Firmes concernées: MAERKLIN, BUCO et HAG

Cahier No 5: Schémas du câblage électrique des locomotives

Introduction:

Toujours à l’intention des ferrovipathes collectionneurs et exploitants de chemins de fer Tinplate 0 selon le système ”Trois rails”, je me fais également le plaisir de réaliser ce cahier, qui concerne uniquement les schémas du câblage électrique des véhicules-moteurs équipés d’un moteur de traction monophasé série à collecteur, avec stator bobiné et inverseur de marche manuel, semi-automatique à interruption de courant ou électromagnétique à surtension télécommandée à partir du transformateur (systèmes “BUCOMATIC” et “MAERKLIN HO”); ces schémas décrivent également le câblage pour l’alimentation des feux frontaux des locomotives, ainsi que pour l’éclairage des voitures de voyageurs à partir des véhicules-moteurs (fiches femelles encastrées sur une ou sur les deux parois frontales desdites locomotives).

En effet, d’une manière strictement personnelle, je considère le type de moteur de traction cité ci-dessus comme le meilleur qui puisse exister au niveau du modélisme ferroviaire “Tinplate 0”, ceci tant par ses performances que de celui de son fonctionnement absolument sûr, totalement exempt de pannes subites, comme cela se produit hélas parfois avec la technologie électronique contemporaine; ce type de moteur de traction est simple, robuste et exceptionnellement durable, ce qui signifie que mes plus anciennes locomotives ont à ce jour 91 pour la RS 66/12920 de MAERKLIN (toit blanc donc construite en 1932) et au minimum 92 ans pour la RS 65/13050 de MAERKLIN (produite de 1928 à 1931), locomotives qui sont encore en excellent état dans leur aspect d’origine; qui dit mieux ?; ce type de moteur de traction représente à lui seul l’électrotechnique traditionnelle et irremplaçable dans toute sa beauté !

Schémas de câblage des locomotives “Tinplate 0” MAERKLIN des types “65” et “66”, des locomotives BUCO 301, 304 et 314, ainsi que des locomotives HAG 1946, 1101 et 11852

Ces moteurs de traction sont définis par “universels”, car ils peuvent indifféremment être alimentés en courant alternatif monophasé ou en courant continu, à une tension variant entre 6 et 20 volts, voire 24 à 27 volts pour les véhicules-moteurs équipés d’un inverseur de marche électromagnétique à surtension télécommandée depuis le transformateur, inverseurs des types BUCOMATIC et MAERKLIN (HO) et donc équipés d’une bobine excitatrice. Bien évidemment, préalablement à l’activation de ces types d’inverseurs télécommandés, le volant du combinateur ou le bouton/curseur du transformateur doivent être impérativement ramenés à “0”.

Ci-après, voici donc la description de ces deux types de moteurs de traction MAERKLIN.

1. Moteur de traction utilisé sur les locomotives MAERKLIN du type “65” (par exemple locomotive électrique du type RS 65/13050)

Schéma de câblage du moteur de traction du type “65”

En bas à droite en bleu-foncé, un des deux frotteurs horizontaux, réunis par une barre rigide (non visible ici) également sous tension pour la prise de courant sur le rail central (“phase” pour le courant alternatif monophasé ou “+ de l’alimentation” pour le courant continu); de ces deux frotteurs, le câble vert (à droite de l’illustration) relie ceux-ci à l’entrée de la bobine du stator (un seul enroulement de droite à gauche); à la sortie de cette bobine, un câble de couleur rose-clair est couplé au plot de contact central alimentant l’une ou l’autre des deux barres verticales mobiles de l’inverseur de marche (à commande manuelle sur les trois plots fixes inférieurs de contact) au moyen d’une tige horizontale se terminant par un bouton; ces deux barres, représentées par un trait vertical vert-clair à gauche et rose-foncé à droite, sont couplées aux balais correspondants gauche et droit de l’induit; cela signifie donc que l’inversion du sens de marche s’effectue sur l’induit. La barre verticale de gauche se déplace sur les plots de contact gauche et central, alors que la barre verticale de droite se déplace sur les plots de contact central et droit; un premier câble de couleur jaune relie les plots de contact gauche et droit de l’inverseur de marche, puis un deuxième câble de même couleur est raccordé du plot de contact gauche au châssis, pour que le courant de retour (“masse”) puisse passer par les roues (traits en forme de “T” à l’envers de couleur turquoise) et les rails de roulement en direction du transformateur.

