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Elektrische Antriebsvorrichtung für eine Glocke oder einen ähnlichen,
periodisch in Pendelschwingungen zu versetzenden Körper Die Erfindung betrifft eine
elektrische Antriebsvorrichtung für eine Glocke oder einen ähnlichem, periodisch
in Pendelschwingungen zu versetzenden Körper, bei der eia die Glocke in wenigstens
einer ihrer beiden Schwingungsrichtungen absatzweise antreibender Elektromotor mittels
einer durch die Schwingbewegung dar Glocke gesteuerten Schaltvorrichtung periodisch
ein- und ausgeschaltet bzw. in seiner Drehrichtung umgeschaltet wird.
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Bei den bekannten Antriebsvorrichtungen dieser Art wird die Glocke
häufig in beiden Schwingungsrichtungen vom Motor angetrieben; es sind jedoch auch
Antriebe bekanntgeworden, bei denen die Glocke nur in einer Schwingungsrichtung
angetrieben wird und die Rückschwingung frei ausführt. In beiden Fällen ist eine
Schaltvorrichtung vorhanden, die entweder reit der Glocke oder mit sich im Takte
der Glockenschwingungen bewegenden Teilen des Antriebes unmittelbar verbunden oder
gekuppelt ist oder von besonderen zeit- oder geschwindigkeitsabhängigen Steuervorrichtungen
in Abhängigkeit von den Pendelbewegungen der Glocke gesteuert wird.
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Das Stillsetzen der Glocke zwecks Beendigung des Läutens erfolgt bei
den bekannten Ausführungen mittels einer besonderen Bremse, die unabhängig von der
Antriebsvorrichtung ist. Meist wird eine Reibungsbremse in Form einer Elektroinagnetbremse
verwendet,
die nach Art einer Backenbremse ausgebildet ist und nach ihrem Einschalten eine
dauernde Bremswirkung ausübt.
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Durch Reibungsbremsen, die dauernd ein starkes Bremsmoment auf die,
schwingende Glocke ausüben, bekommt das »Ausläuten« der Glocke einen v om akustischen
S tandpunkt unerwünschten Zwangscharakter. Man ist bestrebt, das Ausläuten auch
bei Verwendung elektrischer Antriebs- und Bremsvorrichtungen für die Glocke so durchzuführen,
d:aß es dem Ausläuten mit Abbremsen der Glocke von Hand möglichst gleichkommt. Eine
solche Wirkung läßt sich aber mit Hilfe einer rein mechanisch wirkenden Backenbremse
- oder einer ähnlich wirkenden Reibungsbremse - nur mit großem technischem Aufwand
erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach ausgeführte,
betriebssichere und sowohl beim Antrieb als auch beim gebremsten Ausschwingen der
Glocke sieh weitgehend. dem Charakter einer Handbetätigung anpassende elektrische
Antriebsvorrichtung für eine Glocke zu schaffen, bei der insbesondere für das Abbremsen
der Glocke keine mechanische Bremse benötigt wird. Besonderer Wert wird auf die
übersichtliche, einfache Ausführung der Steuergeräte gelegt, damit diese ohne genaue
Überwachung und mit nur geringem Aufwand an Pflege stets einwandfrei arbeiten.
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Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Elektromotor
der elektrischen Antriebsvorrichtung auch zum in Abhängigkeit von der Schwingbewegung
der Glocke gesteuerten periodischen Abbremsen der Glocke verwendet wird. Das Abbremsen
der schwingenden Glocke durch den - auch zum Antrieb der Glocke verwendeten Elektromotor
gibt die Möglichkeit, die Steuer- und Schaltvorrichtung sehr einfach und betriebssicher
auszuführen.
