DE3809409C1 - Bell-ringing machine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glockenläutemaschine mit einem Antrieb, der auf die Glocke geregelt einwirkt, wobei die Stellgröße aus einem jeweils vorgegebenen Läutewinkel und einem Winkelgebersignal sowie aus der jeweiligen Winkelsignal- Richtungsumkehr nach Größe und Richtung bestimmt wird.

Eine solche Glockenläutemaschine ist bekannt (US 29 52 013).

Dabei ist vorgesehen, Glockenläutemaschinen mit Zeitsteuerungen zu betreiben, wobei von einer Zeitgeberanordnung jeweils Schaltimpulse vorgegebener Dauer mit vorgegebenen Pausen abwechselnd für eine Rechtslauf- und Linkslaufbestromung eines über ein Untersetzungsgetriebe an eine Glockenwelle angekoppelten Motors abgegeben werden. Die gesamte Folge der Rechts- und Linkslaufsteuersignale zusammen mit den Pausenzeiten entspricht in ihrer Zeitdauer einer Periode der Schwingungsdauer der Glocke. Das Verhältnis der Bestromungszeiten zu den Pausenzeiten ist für eine sogen. Hochläutezeit, d. h., bis die Glocke den zum Anschlagen notwendigen Mindestwinkelanschlag erreicht hat, so groß wie möglich, damit ein möglichst schnelles Hochläuten erfolgt. Die Pausen sind durch das Untersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmt, das i. a. so gewählt ist, daß bei voll schwingender Glocke der Motor mit Überdrehzahl läuft, so daß in der diesem Bereich entsprechenden Zeit eine Bestromungspause vorgesehen ist. Darüber hinaus ist auch in der Nähe des Wendens der Antriebsrichtung eine Pause zur Aufnahme von Toleranzen der Schwingungsdauer der Glocke zur Antriebstaktfolge vorgesehen.

Nach der Hochläutezeit werden für eine jeweils vorgegebene Dauerläutezeit die Bestromungs- und Pausenzeiten zueinander so geändert, daß die Bestromung zur Aufrechterhaltung des Läutezustandes ausreicht und jeweils die Energieverluste durch Lager- und Getriebereibung ausgeglichen werden. Diese rein zeitgesteuerte Betriebsart hat den großen Nachteil, daß die Zeitsteuerimpulsfolgefrequenz und die Impulsdauer jeweils für einen bestimmten Zustand der Versorgungsspannung des Motors und für bestimmte Reibungsverhältnisse eingestellt wird, wobei dieser Zustand und die Verhältnisse sich jedoch oft ändern, insbes. bei Temperaturänderung zwischen -20 und +50 Grad C. Dies kann dazu führen, daß das Läuten in der Hochläutezeit kaum erreicht wird, daß die Verluste durch Reibung beim Dauerläuten nicht voll ausgeglichen werden oder andererseits eine Überbeanspruchung der Glocke durch zu hohen Ausschlagwinkel bei erniedrigter Reibung auftritt. Für ein auch klanglich optimales Läuten ist die Einhaltung des Läutewinkels auf 0,5 Grad erwünscht.

