BELL-RINGING ENGINE

Abstract: A bell ringing machine having a reversible drive motor for a pendulatingly driven bell has a control device which switches the drive motor on and off for variable time or distance sections during one or both half oscillations of the bell. At the same time, after starting up, the steady state of the bell is maintained by reducing the electrical energy fed to the drive motor by shortening the switch-on time or the switch-on path per oscillation. In order to maintain the bell deflection angle corresponding to the optimum intonation in the steady state regardless of the current operating conditions at all times, a setpoint value is specified for the deflection angle in the steady state. When this angle is reached, the energy loss needed by the oscillating system to maintain the setpoint value of the deflection angle is determined and the reduced electrical energy fed to the drive motor is adjusted to it. <IMAGE>

Description: Glockenläutemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Glockenläutemaschine der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs näher bezeichneten Art. Bei solchen r7lockenläutemaschinen, wie sie u.a. aus der deutschen Patentschrift 1 007 673 bekannt sind, variiert man die Länge oder die Dauer der Antriebs sektoren pro Halbschwingung oder Schwingung der Glocke, um einerseits während der Hochläutephase ein schnelles Hochläuten zu erreichen und andererseits im eingeschwunenen Zustand eine optimale Intonation der Glocke zu erzielen. Dabei würde grundsätzlich die dem Antriebsmotor während der Hochläutephase zugeführte elektrische Energie ausreichen, um einen höheren Ausschwungwinkel der Glocke zu erreichen, wie er für eine optimale Intonation optimal ist. Die Reduzierung der dem Antriebsmotor für den eingeschwungenen Zustand pro Periode zugeführte elektrische Energie erfolgt empirisch nach dem Gehör, womit eine bestimmte Antriebsenergie pro Periode entsprechend der einmal vorgenommenen Intonation der Glocke fest vorgegeben wird. Die Glockenläutemaschinen der vorgenannten Art haben deshalb den Nachteil, dass sich im Laufe der Zeit und unter unterschiedlichen Bedingungen die Intonation der Glocke wieder ändert. Infolge mechanischer Beeinträchtigungen insbesondere durch Witterungseinflüsse, wie durch warme und kalte Temperaturen, kann sich eine relative Leicht- oder Schwergängigkeit der gesamten Glockenltutemaschine ergeben, was zumindest im eingeschwungenen Zustand zu unterschiedlichen Ausschwungwinkeln und damit zu der veränderten Intonation der Glocke führt. Darüber hinaus kommt es bei schwereren Glocken zu sehr langen Hochläutezeiten, in Grenzfällen erreicht die Glocke nie den gewünschten Ausschlagwinkel, da die zugeführte Energie zwar die Verlustenergie im eingeschwungenen Zustand kompensieren würde, aber nicht ausreicht, umrdie notwendige potentielle Energie der Glocke zuzuführen. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Glockenläutemaschine der eingangs genannten Art dadurch zu verbessern, dass der der optimalen Intonation entsprechende Ausschwungwinkel der Glocke im eingeschwungenen Zustand unabhängig von den jeweiligen Betriebsverhältnissen stets eingehalten wird. Diese Aufgabe wird bei einer Glockenläutemaschine der gattungsgemässen Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass mit dem Erreichen des Sollwertes des Ausschwungwinkels dem Motor nur noch diejenige Verlustarbeit zugeführt wird, die bei den jeweils auftretenden Betriebsbedingungen erforderlich ist, um den vorgegebenen Ausschwungwinkel beizubehalten. Dies ist unabhängig davon, wie gross die Uberschussenergie ist, die dem Antriebsmotor während der Hochläutephase zugeführt wird, um die Glocke schnell auf einen vorgegebenen Ausschwungwinkel hochzuläuten. Die Bestimmung der Verlustenergie oder der Differenzenergie, die dem Motor beim Übergang von der Hochläutephase in den eingeschwungenen Zustand entzpgen werden muss, lässt sich mittelbar über die jeweiligen Ausschwungwinkel bestimmen, die sich unter den nachstehenden Bedingungen ergeben und die in einem üblichen Rechner gespeichert, verarbeitet.und in Steuergrössen für den Antriebsmotor umgewandelt werden können. Beim erstmaligen Überschreiben des Sollwertes des Ausschwungwinkels wird der tatsächlich erreichte Winkel und der bei der vorherigen