Des ILS bistables « maison »

Page créée le 01/04/2019 ; mise à jour le 26/10/2022.

Quel est le problème ?

Pour commander l’éclairage des voitures, plusieurs solutions sont possibles. D’abord, aucune commande ! La voiture reste éclairée en plein jour. Pourquoi pas, si l’intensité lumineuse est modérée. Ensuite, commande par inter DIL placé sous le châssis. Ce n’est pas toujours très discret, et ça demande de faire passer des fils entre le plancher de la voiture et son plafond. De plus, il faut évidemment ôter la voiture des rails pour manœuvrer l’interrupteur.

Après, vous avez la solution faisant appel à un ILS, interrupteur à lame souple, actionné par un aimant. Placé sous la toiture, il s’actionne facilement. Le problème est que, pour la plupart des ILS, la fermeture est momentanée : lorsque vous éloignez l’aimant, l’interrupteur se rouvre. Alors, certains ont imaginé des circuits électroniques plus ou moins complexes, à base de bascules ou de relais bistables, ou même de microcontrôleur, pour mémoriser l’état de l’ILS. En oubliant qu’à la moindre coupure de l’alimentation, cette mémorisation est perdue ! Sans parler de l’encombrement de l’ensemble.

Et puis il y a LA solution : c’est l’ILS bistable (en anglais : latching reed switch). Son principe est le suivant : un tout petit aimant, incapable par lui-même de fermer le contact, est collé sur l’ILS. Lorsqu’on approche l’aimant de commande, avec ses pôles orientés dans le même sens que le petit, les flux magnétiques s’additionnent, et le contact se ferme. Lorsqu’on éloigne l’aimant de commande, le petit aimant est capable de maintenir seul le contact fermé.

Et voilà ! On a mémorisé la commande ! Oui mais, pour rouvrir le contact ? Eh bien, rien de plus simple : il suffit d’approcher de nouveau l’aimant de commande, mais en ayant inversé ses pôles. Cette fois, les flux magnétiques vont se soustraire, et le petit aimant va libérer le contact qui va donc s’ouvrir.

J’utilise depuis longtemps de tels ILS bistables, voir par exemple l’extinction des feux rouges avant dans le Picasso Mistral, la commande des fanaux dans le fourgon Dd4s Roco, celle des lanternes d’un céréalier Jouef, ou celle de l’éclairage de nombreuses voitures.

Tout cela est bel et bon, me direz-vous, mais pourquoi vouloir en fabriquer soi-même ? Eh bien tout est parti du fait que le modèle que j’utilisais, le PMC-1424THX, que j’achetais chez Conrad, s’est trouvé épuisé. J’ai donc cherché un équivalent en dimensions, pour ne pas refaire le circuit imprimé qui l’accueillait. J’ai trouvé par exemple le modèle Meder KSK-1E66, mais il n’est disponible nulle part, et il est cher, presque 10 € pièce !

Modèle PMC-1424THX

Modèle KSK-1E66

Je me suis donc demandé si je ne pourrais pas en fabriquer moi-même, sans trop y croire car je pensais que le réglage de l’aimant de maintien devait être particuliè­rement fin et précis. Mais j’ai essayé, et le premier résultat a été encourageant. Je vais donc vous expliquer comment je fabrique des ILS bistables très facilement, cela pour un prix d’à peine un euro pièce, ce qui n’est pas son moindre intérêt.

Matériel nécessaire

Tout le problème est de trouver des aimants suffisamment petits, toujours pour une question d’encombrement, sachant que le diamètre des ILS utilisés est de l’ordre de 2 mm, et suffisamment peu puissants pour ne pas pouvoir actionner l’ILS par eux-mêmes. J’en ai trouvé, il faut bien le dire, par chance. Il s’agit de petits aimants parallélépipédiques mesurant 1,6 × 1,6 × 12 mm, probablement en ferrite.

L’autre élément indispensable, c’est évidemment l’ILS. J’ai choisi un modèle petit (longueur 14 mm pour un diamètre de 2,2), assez sensible et bon marché. C’est le Meder KSK-1A66, le petit frère de l’introuvable KSK-1E66.

Voici les composants en présence.

Il faut encore se procurer de la gaine thermorétractable pour maintenir l’aimant sur l’ILS, d’un diamètre avant rétreint de 3,5 mm. Plus grand, l’aimant ne tiendrait pas en place pour le réglage ; plus petit, il serait très difficile de glisser l’aimant sur le corps de l’ILS.

Fabrication de l’ILS

Réglage de la position de l’aimant

Ensuite, approcher l’aimant de commande. Si on oriente ses pôles dans le même sens que le petit aimant (même couleur du même côté), les flux s’additionnent et le contact doit se refermer : la LED s’allume. Lorsqu’on éloigne l’aimant, la LED doit rester allumée. Sinon, il faut remonter le petit aimant légèrement vers le milieu.

