Allgemeines

Der Gleisbelegtmelder GBM-8-V2 ist in der Lage 8 Gleisabschnitte zu überwachen. Es können die Gleisformate SX1, SX2 und DCC verarbeitet werden. Die Rückmeldung erfolgt über den SX-Bus.
Neben den bekannten 5-poligen DIN-SX-Buchsen, besitzt der GBM-8-V2 auch RJ45-Buchsen zur gleichberechtigten Verkablung des SX-Bus in RJ45-Technik. Mehr Infos hierzu siehe: Selectrix und RJ45-Netzwerkkabel.

Funktionen

GBM-8-V2, Ansicht von oben
GBM-8-V2, Ansicht von oben

Über den SX-Bus wird der GBM-8-V2 auch programmiert, folgende Parameter können eingestellt werden:

  • SX-/Rückmelde-Adresse
  • Meldeverzögerung der Belegtmeldung
  • Meldeverzögerung der Freimeldung
    Verhalten bei Fahrstrom aus

Der GBM-8-V2 benötigt kein dem SX-Bus synchrones Gleissignal und verarbeitet folgende Gleisformate:

  • SX1
  • SX2
  • DCC
  • MM

Tipp:
Sollen Waggons vom Gleisbelegtmelder erkannt werden, empfehle ich einen 22kOhm SMD-Widerstand (Baugröße 0805 oder 1206) auf 2 Achsen eines Waggons zu kleben und mit Silberleitlack an die Radscheiben zu kontaktieren. Weitere Infos hierzu:

Technisches

Der GBM-8-V2 arbeitet nach dem Stromfühler-Prinzip. Es reicht ein Stromfluss von weniger als 1mA bzw. ein Spannungsabfall von 0,67V, um eine Belegtmeldung zu erzeugen. Damit sind auch stehende Loks (nur der Decoder als Verbraucher) sicher erkennbar, oder auch Waggons mit Innenbeleuchtung bzw. mit präparierten Achsen – z.B. per SMD-Widerstand an der Achse (22kOhm).

GBM-8-V2.0 Schaltplan
GBM-8-V2.0 Schaltplan

Das Messprinzip stellt sich wie folgt dar:
Der Fahrstrom fließt von X5-1 oder X5-10 über je 2 antiparallele Dioden (D4…D19) zu den Anschlüssen X5-2…X5-9. Das Widerstandsnetzwerk RN1 bildet die 8 Messwiderstände, welche parallel zu den 16 antiparallelen Dioden D4…D19 verschaltet sind. Eine Verbraucher auf dem Gleis bewirkt einen Stromfluss über D4…D19, dies wiederrum führt zu einem Spannungsabfall in diesen Dioden von rund 0,67V. Da die Messwiderständ in RN1 und D4…D19 parallel verschaltet sind, wirkt dieser Spannungsabfall auch auf die Messwiderstände. Über je einen 100kOhm Widerstand sind die Dioden D4…D19 sowie die Messwiderstände des RN1 mit den Minus-Eingängen des Komparators LM339 verbunden.

Betrachtung 1 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf Masse/low & Verbraucher auf Gleis
Die Widerstände R15 (4,7kOhm) und R14 (100kOhm) bilden einen Spannungsteiler an 5V. Es ergibt sich eine Spannung von 0,235V (4,7kOhm / 100kOhm * 5V), wenn am Fahrstromeingang X5-1 bzw. X5-10 0V (also Masse) anliegt. Die 0,235V liegen als Vergleichsspannungen am Plus-Eingang des Komparators des LM339 an.
Fließt über einen Verbraucher auf dem Gleis ein Strom von Zentrale/Booster -> Verbraucher auf Gleis -> GBM -> Zentrale/Booster, so fällt am Messwiderstand und den antiparallelen Dioden eine Spannung von 0,67V ab. Damit ist am Komparator der Minus-Eingang > Plus-Eingang (Minus größer Plus | 0,67V > 0,235V) und damit der Ausgang des Komparators logisch „low“.

Betrachtung 2 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf ~20V/high & Verbraucher auf Gleis
Bei ggü. Betrachtung 1 invertierter Gleisspannung liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators ~5,7V an. Diese ergibt sich folgendermaßen: Vergleichsspannung bildet sich über R15 (4,7kOhm) und Diode D3 (BAW75). R15 begrenzt den Strom auf ca. 3mA (20V – 5V = 15V; 15V / 4700Ohm = 0,003A = 3mA). Laut Datenblatt der Diode BAW75 beträgt bei 3mA „forward current“ der Spannungsabfall „forward voltage“ ~0,7V (Ablesen aus Diagramm). Da die Kathode der Diode nicht auf Masse, sondern +5V liegt, ergeben sich am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 5V + 0,7V = 5,7V.
Fließt über einen Verbraucher auf dem Gleis ein Strom von Zentrale/Booster -> GBM -> Verbraucher auf Gleis -> Zentrale/Booster (umgekehrter Weg wie in Betrachtung 1), so fällt am Messwiderstand und den antiparallelen Dioden eine Spannung von ~20V – 0,67V = ~19V ab. Damit ist am Komparator wieder der Minus-Eingang > Plus-Eingang (Minus größer Plus | 19V > 5,7V) und damit der Ausgang des Komparators logisch „low“.