Halb- oder Vollschwingung erreichte Ausschwungwinkel ermittelt und gespeichert. Von diesen beiden Winkeln wird dann eine Differenzgrösse gebildet, die der Energiedifferenz proportional ist, die sich aus denjenigen Energien ergibt, die dem Schwinguntssystem in der betrachteten letzten Periode und der vorangehenden, vorletzten Periode zugeführt worden sind. Auf der mechanischen Seite schlägt sich diese Energiedifferenz in einer Zunahme der potentiellen Energie durch Höhengewinn nieder, wobei allerdings ein Teil der Energiedifferenz von den Verlusten des Schwingungssystems aufgezehrt wird. Letztlich ist also die Differenz des maximalen Ausschwungwinkels zu dem des vorherigen Ausschwungwinkels der Summe der Verlust-99 energie und der dem Schwingungssystem zugeführten potentiellen Energie während der letzten Periode proportional und kann entsprechend als Regel- oder Stellgrösse verwertet werden. Eine weitere Differenz zweier Ausschwungwinkel, die am Beginn und am Ende einer Leerlaufperiode des Schwingungssystems ermittelt werden, kann als proportionale Grösse für die während dieser Periode aufgetretene Verlustenergie erfasst werden. Man lässt dazu, sobald der Sollwert des Ausschwungwinkels erreicht ist, das System über eine Halb- oder eine Vollschwingung leer durchschwingen, wobei sich naturgemäss infolge der auftretenden Verluste zu Beginn und am Ende dieser Periode unterschiedliche Ausschwungwinkel ergeben. Diese Winkeldifferenz kann als Operationsgrösse unmittelbar für die Steuerung des Antriebsmotors ausgewertet werden; man kann diese Grösse jedoch auch in Relation zu der weiter oben beschriebenen Winkeldifferenz setzen, um aus der dazu proportionalen Energiedifferenz die dem System zugeführte potentielle Energie eliminieren zu können, um die dann die dem Antriebsmotor zugeführte elektrische Energie vermindert werden muss, um unter Deckung der Verluste das eingeschwungene System mit dem Sollwert des Ausschwungwinkels pendeln zu lassen. In guter Annäherung kann-die Einschaltdauer oder der Einschaltweg für den Antriebsmotor, die pro Periode für die Hochläutephase festgelegt ist, beim Wechsel in den Haltezustand im Verhältnis der Ausschwungwinkeldifferenz, die sich aus der letzten Periode des Hochläutevorgangs ergibt, im Verhältnis zu der Ausschwungwinkeldifferenz verkürzt werden, die in der eingeschobenen Leerlaufphase ermittelt wird. Das setzt natürlich voraus, dass während der Einschaltphasen der Antriebsmotor mit zumindest annähernd konstanter Leistung betrieben wird, was bei Glockenläutemaschinen, bei denen die Glocke von einem schlupffrei angekuppelten Asynchronmotor angetrieben wird, in der Reael der Fall ist. Dann vermindert sich nämlich die pro Halbschwingung oder Schwingung dem System zugeführte elektrische Energie beim Wechsel in den Haltezustand gerade in dem Masse, dass potentielle Energie zur Erlangung eines höheren Ausschwungwinkels der Glocke nicht mehr zugeführt und unter Deckung der Verluste der erreichte Ausschwungwinkel beibehalten wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung anhand eines Rechenbeispiels weiter erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung schematisch das Pendelsystem einer Glocke mit den zugehörigen Ausschwungwinkeln. Im einzelnen verdeutlicht die Zeichnung diejenigen Ausschwungwinkel, die sich an einem der Umkehrpunkte des Glockenweges beim Wechsel von der Hochläutephase in den eingeschwungenen Haltezustand ergeben. Dabei soll die Glocke den Sollwert &alpha; des Ausschwungwinkels erreichen. In der letzten Schwingungsperiode vor Erreichen des Sollwertes ct erreicht die Glocke lediglich den Ausschwungwinkel &alpha;1 . Während der letzten Schwingungsperiode in der Hochläutephase wird dem Schwingungssystem soviel Energie zugeführt, dass sich der Schwingungswinkel &alpha;1 um den Differenz winkel#&alpha;1 vergrössert. Die während dieser letzten Schwingungsperiode zugeführte Energie ist dann #EZU = GGl . Z . [cos (&alpha;1 +#&alpha;1) - cos&alpha;1] Dabei bedeuten: GGl = Glockengewicht 2 = idelle Pendellänge. Im Verhältnis zur gespeicherten Gesamtenergie E ergibt sich: #EZU cos (&alpha;1 +#&alpha;1) - cos&alpha;1 E 1 - cosN1 Die zuletzt zugeführte Energie #EZU ist ferner darstellbar als #EZU = C . # t1 (#&alpha;1) , wobei C eine Konstante für die mittlere Motorleistung und A t1 