La gare de Lormedy

La circulation d'une rame de voitures voyageurs éclairées sur un réseau ferroviaire apporte une niveau supplémentaire de réalisme. L'installation de voyageurs à l'intérieur des voitures prend ici toute son importance car ils sont bien visibles. Les attelages courts permettent de circuler avec les tampons et les soufflets d'intercirculations jointifs. L'emploi d'attelages magnétiques conducteurs sera la surprise sur le réseau.

Caractéristiques générales

Le principe de l'alimentation des LED repose sur un quadrupleur de tension selon un schéma vu sur Internet. L'élément principal est le circuit imprimé sur lequel sont soudées les LED d'une lumière blanche chaude. Celui-ci s'adapte au différentes voitures DEV inox Rivarossi ou Jouef, avec couloir central ou latéral, de type A5rtj, A7Dtj, A9j, A9tj, B9, B10myfi.

• Ce quadrupleur de tension ne fonctionne pas avec une alimentation en analogique 12Vdc, sans PWM. Ici on utilise le DCC qui provient des rails pour générer du 64Vdc afin d'alimenter avec un faible courant toutes les LED connectées en série. Cette solution n'utilise pas de composants actifs donc nécessite moins de composants. Le principe de base fonctionne avec 4 diodes, 4 condensateurs. L'emploi de 2 condensateurs de grosse capacité évite un clignotement des LED en cas de mauvais contacts des roues sur les rails. Une résistance placée en série avec le DCC limite le pic de courant dans les condensateurs à la mise sous tension.




• Ce montage alimente une première série de 5 à 12 LED placée au centre pour éclairer les sièges.
• Une deuxième série de LED est prévue pour éclairer le couloir latéral, en option.
• Il est prévu d'ajouter 2 feux rouges, en option, alimentés depuis le circuit imprimé. Ils sont commandés par un ILS bistable pour les allumer quand la voiture se trouve en queue du train.
• Aucun décodeur DCC n'est utilisé avec cet ensemble.
• Pour que la voiture soit bien détectée par les détecteurs de courant, une résistance est placée entre les fils qui amènent le DCC des rails. Ceci permet à la retro-signalisation de transmettre une information de présence sur un canton dès qu'une voiture éclairée s'y trouve.
• Le captage du DCC sur les roues peut s'effectuer de plusieurs manières, chacune avec ses avantages et ses défauts. Un paragraphe lui est consacré ci-dessous.

Le circuit imprimé

C'est un circuit imprimé en FR4, double face, trous métallisés, vernis épargne noir et sérigraphie blanche sur les 2 faces. Il mesure 270.5 x 27.5 mm et son format s'emboite parfaitement sous la toiture. Les composants utilisés sont de type CMS, pour un montage en surface et non traversant à l'exception des 2 gros condensateurs. Le circuit imprimé est disponible sur demande.

• Les LED se trouvent en dessous du coté des voyageurs ainsi que les 2 gros condensateurs réservoirs d'énergie qui sont cachés dans les toilettes de la voiture. Une rangée de LED se trouve au centre du circuit imprimé pour éclairer les sièges des passagers. Une autre rangée optionnelle se trouve au bord du circuit imprimé pour éclairer le couloir.
• Du coté de la toiture se trouvent les diodes de redressement et autres composants non lumineux.
• A une extrémité du circuit imprimé, 2 plots permettent de connecter 2 LED rouges de fin de convoi avec un ILS bistable pour les allumer ou les éteindre avec un aimant. Ces LED rouges de type canon 1.8mm sont installées dans la paroi arrière de la voiture qu'il faut percer. Elles sont reliées par 2 fils aux 2 plots qui leur sont dédiés.
• Les 2 fils qui proviennent du captage électrique au niveau des bogies montent par les toilettes. Ils se soudent sur 2 plots situés à chaque extrémité du circuit imprimé.

