Mise au point d'un relais de voyant de charge équivalent à l'origine.

 

À la recherche du schéma

Pas question d'ouvrir le relais, car celui que je possède est en état de fonctionnement.

Par différentes mesures (ohmètre, test diode, mesures et oscillogrammes de tensions et de courants) je pense avoir réussi à percer ses secrets.

Attention ceci n'est pas la version définitive.

 

Comme on peut l'observer, il s'agit d'un relais statique (aucune pièce en mouvement à l'intérieur)

Repère

Désignation

D1, D2 diode 1N4148 (1)
T1 transistor 2N2905 (2)
R1 résistance1 kohms 1/4 W
R2 résistance 5,6 kohms 1/'4 W

Quelques composants sont encore à ajuster, j'ai pris ce que j'avais pour mes premiers essais.

(1) la tension inverse acceptable par les 1N4148 n'est pas suffisante pour le cas ou l'alternateur tournerai à vide.

(2) le 2N2905 est satisfaisant, mais il est trop encombrant pour être noyé dans la résine, je vais lui préférer une version CMS

 

 

 

 

Les premiers essais

L'original

Cliquer sur la photo pour visionner la vidéo de l'essai

Le premier prototype

Cliquer sur la photo pour visionner la vidéo de l'essai

 

L'évolution du prototype

Le prototype 1 :

J'étais pourtant certain à 99% d'avoir la bonne structure.
Le fonctionnement était satisfaisant (voir la vidéo), mais une tension inverse importante sur la jonction Emetteur Base du transistor risquait à tout moment de le détruire.

Le prototype 2 :

La tension inverse est domptée.

 

Du nouveau, Jean François m'a fait parvenir des photos RX du relais (Un grand merci à lui).

Et oui ! Quand son relais est malade, Jean François, lui, il lui fait passer des radiographies pour voir ce qu'il a dans le ventre !

 

Vue sombre

 

Vue de 3/4

 

Vue de profil

 

Vue de face

 

A partir de ces photos, j'ai établi le schéma ci-contre.

La structure est un peu différente de celle que j'avais pu déduire de mes mesures. Mais je n'étais pas très loin.

Infos amenées par les photos :

  • Apparemment diodes et transistor sont au germanium (info très importante, j'ai ainsi compris certaines différences de comportement entre mes prototypes et le relais DUCELLIER.
  • La présence de la diode D3 qui doit permettre (à mon avis) de limiter la tension collecteur base du transistor lorsque la masse du relais se trouve accidentellement débranchée.
  • Un emplacement non occupé semble être réservé à une diode D4 ( toujours à mon avis) pour protéger la jonction émetteur base du transistor contre les tensions inverses. Les transistors au germanium s'accommodant apparemment bien des tensions inverses (mieux toujours que leurs homologues au silicium), la présence de cette diode ne s'avère pas nécessaire ici.

Le prototype 3 :

Étant plutôt de la génération silicium que de la génération germanium, j'utilise des semi-conducteurs au silicium.
Je positionne donc une diode D3 qui va permettre de protéger la jonction émetteur base du transistor contre les tensions inverses.
Je garde la résistance R4 (je ne l'avais pas dans mes premiers protos), elle va permettre de régler en association avec R3 le seuil de fonctionnement du relais.

Nomenclature du prototype 3

Repère Désignation
R1 et R2 Résistance 1,2 kohms
R3 Résistance 6,8 kohms
R4 Résistance 1 kohms
D1 à D3 1N4148
T1 BSR 16

 

 

Poursuivons les essais.

Afin de refabriquer un relais le plus fidèlement possible au modèle d'origine, nous allons contrôler la caractéristique de sortie en fonction de la tension d'entrée.

Voici le schéma qui permet de contrôler la caractéristique, pour le justifier il faut bien connaître le principe de fonctionnement de l'association relais alternateur. Je détaillerais peut être un jour ce fonctionnement<sur cette page.

Conditions de l'essai :

  • Batterie délivrant une tension de 12,45 V
  • Le voyant est remplacé par une résistance R de 120 ohms
  • Une des deux entrée alternative reçoit une tension qui correspond à la somme de la tension de batterie et de la tension fournie par le générateur réglable.

 

C'est décidé les premiers modèles seront réalisés conformément au prototype 3, c'est celui qui est le plus fidèle au relais d'origine.
Il subsiste encore des petits écarts entre les caractéristiques, il sont essentiellement dus à la différence entre le transistor au germanium du relais d'origine et le transistor au silicium que j'utilise.

 

La fabrication

J'ai opté pour la technologie CMS, cette carte mesure en réalité 28 mm de largeur et 34 mm de hauteur.

Une erreur de livraison fait que R3 à une résistance de 6,2 kohms au lieu des 6,8 kohms  prévus. On corrigera cela par la suite.

 

Voici les dernières nomenclatures pour ceux qui décident de passer à la fabrication.

