Animation maquette

Un des mes amis modélistes, vient de s’offrir le chevalement de mines Faller n°946 en version statique.

Pour peu qu’on se donne la peine de passer par l’étape peinture et patine, cette maquette est une très jolie reproduction d’un chevalement de mines comme il en existait autrefois dans de nombreuses régions.

Equipée de ses grandes roues de montée et descente de la machinerie d’ascenseur, il ne restait plus qu’à motoriser la mécanique et à doter l’ensemble d’un circuit de commande du moteur. Le cahier des charges retenu est le suivant :

- Faire tourner les deux grandes roues suffisamment lentement pour que l’effet visuel des roues à rayons en mouvement, soit conforme à la réalité,
- Faire tourner les roues dans un sens et dans l’autre,
- Obtenir un démarrage et freinage du moteur avec une simulation d’inertie,
- Permettre de régler le temps de marche pour les deux sens,
- Permettre de calibrer le temps d’arrêt entre chaque montée/descente.

Au travail donc ! 

La première étape est la motorisation de l’ensemble à l’aide d’un petit moto-réducteur de récupération équipé pour l’occasion d’une petite poulie en aluminium réalisée au tour.
Cette poulie est destinée à entraîner une autre poulie solidaire de l’arbre d’entraînement des grandes roues.

Toutes les solutions sont envisageables et tout bon modéliste, équipé ou non d’outillage adéquat, viendra à bout rapidement de cette motorisation.
La principale contrainte étant, encore une fois, d’obtenir un mouvement suffisamment lent pour qu’il soit bien visible.
Par essais successifs, il suffit de déterminer la tension à appliquer au moteur pour y parvenir.

Pour ce qui me concerne, et avec le moto-réducteur choisi, c’est sous 8 Volts que le résultat est le plus proche de la réalité.
Pour obtenir ces 8 Volts, diverses solutions s’offrent, mais comme par ailleurs, un circuit électronique est nécessaire, le plus logique est de commencer par installer un régulateur intégré, type 7808.

En amont de ce régulateur se trouvent bien sûr un pont redresseur et un circuit de filtrage électrochimique habituel.

Cette configuration permet d’alimenter l’ensemble sous une tension quelconque, alternative ou redressée mais dont la valeur doit être comprise entre 11 et 18 Volts environ.

Vient alors le tour de la solution électronique pour commander l’ensemble.

Pour avoir des tensions entre 0 et 100% de la vitesse, le moteur n’est pas commandé directement sous 8 Volts. Cette fonction est obtenue par l’intermédiaire d’un transistor Darlington (BDX33), dont la polarisation de base et assurée par une tension variable aux bornes d'un condensateur.

En faisant varier cette tension (charge et décharge), on obtient très simplement les 4 états :
- le démarrage progressif,
- la pleine vitesse, 
- le freinage progressif du moteur, 
- l’arrêt,
et ainsi de suite.

On s’aperçoit tout de suite que des impulsions calibrées dans le temps sont nécessaires, c'est le rôle de l'oscillateur astable, confié ici à un 555.

Entouré de ses habituels circuits de réglages de temporisation, le 555 fournit de manière très régulière des impulsions qui sont appliquées sur la base du Darlington via une résistance de 47 kOhms permettant la charge et la décharge lentes du condensateur.

Dans le cas présent, le rapport cyclique du 555 devient dissymétrique est ajustable pour permettre des durées de marche et d'arrêt différentes. En effet, j'ai opté pour un temps d'arrêt (démarrages et freinages compris) d'environ 1/4 du cycle, les 3/4 restants sont consacrés à la marche à pleine vitesse. C'est le rôle de la cellule composée de 2 diodes 1N4148, d'un potentiomètre (P2) de 470 KOhms et d'un condensateur de 47 µF, le tout relié aux broches 2 et 6 du 555. Ce dispositif permet de charger le condensateur de 47 µF via une des diodes et de le décharger via l'autre diode.
Selon la position de P2, ces durées de charge et décharge sont ajustables sans changer la fréquence générale du 555.

A ce stade, on obtient pas encore l’effet souhaité car les commandes envoyées au moteur sont toujours polarisées dans le même sens.

Il suffit de faire transiter la tension de commande du moteur par les contatcs R/T d’un petit relais câblé en inverseur bistable pour que le cycle soit le suivant :

- démarrage progressif de la rotation dans un sens,
- pleine vitesse,
- freinage progressif,

- arrêt
- inversion du sens de marche pendant l'arrêt,
- démarrage progressif de la rotation dans l’autre sens,
- pleine vitesse,
- freinage progressif,

- arrêt,
- inversion du sens de marche, etc....

Bien que synchronisée avec les impulsions fournies par le 555, l’inversion de polarité doit se faire une fois sur 2 par rapport à l'alimentation du moteur.
C'est à une bascule D (CD4013) configurée en diviseur par 2 que ce rôle est confié. A noter qu’ici, une seule des deux bascules contenues dans un CD 4013 est utilisée.

Le relais est alimenté alors que le moteur est encore à l’arrêt, et ne démarre que quelques fractions de secondes plus tard (durée réglable par P2) pour une durée de plusieurs secondes ou dizaines de secondes (durée également réglable par P1).


Puis le moteur s’arrête pendant quelques secondes, le relais change d'état et le moteur redémarre dans l’autre sens. A ce sujet, régler P2 pour que la commutation du relais se fasse après l'arrêt complet du moteur, faute de quoi, les effets d'inertie seraient annulés.

Autrement dit, la première impulsion positive disponible en sortie du 555 est appliquée parallèlement sur l’entrée Horloge du 4013 et sur la base du Darlington.

En fonction du montage particulier réalisé ici autour du 4013, l’impulsion délivrée par le 555 est « mémorisée » et la bascule est vérouillée.
La deuxième impulsion délivrée par le 555 reste sans effet, le sens de marche est donc inchangé.
La troisième impulsion dévérouille la bascule et le relais change d'état, et ainsi de suite.

Le schéma électronique est le suivant :

La réalisation passe par un petit circuit imprimé selon la méthode habituelle. Ci-dessous, le typon :

Une vue de l’implantation des composants ....

Liste des composants :
1 x 555
1 x 4013
1 x 7808
1 x BDX33 (ou équivalant)
1 x pont redresseeur moulé 1A/50V
4 x 1N4148
1 x micro relais 2 RT 6/12V
2 x 470 µF radiaux
1 x 47 µF radial
1 x 22 µF radial
2 x 100 nF 
1 x 10 nF
2 x pot.H 470k
1 x résistance 0,25W 2k2
3 x résistances 0,25W 10k
1 x résistance 0,25W 47k
4 cosses poignard mâles

1 x circuit imprimé.

.... et une vue de la platine terminée.

Bonne réalisation !