Évidemment, il faut aussi faire le test inverse, c’est-à-dire approcher l’aimant de commande avec sa polarité inversée, pour éteindre la LED. Le réglage est correct lorsque l’allumage et l’extinction se produisent sensiblement à la même distance de l’ILS. Ne pas chercher à trop affiner, car il faudra peut-être retoucher le réglage une fois l’ILS implanté dans son circuit.

Si le morceau d’aimant est vraiment très petit (moins de 3 mm), il se peut que la LED ne s’allume pas lorsque l’aimant est au milieu de l’ILS. Mais ce n’est peut-être pas perdu. Approchez votre aimant de commande : la LED va s’allumer. Éloignez-le : elle va peut-être rester allumée. Alors, c’est gagné ! Sinon, jetez le petit morceau d’aimant.

Exemple d’implantation dans une voiture UIC REE

Est-ce que ça fonctionne bien ?

J’ai déjà monté ces ILS bistables « système D » dans une quinzaine de voitures. L’actionnement est certes moins précis qu’avec des modèles du commerce. Certains sont trop sensibles : il arrive que deux voitures soient commandées en même temps si leurs ILS, placés aux extrémités, sont face à face. Mais cela se produit aussi avec des ILS du commerce. Globalement, le fonctionnement est très satisfaisant.

Cependant, j’ai remarqué incidemment un phénomène curieux, qui se produit aussi bien avec des ILS bistables du commerce : certaines locos, Roco en particulier, actionnent les ILS d’une rame stationnée sur une voie parallèle lorsqu’elles passent devant. Il faut croire que leur moteur rayonne un champ magnétique important. Ce n’est pas très gênant, mais c’est assez surprenant au début…

Après enquête avec une vingtaine de locos de différentes marques (Roco, Jouef, Electrotren, Mabar, REE, LS Models, Van Biervliet), je soupçonne fortement les moteurs ouverts, c’est-à-dire ceux dont on peut voir le rotor, d’être responsables de ce dysfonctionnement. Et, effectivement, la plupart des modèles Roco sont équipés ainsi, alors que les autres marques utilisent plutôt des moteurs fermés (moteur can).

Adresses utiles

• Pour les ILS (et pour bien d’autres composants), TME, en Pologne, prix imbattables sauf peut-être par les Chinois, mais avec des délais de livraison bien plus courts.
• Pour les aimants, CDF, commerçant bien connu des amateurs d’électronique ferroviaire.
• Pour la gaine thermorétractable, TME aussi… Avec 15 mètres, vous pourrez monter des milliers d’ILS ! La gaine bleue est moins chère que la noire, allez savoir pourquoi…

Parlons prix…

Avec les fournisseurs cités, sur la base de 50 ILS fabriqués, avec un aimant de 12 mm pour 3 ILS, cela nous donne :

Désignation	Prix unit. (€)	Quantité	Prix (€)
ILS KSK1-A66-1015	0,42	50	21,00
Gaine CB-HFT2X-32-BOX	2,80	1	2,80
Aimant CDF 8041946	6,50 / 5	20	26,00
		Total	49,80

Comme promis, prix de revient unitaire inférieur à 1 € (hors frais de port). Et encore, j’ai compté toute la gaine, alors qu’il n’en faut qu’un petit morceau.

Pourrait-on encore faire mieux ? On voit que c’est le prix des aimants qui « plombe » le prix de revient. Or on trouve de plus en plus, sur Internet, de boutiques qui proposent une infinité de types d’aimants, dont certains à des prix bien plus bas que chez CDF. J’ai donc cherché des aimants qui pourraient convenir.

Pour choisir, il faut déterminer certaines caractéristiques, dont l’encombrement (de l’ordre de 2 × 5 mm maximum) et la force de contact. Quelle est celle des aimants utilisés ci-dessus ? Pour en avoir une idée, j’ai essayé de soulever une plaque de lest de 25 g avec un aimant entier de 12 mm : on y arrive tout juste. J’en déduis que l’aimant convenable devrait avoir une force de 8 g environ — le tiers.

Dans la catégorie des aimants néodyme, on en trouve de minuscules (⌀ 1 × 1 mm), à 0,03 € pièce, contre 0,43 € chez CDF. Mais leur force est de 25 g ! C’est beaucoup trop ! Donc, pour le moment, je n’ai rien trouvé de mieux que les aimants CDF.

