen für ein potentialfreies Messen der Spannung an den beiden Dioden)
  2. mit nachgeschaltetem Schmitt-Trigger und Verzögerungsglied (identisch mit GBM-B-T1)
 
GBM-2 klein
zu R12:
über diesen Widerstand wird die Überwachungsspannung Uo von 8 - 12V eingespeist. Sie ersetzt  quasi die Fahrspannung wenn diese auf Null steht.
Damit wirkt die Überwachungsspannung über die Dipoden genau so wie die Fahrspannung. Damit aber noch genügend Strom fließt und an den Dioden eine für den ersten OpAmp messbare Spannung abfällt darf die Summe aus R12 und dem Gleiswiderstand einen gewissen Wert - ich hab experimentiert und etwa 3KOhm ermittelt - nicht überschreiten.







GBM-B-T3: ... mit Differenz-/Operationsverstärker

Dieser GBM hat eine hohe Messempfindlichkeit, Verbraucher mit bis zu 1 MOhm werden festgestellt.

Das bedeutet:
  • Um unbeleuchtete Wagen auf dem Gleis zu detektieren, werden bekanntlich die Achsen mit einem Widerstandslack überbrückt. Dieser Lack kann in diesem Fall also sehr hochohmig , also dünn aufgetragen werden.
  • Somit belasten diese Wagen den Fahrtrafo/Booster nur sehr wenig, auch wenn aus Sicherheitsgründen für eine Steuerung viele Achsen überbrückt werden.

Der GBM arbeitet in beiden Fahrtrichtungen. Es wird eine konstante Gleichspannung von 5 bis 12 Volt benötigt, die die Elektronik versorgt und im Analogbetrieb auch als Überwachungsspannung für den Stillstand dient.

Damit zeigt dieser GBM das beste Verhalten und es sollte bei einem Nachbau dieser Variante der Vorzug gegeben werden.

Bemerkung zum Einsatz in Digitalsystemen:
Fall 1: es wird mit DCC gefahren und mit Selectrix gemeldet:
  • In diesem Fall ist der GBM nicht einsetzbar, weil es Masseprobleme gibt (das DCC-Signal ist ein Differenzsignal ohne Massebezug, SX dagegen ist massebezogen - deshalb dürfen DCC- und SX-Schaltungen nicht galvanisch zusammengeschaltet werden)
  • Für solche Mischsysteme müssen GBMs mit galvanischer Trennung, also mit Optokopplern eingesetzt werden. 
  • Ein GBM-Typ wie mein GBM-B-T2 wäre dafür richtig

Fall2: es wird beides mit Selectrix gemacht, gefahren UND gemeldet:
  • In diesem Fall könnte der GBM-B-T3 eingesetzt werden und der GBM-Ausgang zB an ein SX-Rückmeldemodul angeschlossen werden.


Hier das Schaltbild:

GBM Schaltbild

Platine