Betrachtung 3 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf Masse/low & kein Verbraucher auf Gleis
Wie in Betrachtung 1, liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 0,235V an. Da jedoch auf dem Gleis kein Verbraucher einen Stromfluss verursacht, damit keinen Spannungsabfall an den antiparallelen Dioden sowie dem Messwiderstand auftritt, liegt der Minus-Eingang bei 0V. Damit ist Minus-Eingang < Plus-Eingang (Minus kleiner Plus | 0V < 0,235V) und der Ausgang des Komparators logisch „high“.

Betrachtung 4 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf ~20V/high & kein Verbraucher auf Gleis
Wie in Betrachtung 2, liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 5,7V an. Da jedoch auf dem Gleis kein Verbraucher einen Stromfluss verursacht, damit keinen Spannungsabfall an den antiparallelen Dioden sowie dem Messwiderstand auftritt, liegt der Minus-Eingang bei 0V. Damit ist Minus-Eingang < Plus-Eingang (Minus kleiner Plus | 0V < 5,7V) und der Ausgang des Komparators logisch „high“.

Der Prozessor wertet nun die Ausgänge des Komparators auf logisch „high“ oder „low“ aus. Ein logisch „low“ bedeutet Verbraucher auf Gleis, logisch „high“ Gleis frei. Über Software-Filter und einstellbare Verzögerungszeiten wird schließlich das Ergebnis der Auswertung auf den SX-Bus gemeldet.

Downloads

Im folgenden sind die jeweils aktuellen Daten hinterlegt. Ältere Versionsstände sende ich bei Bedarf gern auf Anfrage zu.

Erhältliche Teile

Auf Wunsch sind Platinen und komplette Bausätze verfügbar.
Anfragen bitte an sx-elektronik@norbert-martsch.de

Häufige Fragen – FAQ

Ein klares ja/nein kann ich leider nicht geben. Ich hole mal etwas weiter aus…
Eine Zentrale/Booster erkennt normalerweise zuverlässig einen Kurzschluss und schaltet bei diesem des Gleisstrom ab. Ein Kurzschluss wird dann erkannt, wenn die zulässige Stromstärke des Gleisausgangs überschritten wird, ungeachtet des wahren Grundes. Dies kann ein realer Kurzschluss sein, aber auch viele Verbraucher auf dem Gleis, die die maximale Stromabgabe des Gleisausgangs übersteigen. Wird also dieser Maximalstrom überschritten, wird der Gleisausgang deaktiviert.
Was ist aber, wenn zum Beispiel ein Fahrzeug auf einer Weiche entgleist ist, noch „halb“ Kontakt zum Gleis hat und aufgrund der Konstellation in Verbindung mit keinen „richtigen“ Kurzschluss verursacht (Überschreitung der Abschaltschwelle Gleisausgang), sondern einen Strom von 1…2 Ampere fließen lässt. Die meisten Gleisausgänge treiben 2…3 Ampere Gleisstrom, eine Kurzschlussabschaltung würde also bei 1…2 Ampere nicht wirksam werden. Dann wird die sich ergebende Leistung von (angenommene Schienenspannung) 15V * 1…2 Ampere = 15…30 Watt auf der der Strecke Rad/Schiene-Kontakt <-> Fahrzeug <-> Rad/Schiene-Kontakt in Wärme umgewandelt. Je länger diese Wärmeentwicklung anhält, kann dies zu erheblichen Schäden an Fahrzeug und Anlage führen.
Ein PTC ist ein Wärmeabhgängiger Widerstand. Ab der Bemessungstromstärke „I trip“ (welche eine gewisse Erwärmung im PTC hervorruft) vergrößert der PTC derart stark seinen Widerstand, sodass der fließende Strom auf ein deutlich kleineren Wert „I hold“ abgesenkt und so der Verbraucher hinter dem PTC geschützt wird. Dieser Schutz ist jedoch nicht sofort mit Eintreten des Fehlers (z.B. Entgleisung des Fahrzeugs) wirksam, sondern erst nach einer kurzen Anprechdauer „t trip“. Diese Ansprechdauer ist die Zeit, welche der PTC benötigt, um im Fehlerfall „genügend warm“ zu werden und den Strom zu begrenzen. Abhängig ist die Ansprechdauer vom PTC und dessen Bemessungsstrom und kann im Datenblatt nachgelesen werden. Bei den GBM-Typen meiner Bausätze (PFRA 030 für 0,6A und PFRA 065 für 1,3A) sind das 3 bzw. 5,3 Sekunden.
Je nach genauer Fehlerkonstellation kann also ein PTC das Fahrzeug schützen, indem der Fehlstrom begrenzt und so die Wärmeentwicklung gestoppt wird, es gibt aber auch Konstellationen, bei denen rettet der PTC auch nichts mehr. Den PTC sehe ich folglich als optionale und zusätzliche Absicherung des Gleises und der Fahrzeuge, 100%ige Sicherheit gegen Schäden am Fahrzeug bietet er aber keinesfalls.
GBM-8 - PTC Beispiele - (C) Datenblatt von https://www.schurter.com
GBM-8 – PTC Beispiele – (C) Datenblatt von https://www.schurter.com
Ich hoffe, das Thema ist nun etwas klarer, auch wenn ich keine eindeutige Antwort vorgeben kann.
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Mit Parameter 4 wird das Abtastverhalten des GBMs eingestellt. Standardmäßig ist dieser Wert 40. Sollte die Belegtmeldung flackern, kann dieser Wert erhöht werden, bis das Flackern erlischt. Empfohlen werden Erhöhungen des Par. 4 in 10er Schritten (40 -> 50 -> 60 -> …) bis das Flackern sicher behoben ist. Sollte durch das Erhöhen und Testen keine Belegterkennung mehr möglich sein, wurde Par. 4 zu sehr erhöht. In diesem Fall den eingestellten Wert wieder verringern.
Hintergrund: Die Abtastung des Gleissignals ist nicht an den SX-Bus gebunden, sondern läuft in der Haupt-Programmschleife unabhängig. Der Wert in Parameter 4 gibt die Anzahl an erfolgreichen Abtastungen an, die der GBM das Gleis belegt „gesehen“ haben muss, damit das Ereignis „Gleis belegt“ ausgewertet werden darf. Die Basis hierzu sind ~250 Scans in 10 Millisekunden der Eingänge. Der Wert 40 bedeutet also, dass innerhalb von 10ms 40 Abtastungen von ~250 möglichen Abtastungen das Gleis belegt sein muss, damit der Eingang als „belegt“ gewertet wird. Erst dann erfolgt die weitere programmtechnische Verarbeitung der Ansprech- und Abfall-Verzögerung. Vereinfacht gesprochen: Das ist die Entprellung per Software der Eingänge.