Positions de l’inverseur de marche:

Lorsque la tige horizontale de commande (se terminant par un bouton) est poussée en direction de l’abri du mécanicien d’une locomotive à vapeur ou de la face frontale concernée d’une locomotive électrique, cela indique “marche avant”; dans ce cas, la barre verticale et le balai de gauche sont alimentés par le plot de contact central, alors que la barre verticale et le balai de droite sont alimentés par le plot de contact de droite.

Lorsque la tige horizontale de commande est tirée en direction du tender d’une locomotive à vapeur, ou éloignée de la paroi frontale d’une locomotive électrique, cela indique “marche arrière”; dans ce cas, la barre verticale et le balai de gauche sont alimentés par le plot de contact gauche, alors que la barre verticale et le balai de droite sont alimentés par le plot de contact central.

Vue sur ma RS 65/13050, produite de 1928 à 1931; la tige horizontale de commande (à droite) de l’inverseur de marche est poussée en direction de la paroi frontale; cela signifie donc que la locomotive est sensée avancer

2. Moteur de traction utilisé sur les locomotives MAERKLIN du type “66” (par exemple locomotive électrique du type RS 66/12920)

Vue frontale de l’ensemble électro-mécanique, côté inverseur de marche

Schéma de câblage du moteur de traction du type “66”. En bas à droite en bleu-foncé, les deux frotteurs horizontaux pour la prise de courant (“phase” pour le courant alternatif monophasé ou “+” lors de l’utilisation du courant continu) sur le rail central; des deux frotteurs réunis par une barre rigide également sous tension, le câble vert relie la prise de courant inférieure centrale à l’entrée de la bobine du stator (un seul enroulement de bas en haut); à la sortie de cette bobine, un câble de couleur rose-clair est couplé à la lamelle centrale de contact s’appuyant sur le bloc pivotant en cuivre à trois plots de contact du haut de l’inverseur de marche (à commande manuelle ou semi-automatique) au moyen d’une tige horizontale se terminant par un bouton; en vert-clair, un câble relie la lamelle gauche au balai gauche de l’induit, alors qu’en rose-foncé, un câble relie la lamelle de droite au balai droit de l’induit; de cette lamelle de droite de couleur jaune, un câble est raccordé au châssis, pour que le courant de retour (“masse”) puisse passer par les roues (trait vertical de couleur turquoise) et les rails de roulement en direction du transformateur.

Position de l’inverseur de marche:

L’image ci-dessous indique clairement que celui-ci est disposé pour une “marche arrière”, car la partie supérieure du bloc pivotant à trois contacts est inclinée du côté droit; en “marche avant”, la partie supérieure de ce bloc serait inclinée du côté adverse, soit à gauche. Pour actionner cet inverseur et donc le positionner pour la prochaine mise en marche du véhicule-moteur, il suffit: a) de tirer la tige horizontale de commande (se terminant par un bouton) en direction du tender d’une locomotive à vapeur ou de l’extérieur de la paroi frontale d’une locomotive électrique, puis b) à nouveau de repousser cette tige dans l’autre sens; lorsque la tige est tirée vers l’extérieur, la pièce supérieure (arrondie dans sa partie supérieure et pointue dans sa partie inférieure) se dégage de l’une des deux cavités supérieures du bloc pivotant à trois contacts et est maintenue élevée par un ressort; lorsque cette tige est repoussée (et donc l’inverseur à nouveau bloqué), la pointe appuye automatiquement sur la cavité supérieure adverse du bloc en question.