Schéma du montage

Voici le plan dessiné avec le logiciel gratuit KiCad, avec lequel j'ai routé sur 2 couches le circuit imprimé ci-dessous.

Chaque série de LED consomme 0.8 mA sous 64V. Ramené au niveau du DCC, la consommation totale est de 6.5 mA. Une résistance additionnelle de 3.3k est placée en parallèle sur le DCC pour augmenter la consommation globale (+ 5.5 mA) afin que la voiture soit bien détectée par la rétro-signalisation. La consommation totale n'excède pas 12 mA par voiture.

Les composants

Ces composants se trouvent facilement sur les sites de vente en ligne.

• Des LED CMS au format 0805 fournissant une lumière blanche chaude
• 4 résistances CMS au format 0805
• 4 diodes de redressement CMS au format SMA
• 2 condensateurs CMS au format 0805
• 2 condensateurs chimiques 220µF/35V de type radial
• 1 ILS avec 1 aimant
• Eventuellement 2 LED canon rouges de diamètre 1.8mm

Câblage

Le circuit imprimé se place au dessus du plafond de chaque voiture, sous la toiture. Il sera immobilisé par l'ajout d'un calage découpé dans un matériau souple d'une épaisseur de 5mm placé sous la toiture. Un trou de 3mm de diamètre est percé dans le bas de chaque toilette pour monter les 2 fils qui proviennent des bogies. Le câblage électrique au niveau des bogies dépend essentiellement de la méthode de captage électrique utilisée.

Selon la position des LED utilisées dans chaque configuration de voiture, il peut être nécessaire de découper le plastique supérieur du plafond de la voiture pour laisser passer certaines LED. Un trou de 3mm de diamètre dans la plafond en plastique est suffisant pour qu'une LED CMS se place dedans sans affaiblir la structure. Cette ouverture sera ajustée à l'aide d'un cutter.

Selon la configuration de la voiture à éclairer, certaines LED ne sont pas utilisées. Dans une série de LED, les LED non utilisées sont remplacées par un fil soudé sur son empreinte pour ne pas rompre la continuité électrique de la série de LED. La valeur de la résistance (R1 ou R2) qui limite le courant sera ajustée avec les valeurs indiquées sur le schéma en fonction du nombre de LED utilisées. Ceci est nécessaire pour conserver une homogénéité d'éclairement dans une rame de voitures.

Les feux rouges

L'installation des LED des feux rouges nécessite le perçage de 2 trous de 2mm dans le dossier arrière de la voiture. Les LED de type canon 1.8mm sont collés dans les trous. Selon l'éclairement souhaité, je recommande de câbler les 2 LED en parallèle avec 2 fils qui cheminent discrètement dans les coins de la voiture pour rejoindre le circuit imprimé sur lequel ils sont soudés. En peignant les LED rouges avec une peinture noire du coté interne de la voiture, aucune fuite de lumière ne sera visible sur la voiture.

Un Interrupteur à Lame Souple (ILS) bistable situé sur le circuit imprimé, du coté de la toiture et au dessus du premier compartiment, permet d'allumer ou d'éteindre les feux rouges. En passant d'un aimant au dessus de la voiture, dans un sens il allume les feux rouges et en le retournant il éteint les feux rouges.

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2 - Eclairage de la voiture CIWL Pullman à 8 baies, WPc Rivarossi

Caractéristiques générales

Pour info, différentes voitures se sont succédées, dénommées en fonction du train auxquelles elles étaient initialement destinées :

• Voitures à 7 baies : Pullman Côte d'Azur
• Voitures à 8 baies : Pullman Flèche d'or
• Voitures à 9 baies : Pullman Etoile du Nord

L'élément essentiel est le circuit imprimé sur lequel sont soudées les LED d'une lumière blanche chaude. Celui-ci est uniquement destiné à une voiture CIWL Pullman à 8 baies avec cuisine, WPc Rivarossi 3634, avec attelage à élongation et tampon à ressort. La position des LEDs suit l'architecture interne de la voiture pour obtenir un bon éclairage.