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2 Antworten

  1. Ralf Berghammer

    Hallo Norbert

    wir bauen gerade eine Kofferanlage in einem 116 Jahre alten Überseekoffer. Nun stellt sich die Frage, wieviel Hitze dein GBM und dein Weichendecoder bei einem 10 Stunden Dauerbetrieb produzieren. Der Koffer ist innen mit Leinenstoff bespannt. Nach unten haben wir gute 20 cm Platz und das auf eine Länge von 96 cm und einer breite von 58 cm. Ich möchte ungern den Koffer abfackeln.
    An einer seite des Koffers haben wir Bauartbedingt einen 10 mm breiten und 50 cm langen Schlitz über den die Wärmeregulierung laufen könnte, wenn die Teile nur ca Handwarm werden.
    Ich hätte notfalls zwei Optionen:
    1. Einen PC Lüfter einzubauen und die Wärme unterhalb der Platte (12mm Verbundholzplatte geleimt) abzusaugen und nach draussen zu leiten
    2. Lüftungslöcher im vesteckten Teil zu bohren ohne einen Lüfter einbauen zu müssen.

    Eine andere Frage. hast Du zufällig einen 2 poligen Servodecoder und ein 100 cm langes Servoverlängerungskapel rumliegen, dass Du mir unbedingt verkaufen möchtest???

    Vielen Dank schon mal für deine Hilfe.

    Ralf

    • Hallo Ralf,

      vielen Dank für Deine Nachricht.
      Wärmeentwicklung GBM: Dazu kann ich leider nicht viel sagen, da das Thema im Detail doch recht komplex ist. Generell kann ich Dir aber raten, für eine Belüftung zu sorgen. Keine Elektronik mag es, in der eigenen Hitze zu backen. Wieviel Hitze entsteht ist dabei von vielerlei Einflussfaktoren abhängig: eingeschlossenes Luftvolumen (kann aus Deinen Angaben berechnet werden), Wärmeaustausch mit der Umgebung (Konvektion und Wärmeleitung durch das Material), sonstige Wärmequellen, die den MoBa-Koffer von außen heizen können (z.B. eine Beleuchtung) und und und. Wenn Du auf Nummer sicher gehen möchtest: Lüftungslöcher/-Schlitze und einen (PC-) Lüfter dazu sollte reichen.
      Aber: Alles auf eigenes Risiko 😉

      Einen 2-fach Servodecoder und 100cm Servo-Verlängerung habe ich leider nicht in der Bastelkiste.

      Viele Grüße
      Norbert

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