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Um eine zusätzliche besondere Betätigung der Bremse zu vermeiden,
wird die Bremse erfindungsgemäß selbsttätig durch das Ausschalten des Antriebes
- in der Weise ausgelöst, daß eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für
das Ein-und Ausschalten des Antriebes mit der den Elektromotor während des Motorbetriebes
periodisch ein-, aus- oder umschaltenden Schaltvorrichtung in der Weise gekuppelt
ist, daß sie die Schaltvorrichtung zwar bei ihrem Einschalten zur periodischen Steuerung
in Abhängigkeit von der -Schwingbewegung der Glocke freigibt, sie jedoch bei ihrem
Ausschalter in einer Stellung verriegelt, in der die Schaltvorrichtung den Elektromotor
auf Bremsbetrieb in nur einer Drehrichtung schaltet und in der auch beim Wiederennschalten
des Antriebes der Anlauf des Elektromotors erfolgt. Ein erst durch Ausschalten des
Antriebes wirksam werdendes, von der schwingenden Glocke im fickt ihrer Schwingungen
betätigtes Steuerelement soll dann den dauernd mit der Glocke gekuppelten Elektromotor
periodisch als Motorbremse einschalten.
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An sich wäre es ohne weiteres möglich, den Elektromotor in beiden
Schwingungsrichtungen der Glocke als Bremse einzuschalten, indem man 1 z. B. die
das Umschalten des Motors in Abhängigkeit vom der Schwingungsrichtung der Glocke
steuernde Schaltvorrichtung auch nach dem Ausschalten des Antriebes weiterarbeiten
läßt; eine solche Abbremsung wirkt aber bei der üblichen Auslegung des Antriebsmotors
zu hart. Es wäre -um ein »sanftes« Abbremsen zu erzielen - notwendig, die Bremswirkung
des Motors durch zusätzliche Mittel zu dämpfen. Um einen solchen unnötigen Aufwand
zu vermeiden und dem üblichen Abbremsen von Hand entsprechend zu bremsen, soll gemäß
der Erfindung das von der schwingenden Glocke betätigte Steuerelement so ausgebildet
sein, daß es den Elektromotor nur in einer Schwingrichtung der Glocke auf Bremsbetrieb
schaltet.
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Die einfachste elektrische Schaltung für das selbsttätige Einsetzen
der Bremse ist dadurch gegeben, daß das die periodische Bremsung steuernde, von
der schwingenden Glocke betätigte Steuerelement ein den Hauptschalter überbrückender
Bremsschalter ist, durch den in seiner Einschaltstellung Gegenstrom auf den Motor
gegeben wird.
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Für eine elektrische Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung lassen
sich sowohl Gleichstrom- als auch Drehstrommotoren verwenden. In beiden Fällen wird
man mit Rücksicht auf die Durchführung der Bremsung einen Motor mit Nebenschlußverhalten
benutzen. Als Drohstrommotor kommt der normale Asynchronmotor in Frage, der bekanntlich
sowohl beim Überschreiten seiner Synchrondrehzahl als auch beim Einschalten mit
zwei vertauschten Wicklungsanschlüssen als Bremse wirkt. Die Verwendung eines Drehstrommotors
kommt in den meisten Fällen in Betracht, da heute vorwiegend Drehstromnetze für
die Stromversorgung in Kirchen zur Verfügung stehen.
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Die das Umschalterz des Elektromotors bewirkende Schaltvorrichtung
kann gemäß der Erfindung als ein zweipoliger Umschalter in Form eines Walzenschalters
ausgebildet sein, der über eine Reibungskupplung mit der Welle des Elektromotors
gekuppelt und durch um etwa z8o° versetzte Anschläge in jeweils einer seiner beiden
Umschaltstellungen gehalten ist.
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Die Abbremsung der schwingenden Glocke braucht nicht unbedingt bis
zum Stillstand der Glocke durchgeführt zu werden; es genügt, wenn die Glocke nur
so lange verzögert wird, bis die Schwingweite der Klöppelschwimgung nicht mehr ausreicht,
tun den Klöppel gegen die Glocke zu schlagen; bei dem nachfolgenden »stummen« Ausschwingen
der Glocke ist eine Bremsung nicht mehr erforderlich. Um Bremsstrom zu sparen, empfiehlt
es sich daher, die Betätigung des die Bremse steuernden Schaltelementes, das über
eine Reibungskupplung mit der Welle des Motors oder der Glocke verbunden und als
einfacher, mehrpoliger Einschalter ausgeführt ist, in Abhängigkeit von der Schwingweite
der Glocke einstellbar zu machen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise , -dargestellt.