Nomenclature en composants traversants (composants classiques)

Repère Désignation
R1 et R2 Résistance 1,2 kohms 
R3 Résistance 6,8 kohms
R4 Résistance 1 kohms
D1 à D2 BAV21
D3 1N4148
T1 2N2907A

 

Nomenclature en CMS (Composants montés en surface)

Repère Désignation
R1 et R2 Résistance 1,2 kohms format 1206
R3 Résistance 6,8 kohms format 1206
R4 Résistance 1 kohms format 1206
D1 à D2 BAS21
D3 BAS16
T1 BSR 16

 

 

En ce qui concerne la connectique :
  • J'ai trouvé dans le commerce la cosse plate FASTON 6,35 mm.
  • Pour les cosses cylindriques, je ne les ai pas trouvées à la vente, je suis donc obligé de les fabriquer. 
  • Je les découpe à longueur dans du tube en laiton.

  • Je les fends à une extrémité pour leur donner ensuite une forme "arrondie".

  • Je les aplatis à l'autre extrémité et les perce pour les fixer avec un rivet de 3mm (je vais essayer d'en trouver des plus fins).

Et voici le relais n° 0 brut de démoulage à coté de son grand frère.

L'inclusion sous résine de la carte électronique va permettre comme sur le modèle d'origine une parfaite étanchéité (indispensable sur une méhari)

La technique du moulage est fastidieuse, il faut fabriquer un moule démontable, ce qui peut amener des fuites au moment de la coulée.
Je pense que je vais fabriquer une enveloppe transparente par thermoformage et y couler la résine. Cela sera plus étanche et il n'y aura pas de problème de démoulage puisque l'enveloppe restera (un moule perdu en quelque sorte).

Le n°0 est près pour une série de test.

 

L'enveloppe thermoformée.
La première galère !

 

Je me suis fabriqué "une machine à thermoformer", je ne vous la montre pas, car elle n'est très présentable.

Comme on peut voir sur les photos j'arrive à thermoformer, mais j'ai un sérieux souci dans les angles, il y a des gros plis indésirables (flèche rouge).

Je me suis dit (peut être un peu tard) que j'étais un peu gourmand sur la hauteur à thermoformer,.

Sur ce, je contacte, JIPÉ, mon consultant personnel en plasturgie, et là, il me confirme le verdict :
"Hello! Tout juste Auguste, c'est trop haut et pitète qu'en plus le plastique était trop chaud donc trop mou, ce qui n'arrange rien... Et si ton moule tu le mets à plat?
En tout cas, ça a l'air de bien marcher ta machine à thermoformer!"

Seulement, pas moyen de faire autrement, je ne peux mettre mon modèle ni à plat ni sur chant, il doit être obligatoirement debout pour qu'un des côtés qui reçoit des connexions soit fermé.

Bilan des courses, je viens de perdre une semaine, à fabriquer ma machine, et le modèle.

Je vais donc me retourner vers le moulage, et essayer d'améliorer mon moule démontable.

 

 

Retour au moule démontable

 

Voici le nouveau moule : 
  • fermé sur la photo du haut
  • ouvert sur la photo du bas.

Il est mi rigide, mi souple, un moule hybride en quelque sorte.

La partie bleue est la partie souple, je l'ai réalisée avec de la pâte à mouler au silicone. Cela m'a d'ailleurs coûté une petite fortune (30 € les 300 grs), je crois que je l'achèterai ailleurs la prochaine fois.

J'ai donc suivi les conseils de Jipé, et de Jérôme (du forum du MCDF) en utilisant cette fameuse pâte.
Le démoulage s'en trouve facilité. Je n'ai plus de fuite au moment de la coulée, grâce à la souplesse du silicone, qui permet de réaliser l' étanchéîté.

 

 

 

 

 

Voici le premier relais sorti du moule.

Il a besoin d'un bon ébavurage. Un petit chanfrein à la lime sur les angles et cela devrait être bon.

 

 

 

 

Et Voila !

 

 

 

La dernière série de tests sur la pré-série

Les Tests électriques

Le Numéro 0 a subit le test du banc d'essai (conformément aux vidéos) avec succès.

 

Sa caractéristique de sortie navigue autour de celle du relais DUCELLIER. Cet examen est aussi passé avec succès.

 

Tout va bien !

Un test que je n'avais pas encore montré, le test en fréquence.

CH1 : Signal appliqué sur une des entrées alternatives (signal qui s'additionne à la tension de batterie).

CH2 : Résultat sur la tension aux bornes du voyant (sonde diff 1/20)

On peut s'apercevoir que le signal de sortie (CH2) réagit sans retard par rapport au signal d'entrée (CH2).

Le test est pourtant ici très sévère, j'applique un signal carré au lieu d'un signal sinusoïdal, ceci à une fréquence de 10 kHz, alors que la fréquence maxi en sortie de l'alternateur est de 1,2 kHz pour la vitesse max de 12000 tr/min.