Es ist weiterhin in der älteren deutschen Patentanmeldung P 37 01 828.0 vorgesehen, an den Antrieb einen Winkelmelder anzuordnen, dessen Meldesignal zur Winkellage- und Richtungsanalyse einer Regelvorrichtung zuzuführen und abhängig von dem Erreichen eines vorgegebenen Läutewinkels das Dauerläuten zu regeln, indem jeweils gemäß dem ermittelten Über- oder Unterschreiten des Läutewinkels jeweils die folgende Antriebszeit verringert bzw. verlängert wird. Diese Vorrichtung erbringt zwar einen Vorteil gegenüber der reinen Steuerung der Antriebszeiten im Falle, daß die Dämpfung oder Schwingungszeit durch veränderte Reibungsverhältnisse oder Temperatureinflüsse variiert oder daß die Antriebsleistung schwankt, jedoch läßt sie die Antriebsvorrichtung mit den Störfaktoren, nämlich mit der verkoppelten Rotormasse und den Reibungsverursachern, den Kettengliedern, Motorlagern und dem darin liegenden Totgang, unverändert. Darüber hinaus wird durch die Regelung die Einhaltung eines vorgegebenen Läutewinkels in engen Grenzen erzwungen, was jedoch unter variierenden Umweltbedingungen nicht stets zu einem optimalen Klang führt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Glockenläutemaschine zu offenbaren, die präzise und mit definierter Klangqualität läutet.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der vorzugebende Läutewinkel jeweils um einen vorgegebenen Änderungs- Schrittwert, je nachdem ob ein Klangqualitätswert größer oder kleiner als der von einem vorhergehenden Anschlag gemessene und gespeicherte Klangqualitätswert war, in gleicher Richtung wie vorher oder umgekehrt geändert wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist einfacher als herkömmliche elektromotorisch getriebene Läutemaschinen aufgebaut und weist nur wenige bewegte Teile auf indem der Läuteantrieb ein Hydraulikantrieb ist, der auf das Glockenlager schwingungssynchron lageverändernd geregelt einwirkt.

Die Lageveränderung des Glockenlagers hat den Vorteil, daß die Glocke völlig ungedämpft und unbelastet von Fremdmassen schwingt.

Der Hydraulikantrieb hat nur wenige bewegte Teile, so daß der Wartungsbedarf und die Störanfälligkeit gering ist verglichen zu einem Kettenantrieb mit hochtourig laufendem Elektromotor.

Die Wartung der wenigen Lager läßt sich vorteilhaft durch eine bedarfsgesteuerte Schmiervorrichtung vereinfachen, wobei zusätzlich eine Dämpfungsüberwachung und eine Laufzeiterfassung zu einer Minimierung der Wartungsaufwendungen führt.

Die Antriebsregelung erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einer inneren Regelschleife, die abhängig vom Läutewinkel den jeweiligen vorgesehenen Antriebsweg steuert, und mit einer übergeordneten Regelschleife, die den Läutewinkel periodisch inkremental variierend jeweils abhängig von einer optimalen Klangqualität ermittelt und der untergeordneten Regelschleife vorgibt.

Die Regel- und Steuervorrichtung ist vorteilhaft als programmgesteuerter, digitaler Prozessor aufgebaut, der auch mehrere Glocken einzeln sowie koordiniert in vorgegebenen Sequenzen betreiben kann und uhrzeitabhängig einem Läuteplan gemäß langfristig eingegebener Vorgabe ausführen. Bei dem Betrieb mehrerer Glocken lassen sich vorteilhaft weitere Einsparungen erreichen, indem das Hydraulikpumpaggregat gemeinsam verwandt wird. Die Regelung der Läutewinkel erbringt dabei eine Lastverteilung für das Aggregat. Die Steuer- und Regelvorrichtung wird vorteilhaft im Multiplexbetrieb genutzt.

In den Fig. 1 bis 3 sind zwei vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild und eine erste Antriebsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine weitere Aufhängungs- und Antriebsvorrichtung:

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Steuerungsablaufes.

Fig. 1 zeigt ein Funktionsschaltbild einer Läufervorrichtung. Die Glocke (G) ist mit ihrem Lager (L) an einem seitlich in der Schwingungsrichtung der Glocke verschieblichen Lagerblock (H 1) angehängt, mit dem ein Hydraulikantrieb (HZ) verbunden ist. Dieser ist mit Stellgliedern, nämlich zwei Umsteuerventilen (HV 1, HV 2), in Schub- bzw. Zugrichtung steuerbar mit einem Hydraulikaggregat (HA) mit einer Druck- und einer Rücklaufleitung (D, R) verbindbar. Das Hydraulikaggregat (HA) ist über einen steuerbaren Hauptschalter (HS) mit dem Netz verbunden.