die Einschaltdauer des Antriebsmotors während der letzten Schwingungsperiode ist. Für den Ausgleich der Verluste beträgt die zuzuführende Verlustenergie im eingeschwungenen Zustand während der Leerlaufperiode At2 #EV = C . #t1(#&alpha;2). Wie dazu die Zeichnung zeigt, verringert sich während der Leerlaufperiode der Ausschwungwinkel von dem Wert &alpha; auf den Wert &alpha;2. Die Differenz des Ausschwungwinkels während dieser Periode beträgt#&alpha;2. Am besten bestimmt man die im eingeschwungenen Zustand noch zuzuführende Energie aus dem Verhältnis #EV : #EZU . Da dann für beide Phasen, die Hochläutephase und den Haltezustand, die Motorkonstante C gleich ist, muss gelten: #EV #t2 = #EZU # t1 Daraus folgt: # t2 = . #t1 #EZU cos (&alpha;1 -#&alpha;2) - cos&alpha;1 # t2 = . # t1 cos (&alpha;1 - #&alpha;2) -(&alpha; +#&alpha;) cos A1 - cos (&alpha; 1 +a1) Solange#&alpha;2 < #&alpha;1 # &alpha;1 ist, lässt sich weiter vereinfachen #&alpha;2 #t2 = . # t1 #&alpha;1 Die Schlussfolgerung ist: Wenn man die Winkeländerung #&alpha;1 der letzten Schwingungsperiode der Hochläutephase und die Verminderung # &alpha;2 des Schwingungswinkels der ersten, antriebsfreien Schwingungsperiode misst, dann kann man das Zeitintervall für die Einschaltung des Antriebsmotors der Läutemaschine, das für die Hochläutephase festgelegt ist, für die eingeschwungene Phase im Verhältnis #&alpha;2 : #&alpha;1 verkürzen und wird damit bei guter Näherung die Glocke auf dem Sollwert des Ausschwungwinkels halten können.

Claims: Method of operating a bell actuating apparatus with a reversible drive motor for a bell which is to be driven to carry out a pendulum motion and with a control device which during a single semi-amplitude or both semi-amplitudes of the bell activates or deactivates the drive motor for variable periods of time and distances of length of travel, whereby after bringing the bell to its peak pendulum stage the attained condition of pendulum motion is maintained by way of decreasing the electrical energy which is passed to the drive motor by means of decreasing the duration of the on condition or the distance of travel of the switching travel per amplitude, characterized thereby that for the attained condition of pendulum motion a value is preset in conformity with the amplitude angle upon attainment of which there is determined the dissipation energy which is necessary for the swing-system to maintain the pre-set value of the amplitude angle and thereafter the decreased electrical energy passed to the drive motor is set, and that the dissipation energy of the swing-system per full amplitude or semi-amplitude is determined from the difference (Δα₂) of the last amplitude angle (α) which the bell attains at the point of completion of the phase to reach its peak pendulum stage, and the next following but decreased amplitude angle (α₂) which the bell attains after carrying out a semi-amplitude or a full amplitude without being driven prior to attainment of the full stop condition. Method according to Claim 1, characterized thereby that initially for the last amplitude or semi-amplitude of the phase to reach the peak pendulum stage is determined the sum of the dissipation energy and the potential energy introduced to the swing-system from the difference (Δα₁) of the last amplitude angle (α) and the preceding: next-to-last, amplitude angle (α₁), from this is deducted the subsequently determined dissipation energy, and the energy passed to the drive motor during the last amplitude or respectively semi-amplitude of the phase to reach the peak pendulum stage is decreased by the amount equivalent to the difference remaining as potential energy at the change to the condition of full stop. Method according to Claim 2, characterized thereby that as an approximation solution the period of duration of the on condition or the distance of length of travel of the switching travel of the drive motor per amplitude or semi-amplitude of the phase to reach the peak pendulum stage at the change to the condition of full stop is decreased in conformity with the ratio of the amplitude angle difference (Δα₂:Δα₁).

Inventors: MURSCH, BERNHARD, DR.-ING.
Applicants: HERFORDER ELEKTRICITAETS-WERKE  BOKELMANN & KUHLO GMBH & CO.
Application year: 1985
Main classification: G10K1
IPC codes: G10K1