Quelques mois après, suite des réflexions

Si on regarde les caractéristiques des ILS Meder KSK1A66 telles qu’elles apparaissent dans le catalogue en ligne de TME, on en voit une nommée amplitude, avec AT pour unité.

Explication (ou plutôt traduction ?) : il s’agit non d’une amplitude, mais d’une plage de valeurs possibles, et la grandeur dont il s’agit est la force magnétomo­trice (FMM), qui s’exprime (ou plutôt s’exprimait, voir Wikipédia) en ampères-tours (At).

Énoncée de façon plus simple, la question est : si je veux actionner l’ILS avec une bobine (un solénoïde), j’ai besoin de faire passer un courant de combien d’ampères dans combien de spires ? Par exemple, pour le KSK1A66-1015, je peux bobiner 10 spires et y faire passer 1,5 A (c’est beaucoup !) ou 100 spires avec 150 mA (c’est mieux), etc. L’important est que le produit donne 15 à chaque fois : I am­pères × n tours. On peut donc considérer que la valeur de la force magnétomotrice donne une idée de la force d’actionnement nécessaire pour l’aimant de commande.

Où est-ce que je veux en venir ? Eh bien, avec le modèle choisi précédemment, le fonctionnement était perturbé par certaines locomotives passant à côté de l’ILS. En choisissant un modèle nécessitant une force magnétomotrice plus grande, on évitera peut-être cet inconvénient. En revanche, il faudra sans doute un aimant de maintien un peu plus fort — peut-être un demi barreau au lieu d’un tiers — et ap­procher un peu plus l’aimant de commande pour actionner l’ILS.

Vu le prix de ces ILS, cela vaut la peine d’essayer. Lors d’une prochaine com­mande chez TME, je ne manquerai pas d’acheter le modèle 2030 pour le tester.

Nouveaux ILS moins sensibles

Eh bien nous y voilà, les nouveaux ILS KSK1A66-2030 sont arrivés ; il est temps de faire quelques essais.

Premier constat : l’aimant de maintien peut être le même qu’avant, soit un tiers d’aimant de 12 mm. Simplement, il faut le positionner plus au milieu, ce qui n’a rien d’étonnant, puisque l’ILS a besoin d’une FMM plus grande.

J’ai donc installé sur une platine à trous deux ILS bistables, un « ancien » très sensible et un « nouveau » moins, chacun avec une LED et une résistance en série. Je commence par faire quelques essais avec différents aimants, pour constater qu'effectivement, il faut approcher davantage l’aimant pour actionner le nouvel ILS, d’environ 25 à 30 %.

Ensuite, j’entame les tests avec une machine qui perturbait le fonctionnement des anciens ILS. C’est la ROCO réf. 62995, SNCB 6003. Je la ferai passer le long de ma platine d’essai, à des distances de plus en plus courtes, pour voir si elle actionne les ILS. Je rappelle que le but est d’éviter que la machine modifie l’éclairage ou les fanaux d’une rame qui serait sur une voie adjacente, rame qui est simulée par ma platine à trous.

Les distances d’actionnement sont en millimètres, comptées de l’axe de l’ILS à celui de la loco. Les valeurs sont des moyennes. L’action d’extinction s’entend si les ILS étaient préalablement fermés (LED allumée). Cela ne peut se produire que lorsque la loco présente le pôle nord de son moteur aux ILS. Pour l’action d’allumage, il faut retourner la loco de façon qu’elle présente le pôle sud. Les photos qui suivent ne montrent que les actions d’extinction.

Remarque : l’action la plus gênante est l’extinction, car plus visible la nuit que l’allumage le jour.

Essai avec ILS horizontaux, perpendiculaires à la voie

C’est le cas le plus fréquent, avec le circuit de commande disposé sous le toit de la voiture. L’étiquette N sur la loco indique le pôle nord de son moteur.

À cette première distance, aucun des deux ILS n’est actionné.

À cette deuxième distance, le plus sensible (à gauche) est actionné, sa LED s’éteint.

À cette troisième distance, les deux sont actionnés, les deux LED sont éteintes.

Résultats :

Action	Ancien ILS	Nouvel ILS
Allumage	60	45
Extinction	90	85

Essai avec ILS verticaux

C’est le cas lorsque le circuit d’alimentation est placé dans les WC de la voiture.

Résultats :

Action	Ancien ILS	Nouvel ILS
Allumage	50	30
Extinction	70	50

On voit que l’actionnement se produit de plus près : cette disposition est meilleure que la précédente.

Essai d’actionnement avec ILS parallèle à la « voie »

La configuration avec l’ILS parallèle à la voie n’est pas ma plus habituelle, mais je l’ai utilisée par exemple sur mes M2 SNCB.

En passant, la loco a éteint l’ILS le plus sensible (l’ancien), ici à droite.