Le DCC prélevé sur les roues passe par un pont redresseur à diodes suivi d'un condensateur réservoir pour fournir l'alimentation des LED. Les LED sont réparties en 3 groupes de 4, précédées d'une résistance pour limiter le courant qui les traversent. Le fonctionnement avec du 12V analogique produira un éclairage variable moins réaliste.

• Ce montage alimente une série de 12 LED pour éclairer les sièges, la cuisine et les couloirs.
• Aucun décodeur DCC n'est utilisé avec cet ensemble.
• Pour que la voiture soit bien détectée par les détecteurs de courant, une résistance est placée entre les fils qui amènent le DCC des rails. Ceci permet à la retro-signalisation de transmettre une information de présence sur un canton dès qu'une voiture éclairée s'y trouve.
• Le captage du DCC sur les roues peut s'effectuer de plusieurs manières, chacune avec ses avantages et ses défauts. Un paragraphe lui est consacré ci-dessous.

Le circuit imprimé

C'est un circuit imprimé en FR4, double face, trous métallisés, vernis épargne blanc et sérigraphie noire sur les 2 faces. Il mesure 244 x 26 mm et son format s'emboite parfaitement sous la toiture. Il sert de plafond dans la voiture. Les composants utilisés sont de type CMS, pour un montage en surface et non traversant à l'exception du gros condensateur. Différents évidements lui permettent de s'emboiter parfaitement sur les structures internes de la voiture. Le circuit imprimé est disponible sur demande.

• Les LED se trouvent en dessous du coté des voyageurs ainsi que le gros condensateur réservoir d'énergie qui est caché dans les toilettes de la voiture. Une rangée de LED se trouve au centre du circuit imprimé pour éclairer les sièges des passagers, une seconde éclaire la cuisine. Une troisième rangée se trouve au bord du circuit imprimé pour éclairer le couloir.
• Du coté de la toiture se trouvent le pont de diodes de redressement et quelques composants non lumineux.
• Les 2 fils qui proviennent du captage électrique au niveau des bogies montent par les toilettes. Ils se soudent sur 2 plots situés à chaque extrémité du circuit imprimé.

Schéma du montage

Voici le plan dessiné avec le logiciel gratuit KiCad, avec lequel j'ai routé sur 2 couches le circuit imprimé ci-dessous.

Chaque groupe de LED consomme 0.8mA sous 17Vdc. Une résistance additionnelle de 2.2k est placée en parallèle sur le DCC pour augmenter la consommation globale (+ 7.5 mA) afin que la voiture soit bien détectée par la rétro-signalisation. La consommation totale en DCC est de 11 mA.

Les composants

Ces composants se trouvent facilement sur les sites de vente en ligne.

• 12 LED CMS au format 0805 fournissant une lumière blanche chaude
• 5 résistances CMS au format 0805
• 1 pont de diodes CMS au format SOP4
• 1 condensateur chimique 1000µF/25V de type radial

Câblage

Le circuit imprimé sert de plafond à la voiture, sous la toiture. Il sera immobilisé par l'ajout d'un calage découpé dans un matériau souple d'une épaisseur de 5mm placé sous la toiture. Un trou de 3mm de diamètre est percé dans le bas de chaque toilette pour monter les 2 fils qui proviennent des bogies. A chaque extrémité, un trou est prévu dans le circuit imprimé pour passer les fils afin de les souder sur des plots au dessus du circuit imprimé. Le câblage électrique au niveau des bogies dépend essentiellement de la méthode de captage électrique utilisée. Ici la voiture a des axes totalement isolés des roues ce qui permet le captage du courant par frottement de lamelles cuivrées sur toutes les roues.