Vue sur ma RS 66/12920, produite de 1932 à 1938; la tige horizontale de commande (à gauche) de l’inverseur de marche est poussée en direction de la paroi frontale; cela signifie donc que celui-ci est bloqué et que la locomotive est sensée avancer ou refouler. A la différence de l’inverseur du type “65”, l’appareil “66” est semi automatique, c’est-à-dire que lorsque la tige est complètement tirée vers l’extérieur, elle débloque l’inverseur; ainsi, à la prochaine mise sous tension, la locomotive change automatiquement de sens de marche, ce qui est très pratique lors des mouvements de manoeuvre; par contre, pour que cette opération électromagnétique puisse s’effectuer, il est nécessaire de disposer d’un transformateur puissant (au minimum 35 Watts), donc débitant suffisamment de courant pour actionner la partie aimantée devant entraîner la pièce faisant basculer alternativement à gauche ou à droite le bloc de cuivre à trois contacts de l’inverseur. Ainsi, de par sa puissance limitée, le transformateur BUCO 5611 de 25 Watts ne permet pas cette fonction automatique et exige donc que l’inversion du sens de marche ne s’exécute que strictement manuellement sur place.

Schémas de câblage de l’appareillage électrique des locomotives “Tinplate 0” BUCO des types 301, 304 et 314

Schéma de l’alimentation électrique des locomotives des types 301 L et 304 L (présence des pantographes fonctionnels)

1. Description du schéma électrique principal pour les locomotives 301 et 304 L

Par le schéma figurant ci-dessus, la distribution de la tension (phase) est clairement démontrée à partir de l'interrupteur principal central, monté sous le toit de la locomotive. Ainsi, le levier de commande No 1, à gauche, destiné au moteur de traction, est relié par un câble bleu, alimentant l'enroulement statorique ; ce levier de commande peut également être branché, toujours au moyen d'un câble bleu, directement aux pantographes fonctionnels entrant en contact avec la caténaire, via la connexion d'alimentation No 2. Le levier de commande No 3, à droite, est destiné à l'alimentation des feux frontaux, ainsi que de la prise de courant pour l'éclairage des voitures, placée au centre de l'une ou sur les deux  faces frontales de la caisse de la locomotive ; ce levier de commande peut également être branché, au moyen d'un câble vert, via le connexion d'alimentation No 4, aux deux prises de courant centrales inférieures appuyant sur le rail central. Le chiffre 5 concerne les frotteurs des deux pantographes, qui entrent en contact avec le fil de la caténaire ; le chiffre 6 définit la plaque commune (sous tension) réunissant les deux prises de courant inférieures, alors que le chiffre 7 concerne les deux prises de courant inférieures qui, elles-mêmes s'appuient sur le rail central. Ainsi, le déplacement correspondant des deux leviers de commande mobiles, permet les combinaisons d'alimentation souhaitées. Cela peut, par exemple, très bien convenir pour l'exploitation de deux trains, ou de de deux locomotives, circulant indépendamment l'une de l'autre sur la même voie. Une locomotive, alimentée avec les deux leviers de commande reliés par les câbles bleus, sera branchée sur la caténaire, alors que l'autre locomotive, commutée avec les câbles verts, sera alimentée au moyen du rail central.  Le courant de retour (masse) passe, dans les deux cas, sur les deux rails extérieurs de roulement, via la caisse et les roues de la locomotive, pour rejoindre le transformateur principal d'alimentation (tensions de 220 V. sur l’enroulement primaire et de 16-24 ou 27 V. sur l’enroulement secondaire).

L'inversion du sens de marche BUCO au moyen de l'interruption de courant

Equipement intérieur électro-mécanique des locomotives 301 et 304

Par l'illustration ci-dessus, la desservance du sens de marche s'opère de la façon suivante : la poignée de commande b) et la barre d'activation, lui faisant suite, permettent de débloquer (de droite à gauche) le levier électro-aimanté vertical s'appuyant contre le noyau en fer doux du stator, entraînant à son tour le triangle cranté s'appuyant sur la roue dentée (non visible) commune au disque-inverseur multi-contacts de distribution du courant (au milieu en haut, sous la bobine du stator), commandant le sens de rotation du moteur de traction, ainsi que celui de l'éclairage (distribution du courant au moyen des trois lames de contact inférieures s'appuyant sur le disque).