Der Hauptschalter (HS) und die Ventile (HV 1, HV 2) sind mit den Ausgängen einer Regel- und Steuervorrichtung (RST) verbunden, die eingangsseitig mit einem Winkelgeber (WG), der den jeweiligen Ausschlag der Glocke (G) signalisiert, und mit einem Positionsgeber (PG) des Lagerbockes (H 1) verbunden. Außerdem führt eine Eingabetastatur (ET) zwecks Eingabe von Vorgabewerten und einem Läuteplan in die Steuervorrichtung (RST), die zur Ausgabe von Betriebsdaten, wie Läuteplandaten, Wartungs- und Alarmmeldungen, eine Anzeigevorrichtung (AB) ansteuert. Mit einem Zeitgeber (U) erfolgt der programmäßige Ablauf des Läuteplanes und der Steuer- und Regelschritte in der Steuervorrichtung (RST). Zur Klangregelung und -überwachung ist ein Mikrophon (M) oder Schwingungsgeber an oder in der Nähe der Glocke (G) angeordnet, dessen Signal über einen Analog-Digitalwandler (AD) der Steuervorrichtung (RST) zugeführt wird. Dem Analog-Digitalwandler (AD) ist ein steuerbarer Multiplexer (MPX) vorgeschaltet, dessen weitere Eingänge mit Überwachungssignalen beaufschlagt sind, von denen eines z. B. von einem Temperaturgeber (TG) des Hydraulikaggregates (HA) geliefert wird.

Für eine automatische Wartung ist eine steuerbare Schmiervorrichtung (SV) bekannter Art, für die Lager (L, L 1) der Glocke (G) und des Lagerbockes (H 1) vorgesehen, deren Betätigung von der Steuervorrichtung (RST) geschieht.

Fig. 2 zeigt eine alternative Glockenaufhängung, bei der das Glockenlager (L 2) der Glocke (G 2) an einer Schwenkvorrichtung (H 2) aufgehängt ist, an der der Hydraulikzylinder (HZ 2) gelenkig angekoppelt ist. Hierzu ist er am Zylinder und an der Kolbenstange mit einem Lager (L 4) am Traggerüst (TR) der Glocke (G 2) abgestützt und mit einem weiteren Lager (L 3) mit der Schwenkvorrichtung (H 2), die als Pendelstange ausgebildet ist, verbunden ist. Die Lager (L 2, L 3) der Glocke (G 2) und der Kolbenstange sind unabhängig voneinander, wodurch die Glocke (G 2) frei schwingen kann. Statt der Pendelstange, die einen einarmigen Hebel bildet, kann selbstverständlich auch ein mehrarmiger Hebel oder ein Winkelhebel oder ein Gelenkviereck als Schwenklager benutzt werden, wodurch leicht eine fachmännische Anpassung des Antriebes an unterschiedliche, baulich bedingte, räumliche Verhältnisse möglich ist.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des Steuer- und Regelverfahrens, dessen 15 Funktionsabschnitte i. e. wie folgt arbeiten. Die positiven Vergleichsausgänge führen stets nach unten und die negativen zur Seite.