La valeur des résistances (R1, R2 ou R3) qui limitent le courant sera ajustée si nécessaire pour conserver une homogénéité d'éclairement dans une rame de voitures. La durée pendant laquelle les LEDs restent allumées après une coupure électrique dépend de la capacité du condensateur et de la consommation des LEDs. Le condensateur de 1000µF est bien dimensionné pour conserver l'éclairage de la voiture pendant plusieurs secondes après une absence d'alimentation. Organiser les LEDs en 4 groupes de 3 LEDS en série serait sensiblement plus favorable pour avoir un éclairement qui dure plus longtemps après une coupure électrique.

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3 - Captage du courant

Il existe plusieurs méthodes pour capter le courant provenant des rails au niveau des roues. Premièrement, celles-ci doivent être isolées électriquement l'une de l'autre. Selon le type d'essieu, le captage électrique peut s'effectuer sur l'axe des roues ou directement sur les roues.
Voici les méthodes couramment employées :

• La méthode de captage électrique par frottement sur la bande de roulement des roues est à proscrire car le freinage est trop important.
• Le captage par frottement avec un fil ou une lamelle conductrice sur l'axe des roues entraine un faible freinage qui ralenti le roulement de la voiture. Son principal inconvénient est de capter une seule polarité par essieu et souvent par bogie.
• Le captage sur le flan des roues s'effectue par frottement avec un fil ou une lamelle conductrice ce qui entraine un freinage qui ralenti le roulement de la voiture. Son avantage est de capter les 2 polarités sur chaque essieu améliorant nettement le captage électrique.
  Les lamelles ESU réf. 50507 sont très pratiques pour cet usage. Il suffit des les coller sur les bogies. Cependant elles freinent les roues.
  
           
           Lamelles de captage sur roue                                                         Lamelles installées sur bogie                                                  
  
  
• Le captage sur la pointe des axes des roues s'effectue avec des paliers métalliques conducteurs insérés dans les bogies ce qui à l'énorme avantage de supprimer (presque) tout freinage de la voiture. Son principal inconvénient est de capter une seule polarité par essieu ainsi que son installation dans les bogies. Cependant si la voiture possède un axe isolé en son milieu, il devient possible de capter les 2 polarités sur chaque essieu améliorant nettement le captage électrique, sans freinage. Les anciennes voitures DEV inox Rivarossi ont ce type d'axe isolé en son milieu mais la pose des paliers 2x2mm reste délicate vu la faible épaisseur du plastique des bogies. Un fil conducteur rigide est inséré entre le palier et le plastique du bogie, mis en forme, puis incrusté dans le plastique avec un fer à souder. Les fils souples qui montent vers le circuit imprimé seront soudés dessus. En réalité le bogie est transpercé et l'installation des paliers s'avère très compliqué. Après collage, un point de peinture grise masquera le palier sur l'extérieur du bogie.

Attelages magnétiques

Avec la participation de Mathieu A. et Maxime N. pour la conception en 3D.

Les attelages magnétiques permettent de rapprocher les voitures munies d'attelages à élongation. En ligne droite, les tampons deviennent jointifs et les soufflets se touchent pour ressembler à leur modèle à l'échelle 1. De plus les attelages restent alignés ce qui est favorable au système à élongation des voitures, en marche avant et aussi en marche arrière.

Conçus avec 2 aimants néodymes électriquement conducteurs, on peut alimenter toute une rame de voitures à partir d'une seule source électrique. Les fils ne seront pas soudés sur les aimants car la chaleur diminuera leur magnétisme. Les fils seront coincés dans le logement des aimants qui seront collés avec de la colle forte. 2 aimants conducteurs transmettent les 2 polarités des rails de voiture en voiture pour pouvoir éclairer celles-ci. Ceci diminue la pose de captage de courant sur toutes les voitures ce qui réduit le freinage induit par les différents systèmes de captage de courant sur les roues. Je recommande de capter le courant sur plusieurs voitures, sur la voiture de tête et sur une voiture de queue pour assurer la retro-signalisation. Cependant les aimants de catégorie N35 sont un peu faibles pour tirer beaucoup de voitures surtout si le captage du courant augmente le freinage des voitures.