Admettons que la tige de commande b), se terminant par un gros bouton pour en faciliter la manutention, soit retirée, alors que la locomotive roule en marche avant. En coupant le courant (bouton-curseur ou volant du combinateur du transformateur ramené à « 0 »), la locomotive s'arrête. Si cette tige de commande b) est maintenant repoussée et bloquée (de gauche à droite), la locomotive est maintenue à l'arrêt, avec feux frontaux enclenchés, ainsi que l'éclairage des voitures voyageurs éventuellement accouplées ; dans cette position, apparaît un très léger bourdonnement à l'intérieur de la machine, indiquant ainsi que celle-ci est sous tension , cependant sans que cela ne provoque le moindre des risques électriques (surchauffement ou court-circuit) ; il faut toutefois veiller à ce que la tension demeure raisonnable et contribue ainsi à un éclairage réaliste. En outre, ce léger bourdonnement apporte une ambiance ferroviairo-électrique bienvenue, car semblable à celle que l'on rencontre sur les "grandes" locomotives (dans la réalité, même encore aujourd'hui, une locomotive à l'arrêt, mais enclenchée, produit toujours un « bruit électrique », notamment en raison de l'induction). Maintenant, en retirant la tige, lors de la mise en marche, la locomotive changera de sens et partira en arrière. Conduire la locomotive avec la tige de commande retirée (déverrouillée) ne doit s'appliquer que pour des mouvements de manœuvre. Par contre, pour l'exploitation régulière en ligne, la tige de commande doit toujours être enfoncée/bloquée, ceci en pressant la pièce verticale électro-aimantée contre le noyau en fer doux du stator ; ainsi, le sens de marche choisi et/ou l'arrêt avec l'éclairage enclenché demeurent fixes. La pièce mobile verticale permet donc la distribution du courant au moteur de traction en actionnant le disque latéral central par légère rotation de celui-ci dans le sens des aiguilles d'une montre, disque multi-contacts réglant les différentes positions de marche et/ou d'éclairage. Avec ce système, les locomotives 301, 301 L, 304 et 304 L fonctionnent de la façon suivante : marche avant - arrêt avec l'éclairage enclenché - marche arrière - arrêt avec l'éclairage enclenché - marche avant -, etc.

Photographie reproduisant la partie électrique des locomotives 301 et 304, selon l’illustration précédente

Locomotives BUCO 301 (pantographes fixes non fonctionnels) et 304 L avec pantographes fonctionnels, toutes deux équipées de l’inverseur de marche par interruption de tension

2. Les locomotives électriques BUCO 314 et 314 L, écartement 0

Description du schéma de l'appareillage électrique pour une locomotive 314 L avec stator à une seule bobine:

1. Noyau en fer doux du stator bobiné
2. Bobine excitatrice de l'inverseur de marche télécommandé
3. Contacts pour l'alimentation du moteur de traction et de l'éclairage
4. Alimentation centrale commune du cylindre d'inversion multi-contacts
5. Lames en bronze s'appuyant sur le cylindre pour l'alimentation du moteur de traction et de l'éclairage
6. Interrupteur principal à quatre positions différentes
7. Frotteurs des pantographes pour la prise de courant par la caténaire
8. Frotteurs inférieurs pour la prise de courant par le rail central
9. Ampoules des feux frontaux
10. Prises de courant pour l'éclairage des voitures voyageurs.

Schéma de l'appareillage électrique pour une locomotive 314 L (équipée de l'inverseur de marche électro-magnético-mécanique à surtension télécommandée), alors que le stator du moteur de traction est formé d'une seule bobine avec enroulement simple. Dans ce cas, le changement du sens de marche s'opère sur l'induit (muni du collecteur plat fournissant le courant aux trois bobines), par permutation dans l’alimentation de la paire de balais reliés aux lamelles en bronze selon chiffre 5.