Im ersten Schritt (1) wird die Uhrzeit (t) mit einer Plan-Einschaltzeit (PZE) abzüglich der Hochläutezeit (HLZ) verglichen. Ist dabei ein Läutevorgang angezeigt, wird im zweiten Schritt (2) die Anfangszeit (ta) gespeichert und der Hauptschalter (HS) eingeschaltet sowie ein Hochläuteweg (HS) als Sollweg (S) vorgegeben und der Dauerläutemerker (M) gelöscht. In einem dritten Schritt (3) wird das Winkelgebersignal (WG) mit dem gespeicherten früheren Winkelwert (W) betragsmäßig verglichen und, wenn der Winkel betragsmäßig abgenommen hat, d. h. wenn eine Umkehr stattgefunden hat, wird in einem vierten Schritt ein betragsmäßiger Amplituden-Differenzwert (DWE) des Winkelgeberwertes (WG) zu dem gespeicherten früheren Endwinkelwert (WE) gebildet und gespeichert, und der Winkelgeberwert (WG) wird als neuer Endwinkelwert (WE) gespeichert, sowie der Sollwegwert (E) invertiert, der eine Richtungsumkehr des Antriebes zur Folge hat. Dann wird der neue Winkelwert (WG) gespeichert. In einem fünften und sechsten Schritt (5, 6) wird dann abhängig von den Signalen des Positionsgebers (PG) und den Sollwegen (S) der Vorwärtstrieb (HV 1) oder der Rückwärtstrieb (HV 2) eingeschaltet, wenn der Sollweg (S) noch nicht erreicht ist, oder andernfalls ausgeschaltet. In einem siebten Schritt (7) wird der Dauerläutemerker (M) abgefragt. Solange noch das Hochläuten gegeben ist, wird in einem weiteren Schritt (8) das Mikrofonsignal (MI) auf das Auftreten eines Anschlages geprüft. Ist dies nicht der Fall, führt dies zu den Endschritten (13-15) der Sicherheitsprüfungen.

Ist der erste Anschlag gegeben, so wird im neunten Schritt (9) die Zeitdifferenz seit der Anfangszeit (ta) als Hochläutezeit (HLZ) gespeichert und der Dauerläutemerker (M) gesetzt. Während des Dauerläutens wird dann im zehnten Schritt (10) in bekannter Weise als Funktion (F) eines Dauerläutesollweges (SD), des Endwinkelwertes (WE), eines Läutewinkelsollwertes (LW) und des Differenzwertes (DWE) jeweils ein neuer Dauerläutesollweg (SD) bestimmt und betragsmäßig als Sollwegwert (S) vorgegeben. In einem nächsten elften Schritt (11) wird dann das Vorhandensein eines Anschlags geprüft, und in dem Fall wird in einem weiteren Programmteil (12) eine Klanganalyse zur Ermittlung des Klirrgrades (KL) vorgenommen, der mit einem vorherigen, gespeicherten Klirrgrad (KLG) verglichen wird, hat sich der Klirrgrad (KL) vermindert, wird der Läutewinkelsollwert (LW) um einen gegebenen Änderungswert (E), der z. B. 1/20 Grad beträgt, vermindert. Im anderen Fall wird der Änderungswert (E) invertiert und dem Läutewinkel-Sollwert (LW) zugegeben, und der neue Klirrgradwert (KL) wird gespeichert.

Auf diese Weise wird stets eine schrittweise Anpassung an den jeweils kleinstmöglichen Klirrgrad erreicht. Anschließend werden in einem dreizehnten Programmteil (13) Überprüfungen auf die Einhaltungen eines Maximalweges (PGM), eines Maximalläutewinkels (WGM) und ggf. weiterer Grenzwerte sowie eine Ausschaltung eines Betriebsschalters (ES) vorgenommen, bei deren Überschreitung bzw. Betätigung eine Alarmmeldung (AM) und Hauptschaltertrennung (HS) erfolgt, bis wieder eine Einschaltung (ES) erfolgt, die zum Programmanfang führt.

Liegen keine Maximalwertüberschreitungen vor, wird das Betriebszeit-Teilprogramm (14) durchlaufen, in dem die Betriebszeit (TB) um die jeweilige Läutezeit inkrementiert wird und, wenn die Betriebszeit eine Wartungszeit (TW) erreicht hat, eine Wartungsnachricht (WN) ausgegeben. Zum Schluß wird in einem Prüfschritt (15) die Zeit (t) mit der Läuteplan-Abschaltzeit (PZA) verglichen, bei deren Erreichen der Hauptschalter (HS) abgeschaltet wird, andernfalls erfolgt eine Rückkehr zum dritten Schritt (3). Nach einer Übernahme der nächsten Einschaltzeit (PZE) aus dem Läuteplan (PZ) wird dann zum Programmanfang zurückgekehrt.