L'utilisation d'attelages magnétiques à 4 aimants permettrait d'augmenter la force d'aimantation de ces derniers. Les aimants de diamètre 2mm offrent une surface de contact de 3.14mm² et ils sont moins volumineux au niveau d'un attelage à 4 contacts. On pourra soit doubler les connexions DCC entre voitures ou utiliser ces 2 contacts supplémentaires pour véhiculer une commande d'éclairage ou autre. Mais la surface de contact est presque la même avec 4 aimants de diamétre 2mm ou 2 aimants de diamétre 3mm.

J'ai fait des essais avec 2 aimants N35 de diamètre 3mm x 3mm offrant une surface de contact de 7.07mm². Ils occupent déjà beaucoup de place au niveau de l'attelage et leur force de traction reste correcte.

Il est important que les aimants soient parfaitement alignés dans le plan des contacts pour garantir un bon attelage. En alternant leur coté Nord et leur coté Sud sur le même attelage, les aimants s'aligneront automatiquement en refermant correctement les champs magnétiques qui les traversent. Ainsi les voitures pourront être attelées dans n'importe quel sens puisque les aimants respectent une symétrie alternée.

N   S   face à   S   N     (cas de 2 aimants)
ou
N   S   face à   S   N     (cas de 4 aimants)
S   N   face à   N   S

Autre avantage : un attelage à 2 aimants pourrait se connecter à un attelage à 4 aimants (de même diamètre) sans risque électrique si les attelages sont placés à la même hauteur.

Conclusions

Les attelages à élongation sont très sensibles à l'effort de traction qui est exercé sur eux. Le freinage induit par le captage de courant sur les roues des voitures augmente cette tension et le système d'élongation se bloque parfois dans une position avec des attelages classiques à boucle. Ce dysfonctionnement à pour effet de provoquer un déraillement du bogie adjacent sur le prochain aiguillage.

Les attelages à crampon Roco obligent les attelages à rester alignés mais ils n'améliorent pas la situation car ils ont tendance à se décrocher tout seul.

Les attelages magnétiques présentent une solution intéressante qui oblige les attelages à rester alignés ce qui est favorable. Le freinage induit par le captage électrique doit être limité en utilisant une ligne d'alimentation continue dans toute la rame de voitures grâce à la paire d'aimants contenus dans chaque attelage, métalliques donc conducteurs. La distance entre tampons est réduite mais cela n'est pas sans conséquence. En effet dans les courbes et contre-courbes très serrées, les tampons peuvent s'accrocher ce qui conduit à un déraillement inévitable.

Autre point important pour les réseaux qui disposent d'une rampe, quand les soufflets sont jointifs, le haut des soufflets peut se toucher au bas de la rampe selon l'angle de départ. Cela peut provoquer un dételage inopiné. Pour éviter ce désagrément je recommande de garder un espace de 1mm entre les soufflets.

Pour utiliser les attelages magnétiques en toute sécurité, il faut utiliser des grands rayons de courbure, éviter les contre-courbes trop rapprochées et adoucir le départ des rampes. Pas facile quand on dispose d'une surface réduite !

Vu la faible consommation de courant des éclairages ainsi réalisés, il n'est pas nécessaire d'ajouter un interrupteur pour éteindre la voiture. Les gros condensateurs réservoirs d'énergie évitent le clignotement des éclairages quand les roues ont un mauvais contact temporaire avec les rails. Ils garantissent un éclairement constant des voitures. L'ajout de passagers devient indispensable avec l'éclairage des voitures.

La meilleure solution serait de remplacer intégralement les bogies avec des bogies neufs intégrant des paliers conducteurs pour supprimer le freinage et d'utiliser des attelages magnétiques pas totalement jointifs.

 PC 21/10/2024. Mise à jour du 05/04/2025