Description du schéma de l'appareillage électrique pour une locomotive 314 L avec stator à deux bobines superposées sur le même noyau, selon schéma ci-dessous:

1. Noyau en fer doux du stator bobiné
2. Bobines excitatrices superposées de l'inverseur de marche télécommandé
3. Contacts pour l'alimentation du moteur de traction et de l'éclairage
4. Alimentation centrale commune du cylindre d'inversion multi-contacts
5. Lames en bronze s'appuyant sur le cylindre pour l'alimentation du moteur de traction et de l'éclairage
6. Ampoules des feux frontaux extérieurs

Schéma de l'appareillage électrique pour une locomotive 314 L (équipée de l'inverseur de marche électro-magnético-mécanique à surtension télécommandée), alors que le stator du moteur de traction est formé de deux bobines excitatrices sur le même noyau en fer doux, mais dont le sens de l'enroulement de chacune d'entre-elles est inversé par rapport à celui de l'autre ; dans cette application, suivant la position des contacts fixés sur le cylindre d'inversion selon chiffre 3 (rotation d'un quart de tour par impulsion télécommandée), l'une ou l'autre de ces deux bobines statoriques est alimentée, via les lamelles verticales (chiffre 5) souples en bronze (voir illustration suivante) s'appuyant sur les contacts en question. Dans ce cas, l'inversion du sens de marche s'opère sur le stator.

Le voilà, ce splendide inverseur de marche, authentique chef-d'oeuvre de l'électrotechnique suisse, absolument digne de ce qui a été appliqué sur les locomotives réelles de l'époque, jusque dans les années 1960 !

Locomotive BUCO 314 L originale, avec inverseur de marche par surtension télécommandée et présence des prises extérieures (sur chaque paroi frontale) pour l’éclairage des voitures voyageurs, ainsi que pour la commande multiple de deux locomotives semblables

3. Schéma électrique principal d'alimentation pour les locomotives Tinplate 0” HAG des types 510 (numéro 1946), 520 (numéro 1101), ainsi que 530 (numéro 11852)

Ces locomotives sont équipées de l'inverseur de marche électro-magnético-mécanique à surtension télécommandée BUCOMATIC (ainsi que de la commande manuelle auxiliaire), alors que le stator de leur moteur de traction n’est formé que d'une seule bobine avec enroulement simple. Dans ce cas, le changement du sens de marche s'opère sur l'induit (muni du collecteur plat fournissant le courant aux trois bobines) par permutation dans l’alimentation de la paire de balais, qui sont reliés aux lamelles en bronze au moyen de câbles. Ce type d'inverseur comporte trois fonctions, soit: marche avant, arrêt avec éclairage enclenché de la locomotive et des voitures voyageurs et marche arrière.

Description du schéma de l'appareillage électrique avec stator à bobine à enroulement unique:

1. Noyau en fer doux du stator bobiné
2. Bobine du stator
3. En provenance de la paire des frotteurs pour la prise de courant par rail central, câbles rouges d’alimentation simultanée de la bobine statorique, de la bobine excitatrice de l’inverseur de marche à surtension télécommandée, du cylindre multi-contacts et des lames verticales de bronze de l’inverseur de marche pour l’alimentation de l’induit; par contre, en ce qui concerne les feux frontaux extérieurs et la phase de la prise extérieure d’éclairage des voitures voyageurs, leur câble d’alimentation apparaît en jaune, bien qu’il soit connecté au câble principale d’alimentation en provenance des frotteurs de la prise de courant par rail central
4. Bobine excitatrice de l'inverseur de marche télécommandé par surtension
5. Plots de contact du cylindre de l’inverseur de marche pour l'alimentation du moteur de traction
6. Lames latérales verticales en bronze s’appuyant sur les plots de contact du cylindre de l’inverseur de marche pour l’alimentation du moteur de traction
7. Lame centrale verticale en bronze s’appuyant sur le cylindre de l’inverseur de marche pour le retour à la masse du courant du moteur de traction
8. Câbles bruns (pour le courant de retour simultané à la masse) de la bobine statorique, de la bobine excitatrice de l’inverseur de marche télécommandé, de la lame verticale centrale de bronze du cylindre à plots de contacts de l’inverseur de marche, ainsi que des feux frontaux extérieurs; sur le schéma ci-dessus, ces câbles de masse sont cependant coloriés en bleu- clair, de façon à ce qu’apparaisse un fort contraste entre les câbles d’alimentation (phase) et ceux de retour du courant (masse)
9. Ampoules des feux frontaux
10. Prise de courant (phase) pour l'éclairage des voitures voyageurs

Page du catalogue HAG relatif aux locomotives concernées par le schéma de câblage figurant en début de chapitre