Somit liegen die drei Regelkreise, die zyklisch durchlaufen werden, nämlich die Regelung nach dem vorgegebenen Sollweg (S), die übergeordnete Bestimmung des Sollweges (S) nach einer Abweichung des jeweiligen Endwinkelwertes (WE) vom Läutewinkel (LW) und die jeweilige Bestimmung des optimalen Läutewinkels (LW) durch dessen schrittweise Variation, abhängig von der Veränderung des Klirrgrades (KLM, KLG), beim Dauerläuten funktional übereinander.

Ein weiterer, nicht dargestellter Programmteil kann zweckmäßig an den Prüfschritt (15) angeschlossen werden, in dem die Größe der Dämpfung bei der antriebslosen Bewegung aus dem Amplitudendifferenzwert (DEW) bestimmt wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes die Schmiervorrichtung betätigt wird. Eine Maximalwertüberwachung der Dämpfung mit einer entsprechenden Alarmmeldung bei dessen Überschreitung wird vorteilhaft daran angeschlossen.

Das Steuer- und Regelprogramm läßt sich auch mit elektromotorischen Antrieben verwenden, wobei statt des Sollweges (S) eine Bestromungszeit als Regelgröße auftritt.

Weiterhin läßt sich das Programm in bekannter Weise im Multiplexbetrieb für mehrere Glocken anwenden, wobei für jede Glocke ein Satz gespeicherter Daten zu verwenden ist, der dem entsprechenden Durchlauf und den entsprechenden Sensor- und Stellgliedersignalen zuzuordnen ist.

Die Beurteilung der Klangqualität kann statt nach dem Klirrgrad auch nach einem anderen geeigneten Klangkriterium vorgenommen werden, wobei lediglich die entsprechenden Analyseparameter zu ändern sind.

Claims (14)

1. Glockenläutemaschine mit einem Antrieb, der auf die Glocke (G) geregelt einwirkt, wobei die Stellgröße (S) aus einem jeweils vorgegebenen Läutewinkel (LW) und einem Winkelgebersignal (WG) sowie aus der jeweiligen Winkelsignal- Richtungsumkehr nach Größe und Richtung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Glockenläutemaschine dergestalt ausgebildet ist, daß der vorzugebende Läutewinkel (LW) jeweils um einen vorgegebenen Änderungs-Schrittwert (E), je nachdem ob ein Klangqualitätswert (KL) größer oder kleiner als die vom vorherigen Anschlag gemessene und gespeicherte Klangqualität (KLG) war, in gleicher Richtung wie vorher oder in umgekehrter Richtung geändert wird.

2. Glockenläutemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klangqualitätswert (KL) der Klirrgrad ist.

3. Glockenläutemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (S) einer Regelschleife (5, 6) für den Weg (S) des Antriebes vorgegeben und mit einem Positionsgebersignal (PG) verglichen wird und das Vergleichsergebnis richtungsabhängig als Steuersignal für ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsstellglied (HV 1, HV 2) oder deren Abschaltung dient.

4. Glockenläutemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen (WG, PG, KL) digitalisiert und dann gespeichert und nach einem Steuerprogramm, das zeitabhängig zyklisch durchlaufen wird, verarbeitet werden.

5. Glockenläutemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Hochläutezeit (HL), die nach einem Einschalten eines Läutens bis zum ersten Anschlag vergeht, gespeichert wird und laufend eine Uhrzeit (t) mit einer vorgegebenen Einschalt-Läuteplanzeit (PZE) unter Abzug der Hochläutezeit (HL) verglichen wird und bei Vorliegen eines Läuteauftrages demgemäß das Einschalten des Läutens erfolgt, worauf das Steuerprogramm zyklisch durchlaufen wird, bis entweder eine Überschreitung von vorgegebenen Maximalwerten (PGM, WGM) der Meßgrößen (WG, PG) festgestellt wird oder eine Ausschaltung ermittelt wird oder eine Läuteendezeit (PZA) gemäß der erreichten Uhrzeit (t) und der Läuteplanvorgabe ermittelt wird, worauf eine Abschaltung des Läutens erfolgt und das Programm auf ein Einschaltsignal (ES) wartet und die nächste Einschalt-Läuteplanzeit (PZE) aus dem Läuteplan (PZ) übernimmt und zum Programmanfang zurückkehrt.

6. Glockenläutemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer Überschreitung der vorgegebenen Maximalwerte (PGM, WGM) und ggf. weiterer Maximalwerte durch entsprechende Betriebssignale eine Alarmnachricht ausgegeben wird.

7. Glockenläutemaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach dem Abschalten des Läutens ein Dämpfungssignal (DEW) aus der Änderung der Schwingungs- Amplituden des Winkelgebersignales (WG) bestimmt wird, das mit einem Grenzwert verglichen wird, bei dessen Überschreitung ein Steuersignal an eine Schmiervorrichtung (SV) abgegeben wird, und das mit einem zweiten, höheren Grenzwert verglichen wird, bei dessen Überschreiten eine Alarmnachricht ausgegeben wird.

8. Glockenläutemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Dauer der Einschaltung des Läutens kummulativ in einem Betriebszeitspeicher (TB) gespeichert wird und mit einer vorgegebenen Wartungszeit (TW) verglichen wird, bei deren Überschreitung eine Wartungsmeldung (WM) ausgegeben wird.

9. Glockenläutemaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Hydraulikantrieb (HZ) ist.

10. Glockenläutemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikantrieb (HZ) ein Hydraulikzylinder ist, der an einem horizontal verschieblichen Lagerbock (H 1) an dem die Glocke (G) frei schwenkbar gelagert ist.

11. Glockenläutemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Schwenkvorrichtung (H 2) die an einer Tragvorrichtung (TR) schwenkbar gelagert ist, und an der der Hydraulikantrieb (HZ 2) gelenkig angreift, die Glocke (G 2) frei schwenkbar gelagert ist.

12. Glockenläutemaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkvorrichtung (H 2) mit der Tragvorrichtung (TR) und dem Hydraulikzylinderantrieb (HZ 2) und ggf. einem weiteren Lenker ein Gelenkdreieck bzw. -viereck bilden.

13. Glockenläutemaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in der Nähe der Glocke (G) ein Schwingungsaufnehmer oder Mikrophon (M) angeordnet ist, dessen Signal fortlaufend in einem Analog- Digitalwandler (AD) digitalisiert und in einer Steuer- und Regelvorrichtung (RST) gespeichert und klanganalytisch verarbeitet wird, so daß der Klangqualitätswert (KL) jeweils einem Anschlag folgend ermittelt wird.

14. Glockenläutemaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Glocken (G) mit ihren zugehörigen Antrieben und Vor- und Rückwärts- Stellgliedern (HV 1, HV 2) sowie den zugehörigen Gebern (WG, PG, M) an die Steuer- und Regelvorrichtung (RST) und ein Hydraulikaggregat (HA) angeschlossen sind und in der Steuer- und Regelvorrichtung (RST) jeweils einen Datensatz mit den jeweiligen Vorgabewerten (SH, HLZ, S, E, LW, KLG), Zwischenwerten (KL, W, WG, DEW, TB) und den Maximal- und Grenzwerten (WGM, PGM, TW), einem Hochläutemerker (M) und den Läuteplan- Ein- und Ausschaltzeiten (PZE, PZA) zugeordnet zu einer Glocke (G) sowie das Steuerprogramm enthält, das in einem Multiplexbetrieb entsprechend der Zahl der Glocken (G), jeweils zugeordnet zu einem Datensatz und den entsprechenden Gebern (WG, PG, M) und Stellgliedern (HV 1, HV 2) nacheinander durchlaufen wird.