Es zeigt
- Fig. i das Schaltbild einer elektrischen Antriebsvorrichtung
für eine Glocke gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein ähnliches Schaltbild, das aber für
einen nur jeweils in einer Schwingungsrichtung der Glocke wirkenden Antrieb bestimmt
ist, Fig. 3 eine Aufsicht auf die wesentlichen Steuerungsteile der Antriebsvorrichtung
in teilweise schematischer Darstellung, Fig. 4 einen schematischen Querschnitt längs
der Linie IV-IV der Darstellung in Fig. 3, Fig. 5 eine Stirnansicht auf den Einstellmechanismus
des Walzenschalters für die Umschaltung des Elektromotors und die nur schematisch
dargestellte Einschaltvorrichtung für die Bremse, Fig. 6 einen Längsschnitt durch
den Walzenschalter und den Achsstummel des Antriebsmotors, von dem aus der Walzenschalter
betätigt wird. ' Das Schaltbild gemäß Fig. i zeigt den Drehstrom-Asy nchronmotor
13, der über die Kraftübertragung 14 mit der (nicht dargestellten) anzutreibenden
Glocke dauernd gekuppelt ist. Der Asynchronmotor 13 wird aus dem durch die Buchstaben
R, S, T bezeichneten Drehstromnetz über den dreipoligen Einschalter 9 gespeist.
Hinter dem Einschalter 9 liegt der zweipolige Umschalter 3, der zum Umkehren der
Drehrichtung des Motors 13 dient. Der Schalter 3 ist mit der Motorwelle io durch
die Rutschkupplung 5 kraftschlüssig gekuppelt, über die er in Abhängigkeit von der
Drehrichtung des Motors umgeschaltet wird. Die Betätigung dies Einschalters 9 erfolgt
über eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung i, deren Erregerspule
30 aus dem Netzanschluß 16 gespeist wird, wenn der Handschalter i i geschlossen
ist. Die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung i wirkt über die durch eine gestrichelte
Linie angedeutete Kupplung :2 auch auf den Umschalter 3, und zwar in der Weise,
daß bei Erregung der Spule 30 und angezogenem Anker der elektromagnetischen
Betätigungsvorrichtung der Umschalter 3 jeweils in -Abhängigkeit von der Drehrichtung
des Motors 13 umgeschaltet werden kann. Bei unerregter Spule 30. wird jedoch- der
Umschalter 3 in einer bestimmten Stellung gesperrt. Parallel zu dem Einschalter
9 liegt ein dreipoliger Bremsschalter 8, der von einem Bremshebel 4 einuni ausgeschaltet
wird. Dieser Bremshebel 4 ist über eine Reibungskupplung 6 mit dem Glockenantrieb
verbunden; er schwingt also im Takt -der Glockenschwingung. Ein Anschlag 7 begrenzt
die Schwingweite des Hebels.4.
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Die Wirkungsweise ist an Hand des Schaltbildes leicht zu übersehen:
Nach Einschalten des Handschalters i i wird die Spule 3o der elektromagnetischen
Betätigungsvorrichtung i erregt. Die Betätigungsvorrichtung zieht ihren Anker an
und schließt dabei den dreipoligen Einschalter 9 und entriegelt gleichzeitig den
Umschalter 3. Der Motor 13 setzt sich in Bewegung. Er treibt die Glocke so lange
in einer durch die Lage des Umschalters 3 bestimmten Richtung an, bis sein Moment
nicht mehr ausreicht, die Glocke weiter zu heben. Die infolge des zunächst erhaltenen
Schwunges etwas über den Gleichgewichtspunkt zwischen Antriebskraft und Schwerkraft
hinauspendelnde Glocke pendelt wieder leicht zuzück. Dar dabei in. umgekehrter Drehrichtung
bewegte Motor schaltet die Umschaltvorrichtung 3 um, worauf er sofort einen kräftigen
Impuls in der anderen Schwingrichtung der Glocke bekommt und die Glocke in der anderen
Richtung ausschwingen läßt. Dort wiederholt sich der Vorgang; durch das Zurücksinken
der Glocke wird der Schalter 3 erneut umgepolt, und der Motor treibt wiederum die
Glocke in der anderen Schwingungsrichtung an. Auf diese Weise wird durch wiederholtes,
in beiden Sch.wingungsrien-tungen der Glocke wirksames Antreiben die Glocke in die
zum Läuten notwendige Schwingung versetzt.
