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• Die GCA-Module

KICAD 3-D	Das reale Teil

Der erste Grund für die Entwicklung dieser Platine ist, dass die üblichen Spulen in einem Standard-Weichenantrieb speziell für Wechselstrom ausgelegt sind. Und die meisten digitalen Weichendecoder auf dem Markt versorgen die Spulen mit Gleichstrom, einfach weil es so viel einfacher und kostengünstiger ist.
Auch GCA77 und GCA76 funktionieren so.
Anlass dazu waren die Probleme, die wir auf der großen N-Spur-Anlage unseres Eisenbahn-Hobbyclubs MSCD hatten. (siehe www.mscd.nl)
Einige Weichenspulen reagierten mit dem verwendeten GCA77 überhaupt nicht, aber bei direkter Ansteuerung mit Wechselstrom gab es kein Problem.
Auch die Verwendung einer Relaiskarte wie GCA107 hat nicht wirklich geholfen.
Da wir zu dem Schluss kamen, dass es am besten ist, einen Transformator zur Stromversorgung der Spulen zu verwenden, mussten wir etwas Zusätzliches tun. Mit der Relaiseinheit GCA107 gab es zwei Nachteile:

• Wechselstromschaltung führt immer zu „Kontakt-Prellen“, das im falschen Moment auftritt: zu Beginn der Bewegung.
• Da GC107 als Universalschalter konstruiert ist, ist es schwierig, Verzerrungen von der Schaltspule zu unterdrücken.

Die vorherige GCA78-Einheit bietet eine gute Lösung, um Spulenschalterantriebe sehr zuverlässig zu aktivieren.
Aber die Verwechslung der Konfiguration mit zwei Ports, die beide als Impulsausgang konfiguriert werden müssen, wird für viele Hobby-Eisenbahner einige Probleme bereiten.
Diese Platine GCA79, die auf demselben Prinzip basiert, hat einige nette Zusatzfunktionen.
Auf der Platine befindet sich ein Prozessor, der den richtigen Ausgang auswählt und auch eine Zeitsteuerung an Bord hat.
die Stromversorgung der Spule nur für eine bestimmte Zeit schaltet.
Die Zeitsteuerung kann mit einem DIP-Schalter an der Platine für 4 verschiedene Zeiten ausgewählt werden.
Und die Verzerrung, die von der Spule direkt nach dem Einschalten der Stromversorgung erzeugt wird, wird durch einen VDR an jeder Spule unterdrückt.
Jede Kombination von zwei Spulen für 1 Weiche hat 1 Befehlseingang: 5 V für geradeaus und 0 V für abzweigend (oder zurück).
Dieser Befehl wird von jedem Port von GCA50(0), GCA185, CAN-GC2(a), GCA_PI02, G-ASH02 und/oder die meisten WIO-Einheiten gegeben.
Je nachdem, ob EIN oder AUS, aktiviert der GCA79 eine der beiden Spulen für die ausgewählte Zeit.
Nachdem die eingestellte Zeit auf Null gezählt wurde, sendet der GCA79 ein logisches Signal zurück an die Befehlseinheit.
Diese Befehlgabe und Rückmeldung ist über 8 Ports des I/O-Anschlusses auf die gleiche Weise möglich wie bei GCA136.

Die Firmware in diesem IC verhindert, Spulen während des Einschaltens zu aktivieren.
Dadurch wird ein sehr leiser Start eingeleitet, der keine hohen Anforderungen an den Standardtransformator für die Weichenspulen stellt.
Nach dieser anfänglichen Startzeit betrachtet der GCA79 den tatsächlichen Wert der Befehlseingänge bzgl. der zuletzt verwendeten Position
und setzt alle Rückmeldungen auf "Fertig, bestätige diese Position übernommen."
Nach diesem leisen Einschalten haben Sie immer noch die Option „Tagesbeginn“, um sicherzustellen, dass sich alle Weichen in der richtigen Position befinden.
Die 5-V-Stromversorgung für den integrierten Prozessor erfolgt vom angeschlossenen Decoder, wie GCA50 usw.
Der Verbrauch des Prozessors ist extrem niedrig: weniger als 5 mA, außer beim Ansteuern einer Spule.
In dieser (kurzen) Zeit beträgt der Verbrauch immer noch weniger als 15 mA, da nur eine Weichenspule gleichzeitig aktiviert wird.
Die Versorgung der Spulen erfolgt am besten mit 16-18 V Wechselspannung vom Standardtransformator.
Der zusätzliche Vorteil des verwendeten Optokopplers liegt auf der Hand: Die Transformator-Spannung ist von der Elektronik des Systems isoliert.
Der maximale Strom durch jede Spule kann bis zu 2 A betragen, sodass auch die Märklin C-Gleis-Schalter problemlos funktionieren.
Um Schäden an dieser Platine bei einem Kurzschluss vorzubeugen, ist auch eine automatisch rückstellende Sicherung auf der Platine.