4. Schéma électrique principal d'alimentation MAERKLIN HO, également valable pour les véhicules-moteurs en “Tinplate 0” équipés d’un stator à deux bobines superposées sur le même noyau, mais dont les enroulements sont inversés entre eux

Description du schéma de l'appareillage électrique

1. Prise de courant inférieure sur le rail central
2. Frotteur
3. Self antiparasite FM
4. Point principal de raccordement des câbles d’alimentation
5. Paire de balais du collecteur du moteur de traction
6. Deux bobines superposées sur le noyau du stator et dont leurs enroulements sont inversés entre eux
7. Induit à trois bobines
8. Axe de l’induit
9. Contacteur électromagnétique ou bobine excitatrice de l’inverseur de marche à surtension télécommandée
10. Levier actionnant l’inverseur de marche par pivotement du cliquet selon chiffre 13
11. Ressort de rappel du levier
12. Coulisse de commande
13. Cliquet basculant pour l’alimentation alternative des deux contacts de sortie des bobines statoriques superposées sur le même noyau
14. Feux frontaux extérieurs sur une seule paroi frontale et directement alimentés depuis la prise de courant; en cas de feux extérieurs sur chacune des deux parois frontales du véhicule-moteur, par exemple locomotive BUCO du type 314, ceux-ci sont par contre alternativement alimentés lors de la position des contacts de l’inverseur de marche, dans le sens de marche préalablement défini du véhicule-moteur)

Ce type d’inverseur ne peut convenir que pour des véhicules-moteurs munis d’un stator formé de deux bobines superposées sur le même noyau, mais dont les enroulements sont inversés entre eux, ce qui est notamment le cas pour les locomotives BUCO des types 301 et 304, équipées de l’inverseur manuel et semi-automatique d’origine à disque multi-contacts par interruption de courant.

A l’heure actuelle, en raison de leur ancienneté (septante ans environ), il est toutefois très difficile de pouvoir encore acquérir des inverseurs de marche BUCO d’origine, complets ou en pièces détachées, qu’ils soient manuels/semi-automatiques à interruption de courant ou du type BUCOMATIC à surtension télécommandée. Ainsi, pour sauver une locomotive BUCO, dont l’inverseur de marche d’origine est défectueux et n’est plus réparable, la solution de l’appareil électromagnétique “MAERKLIN HO” demeure la meilleure qui soit à appliquer.

Description du schéma “MAERKLIN HO”:

De la prise de courant intérieure par frotteur sur le rail central, les câbles de couleur rouge (phase) alimentent simultanément à partir du point principal de raccordement (chiffre 4): a) la bobine excitatrice de l’inverseur de marche et b) le balai gauche du collecteur du moteur de traction; du balai droit, un autre câble rouge alimente les deux bobines superposées du stator. Par contre, de ce “point principal de raccordement”, les feux frontaux extérieurs d’un véhicule-moteur, dont seule une des deux parois frontales est munie de l’éclairage (locomotives BUCO 301 et 304), ainsi que la prise d’éclairage (phase) des voitures voyageurs, sont alimentés au moyen d’un câble de couleur jaune. Sur le véhicule-moteur, les deux sorties des bobines statoriques sont reliées aux contacts de l’inverseur de marche au moyen de câbles bruns (masse). Il en est de même en ce qui concerne la sortie de la bobine excitatrice et le cliquet basculant de l’inverseur de marche, ainsi que les douilles des ampoules des feux frontaux extérieurs.

Une référence incontournable pour les propriétaires-collectionneurs et exploitants de chemins de fer “Tinplate 0 de style suisse:

Les deux pages suivantes présentent un maître en la personne de Hans Oberhänsli, ingénieur chez Sécheron né en 1899; comme on peut aisément le constater, cet homme a oeuvré dans la plus sérénissime époque des chemins de fer suisse au niveau de la construction des locomotives électriques munies de l’irremplaçable technologie traditionnelle de l’électro-technique; à mon avis strictement personnel, ces deux pages devraient nous servir d’exemple à nous, les heureux possesseurs de matériel “Tinplate 0” de style suisse, pour l’exploitation, la gestion, l’entretien périodique et les révisions du matériel roulant de nos chemins de fer modèles bien-aimés.