 

Les Tests en températures extrêmes

Pendant que le numéro 1, est en test en situation réelle sur une méhari de 71.

Procédons à des essais en températures sur le numéro 2 (le numéro 0 restera désormais bien au chaud).
Mon but est de contrôler les variations dimensionnelles d'un relais pour différentes températures. Ces mesures me permettront d'estimer les contraintes mécaniques subies par les composants au sein de la résine cristal.

La première mesure est ici effectuée à une température ambiante de 21°C.

Passons au congélateur à -32°C.

Comme je suis trop impatient, je place directement le relais dans le congélateur, grosse erreur, le choc thermique lui est fatal.
Dans ces conditions, plus questions de mesures dimensionnelles.

Je laisse tout de même mon relais au grand froid pendant une demi journée. Je le sors du congélateur et court vite à l'atelier pour lui faire subir le test avec l'alternateur (comme sur les vidéos du début).

Et ça marche impeccable.

Pour poursuivre mes mesures, il me faut refabriquer 2 ou 3 relais, cela va donc prendre un peu de temps avant d'avoir des nouvelles.

Je serai plus prudent la prochaine fois.

samedi 9 décembre 2006

Inquiétude sur la fiabilité du produit

Après avoir monté le relais numéro 1 sur la méhari de 71, j'ai eu une interrogation :

Que se passe t-il au moment précis ou l'on coupe le contact ?
En effet, la coupure de l'alimentation de la bobine (entre autres) engendre une surtension, que l'on va forcément retrouver au bornes du relais de voyant de charge. Il faut donc le protéger contre les surtensions.

En regardant les schémas de principe, je me suis aperçu que je m'étais carrément planté sur le rôle de la diode D3 (schéma d'après les photos au RX). En fait cette diode joue le rôle de roue libre en écoulant les courants des éléments inductifs du circuit électrique.

J'ai réalisé quelques mesures sur le relais HS de la méhari de 71 (le voyant de charge restait toujours allumé), le transistor T1 et la diode D3 sont HS.

Hypothèse :
La diode D3 est sous dimensionnée, et elle a fini par rendre l'âme ; du coup le relais est soumis à des surtensions et a fini aussi par succombé.
J'attend la réception la semaine prochaine d'un autre relais HS qui doit m'être expédié par Marc 67, un autre méhariste du Méhari Club De France, je pourrai vérifier si le problème est identique.


Je modifie donc mon schéma de principe et y intègre cette fameuse diode de roue libre (D4 en rouge sur mon schéma de principe). J'ai choisi un modèle que j'avais sous la main, une 1N4007. Celle-ci, je suis certain qu'elle va résister, elle peut supporter un courant de pointe non répétitif (c'est le cas ici) de 30A, ce qui est largement suffisant.

Quelques mesures m'ont permis de vérifier l'annulation de la surtension à la coupure du contact, ceci grâce à la mise en place de D4.

Dimanche 7 janvier 2007

On peut voir sur la photo la diode D4 mise en place.
Je ne l'ai pas en CMS, et puis le circuit imprimé n'a pas été prévu pour la recevoir. Les premiers modèle de relais auront donc la configuration de cette photo.

Chaque relais est numéroté, pour sa traçabilité. Les modèles présentés ici sont les numéros 4 et 5.

Le numéro 3 et 4 sont actuellement cobayés. Le numéro 3 est parti pour le 67 chez Marc et le numéro est parti pour le 64 chez stéphane.

La photo des 3 relais HS que j'ai en ma possession.

Celui de gauche est l'exemplaire décrit auparavant (celui de la méhari de 71, finalement c'est plutôt de méhari de 69 millésime 70).

Pour les deux autres, je remercie Marc, qui me les a envoyés.

Le orange a une des diodes d'entrées (D1 et D2) qui est HS et la diode de roue libre (D4 sur mon schéma de proto 3 modifié).

Le gris a exactement les mêmes problèmes que l'autre gris, à savoir diode de roue libre et transistor de sortie.

Si on essaie de tirer une première conclusion, on doit pouvoir dire que la diode de roue libre est sous dimensionnée. Lorsqu'elle est HS, les surtensions ne sont éliminées, les autres composants semi-conducteur deviennent alors vulnérables.

Mercredi 24 janvier 2007

L'appréciation des cobayes

J'ai posté courant mai, un questionnaire de satisfaction à mes deux cobayes, Marc et Stéphane. Ils ont ainsi pu, après un peu plus de 3 mois d'utilisation, me donner leur sentiment sur cette refabrication.

Je suis très en retard pour les mettre en ligne.

Dimanche 2septembre 2007

Pour me contacter :
th.bentz_chez_wanadoo.fr 
Remplacer bien évidemment "_chez_" par @