Ein Schaltrelais hat immer den Nachteil der „Kontaktempfindlichkeit“.
Dies führt dazu, dass die anfängliche Leistung zur Antriebsspule beim ersten Einschalten reduziert wird,
was zu einer manchmal schwachen Reaktion der Antriebsspule führt und zwar genau in dem Moment, in dem die meiste Leistung zum Beginn der Bewegung benötigt wird.
GCA79 hat dieses Problem nicht, weder bei Gleich- noch bei Wechselstrom, die internen FETs im Optokoppler geben von Anfang an maximale Leistung ab.
Zusammen mit dem extrem niedrigen Innenwiderstand ist dies eine bessere Lösung im Vergleich zur Verwendung eines Relais.
Die Praxis hat bewiesen, dass selbst bei Gleichstrom ein altmodischer Wechselstrom-Weichenantrieb in allen Situationen zuverlässiger funktioniert.

Jede Spule, durch die ein Strom fließt (Spule ist aktiviert), erzeugt beim Ausschalten eine hohe Gegenspannung.
Dies führt in elektronischen Systemen häufig zu Verzerrungsimpulsen.
Eine einfache und fast immer gute Möglichkeit, dies zu unterdrücken, besteht darin, eine Diode parallel zur Spule anzuschließen (Kathode an +).
Viele Weichenantriebe haben jedoch einen eingebauten Schalter, der dann auch die Diode von der Spule trennt.
Das macht die Diode völlig nutzlos.
Für Wechselstromschaltung ist eine Diode nicht möglich.
Die GCA78/79 sind mit speziellen VDR-Widerständen ausgestattet, sodass die hohe Gegenspannung bei Wechsel- oder Gleichstrom immer unterdrückt wird.
Aber das gleiche Problem bleibt bestehen, der VDR wird durch den internen Schalter in dem Moment, in dem er benötigt wird, von der Spule getrennt.
Eine andere Sache ist die Tatsache, dass dieser eingebaute Schalter eines Weichenantriebs den Beginn der Bewegung der Weiche erheblich erschwert,
und leider ist das genau der Moment, in dem die zugeführte Leistung die geringste Energie erzeugt, wozu sie eigentlich da ist.
Für beide oben beschriebenen Situationen ist es daher äußerst wichtig, den Schalter zu entfernen oder zumindest die Kontakte kurzzuschließen.
Insbesondere für DCC- oder Motorola-Weichendecoder (außer für Digital-Bahns „Weich-Ei“) ist dies nicht akzeptabel.
Manchmal fehlt der Ausschaltbefehl und die Spule brennt durch.
Es gibt möglicherweise noch viele weitere Weichenspulenantriebe, die mit dem VDR geliefert werden und von denen ich nicht weiß oder über die ich keine Kenntnis habe.
Mit großer Sicherheit werden keine Dioden verwendet oder die Spezifikation für diesen speziellen Antrieb besagt, dass er nur für Gleichstrom verwendet werden darf.
Dies wird in Benutzerhandbüchern meist nicht erwähnt, Sie müssen das also selbst prüfen.

GCA79 hat sein eigenes Timing, daher ist es am besten, die Rückmeldung zu Rocrail zu verwenden.
Dann wartet Rocrail auf diese Rückmeldung, bevor die Weiche für das Passieren freigegeben wird.
Da für die Weichenspulen nur eine relativ kleine Stromversorgung (Wechsel- oder Gleichstrom) benötigt wird, kann der GCA79 nur 1 Weiche gleichzeitig aktivieren.

Es ist auch möglich, mit dem GCA79 manuelle Schalter zu verwenden.
Jede Weiche benötigt nur einen einpoligen Doppel-Schalter, der einen der vier Eingänge entweder auf 5 V oder 0 V schaltet.
Um ein Kabel zu sparen: Einen Widerstand (10 KOhm) zwischen +5 V und dem Eingang anschließen und den Schalter am Eingang auf Null oder offenlassen.
Auch hier ist das Timing sehr praktisch.

Die Verwendung wäre für viele Eisenbahner mit Problemen mit unzuverlässig funktionierenden Weichenspulenantrieben sehr interessant.
Die Lösung dafür ist in Vorbereitung. Weitere Informationen finden sich unter GCA80.

Die für diese Platine erforderlichen 5 V werden über den I/O1-Anschluss bereitgestellt.
Stromversorgung der Weichenspulen: Verwenden Sie einen standardmäßigen 16-V-Wechselstromtransformator.