Résultats :

Action	Ancien ILS	Nouvel ILS
Allumage	35	20
Extinction	50	40

C’est encore mieux ici.

Conclusion

Je l’ai dit, l’action la plus gênante est l’extinction, et c’est malheureusement celle qui se produit de plus loin.

Cela étant, on peut conclure que :

• le nouvel ILS est effectivement moins sensible et sera donc moins affecté par des actionnements intempestifs ;
• le premier cas étudié est le plus défavorable, et pourtant c’est celui que j’utilise le plus. Il faudra donc si possible mettre l’ILS verticalement (dans les WC) ou, encore mieux, parallèle à l’axe de la voiture.

Quelle serait finalement la disposition optimale d’un ILS pour la commande d’éclairage ? Eh bien ce serait, on vient de le voir, parallèle à l’axe de la voiture, et au centre de celle-ci. En effet, d’une part, ce point est plus facile à repérer pour positionner l’aimant de commande, et, d’autre part, il est plus éloigné des ILS des voitures contiguës. Il y a moins de risque d’interférence entre celles-ci.

Avant ces essais, j’ai presque toujours placé les ILS à une extrémité de la voiture, tout simplement parce que le condensateur anti-clignotement se place plus facilement dans les toilettes, sans longs fils de raccordement. Il faudra que je revoie cette disposition à l’avenir.

Depuis, pour les nouvelles réglettes que j’ai fait fabriquer, j’ai systématiquement utilisé la disposition dans l’axe. Dernière réalisation en date : la commande de l’éclairage (ILS central) et des fanaux (ILS à gauche) de la B⁴Dd Sud-Est REE.

Cliquez pour agrandir.

Utilisation d’aimants au néodyme

Problème de disponibilité des aimants

Au fil du temps (nous sommes maintenant en 2022), il est devenu de plus en plus difficile de trouver des aimants convenables (Littelfuse ou Hamlin H31). J’en avais commandé chez Mouser, mais non disponibles. De mois en mois, la date de livraison était repoussée. De guerre lasse, j’ai décidé d’essayer des aimants au néodyme, que j’avais éliminé a priori car je les pensais trop puissants.

Essai avec aimants néodyme

J’ai donc commandé des aimants néodyme « très puissants » (seule donnée « technique » indiquée !), sur ebay France. Un peu chers par rapport à d’autres sources, mais rapidement disponibles. Attention : ils ne sont peut-être plus disponibles à l’heure où vous lirez ceci. Sinon, il y a de nombreux fournisseurs, dont le plus intéressant est sur Aliexpress. Mais attention : rien ne dit que ces aimants auront la même force que ceux essayés ici.

La manipulation de si petits aimants n’est pas facile. Je recommande l’utilisation de brucelles amagnétiques. Je profite du fait que les fils de l’ILS sont magnétiques : l’aimant reste collé dessus.

Le processus est semblable au précédent : je commence par colorer les extrémités de l’aimant par rapport à un aimant connu, le pôle sud en rouge et le nord en bleu.

Je pose un aimant sur l’ILS : ça ne marche pas. Si j’approche l’aimant de commande, l’ILS se ferme ; mais il se rouvre dès l’éloignement. Avec deux aimants, même chose. Avec trois aimants, ça marche ! Sur ma lancée, j’en mets quatre, mais alors, parfois, plus moyen d’ouvrir l’ILS.

Donc, et j’insiste bien, pour les aimants utilisés, il en faut trois pour un fonctionnement correct.

Film de la fabrication

Voici les éléments en présence : ILS, gaine, aimants. On ne voit bien ces minuscules aimants qu’en zoomant ! Je constate sur l’agrandissement qu’ils ont déjà réussi à capter de minuscules débris de limaille ! On distingue l’extrémité colorée en rouge par rapport à un aimant connu (ici, un aimant de « tournebroche » Jouef…).

Cliquez sur la photo pour zoomer.

Les aimants sont posés sur l’un des fils de l’ILS, et un morceau de gaine thermorétractable ⌀ 2 est glissé dessus.

L’aimant triple est avancé sur le corps d’ILS et le recouvrement par la gaine est amorcé.

En retenant l’aimant, la gaine est poussée par-dessus.

Petit à petit, la gaine recouvre l’aimant et l’ensemble est glissé vers le milieu de l’ILS. À noter qu’il n’y a même pas besoin de rétreindre la gaine.

Après réglage comme dans la méthode décrite au début de cet article, les extrémités de l’ILS sont marquées au feutre comme l’aimant, ce qui est quand même plus visible.

C’est terminé. C’est plus facile qu’avant : pas d’aimant à couper. C’est encore moins encombrant, et encore moins cher !