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Zum Abschalten der Antriebsvorrichtung wird der Handschalter i i geöffnet.
Die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung i gibt das Ausschalten des unter Federdruck
stehenden Einschalters 9 frei und verriegelt über die Kupplung 2 den Umschalter
3 in einer Stellung, in der der Motor 13 so geschaltet ist, daß er in einer bestimmten
Drehrichtung als Bremse wirken kann, wenn er erneut ans Netz gelegt wird.
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Der durch dite schwingende Glocke betätigte Bremshebel 4 hat bereits
während des motorischen L äutv organfies den dreipoligen Bremsschalter 8 periodisch
im Takt der Glocke;Ischwingungen geöffnet und-geschlossen. Solange jedoch der Schalter
9 geschlossen war, blieb dieses periodische Öffnen und Schließen des Schalters 8
ohne Einfluß auf die Steuerung des Antriebsmotors 13. Der Schwinghebel 4 ist so
mit dem Antrieb der Glocke gekuppelt, daß er den Schalter jeweils dann schließt,
wenn die Glocke in derjenigen Richtung schwingt, in der der Motor als Bremse zum
Stillsetzen der Glocke wirken kann. Nach Öffnen des Schalters 9 wird also durch
das periodische Schließen des Schalters 8 der Motor 13 jeweils in der einen Schwingungsrichtung
der Glocke in einer Gegenstronibremsschaltung ans Netz gelegt.
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Das wesentlich einfachere Schaltbild der Fig. 2, das eine nur in .einer
Schwingungsrichtung der Glocke wirkende Antri,ebsvorrichtumg zeigt, enthält etwa
die gleichen Teile wie das Schaltbild. i, lediglich mit dem Unterschied, daß der
Umschalter 3 durch einen einfachen Ein- und Ausschalter 12 ersetzt ist, der im Sternpunkt
der Statorwicklung des Motors 13 liegt. Dieser Schalter wird- über die auf der Motorwelle
io sitzende Kupplung 5 im- Takt der Glockenschwingungen geschlossen, und zwar derart,
daß der >Motor nur in der einen Schwingungsrichtung der Glocke eingeschaltet ist.
Die Anordnung dieses Schalters im Sternpunkt der Statorwicklung hat den Vorteil;
daß durch das Schalten keine Hochfrequenzstörungen eintreten können, da beim Unterbrechen
des Schalters 12 auftretende Schwingungen durch die in Eisen liegenden Wicklungen
des Motors 13 »abgefangen« werden und nicht in das Netz dibe@r-
treten
können. Der mit der Glocke gekuppelte Umschalthebel q. und der Schalter 8 wirken
in genau der gleichen Weise, wie es oben an Hand des Schaltbildes in Fig. i beschrieben
wurde.
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Die Fig. 3 und q. zeigen den Zusammenbau der wesentlichen Steuerungsteile
der Antriebsvorrichtung in teilweise nur schematischer Darstellung. Auf dem der
Antriebsseite abgewendeten Wellenstumpf io des Motors 13 sitzt die Rutschkupplung
5, die aus den (in der Zeichnung mit 5 bezeichneten) Kupplungsbacken und den mit
Haltestiften 34 in die Backeneingreifenden Kupplungsbügeln 31 besteht, die mittels
der von den Spanngliedern 33 festgehaltenen Federn 32 zusammengedrückt werden, wobei
sie die Kupplungsbacken 5 an den Wellenstumpf io andrücken.
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Gleichachsig zur Welle des Motors 13 ist in der Tragscheibe 39 der
Walzenumschalter 3 geilagert, der mit denn an einem isolierenden Kontaktträger 2o
befestigten Kontakten 17 zusammenarbeitet. Auf der Oberfläche des walzenförmigen
Isolierkörpers des Walzenumschalters 3 sind Kontaktsegmente 18 befestigt, die -
in an sich bekannter Weise - jeweils zwei von den Kontaktfedern 17 in wechselnder
Folge miteinander verbinden und dadurch die Stromrichtung in zwei Phasen der Zuleitungen
zum Motor 13 umkehren. Die Kontaktfedern 17 werden mittels der Federn i9 an die
Oberfläche der Walze bzw. an die auf dieser Walze sitzenden Kontakte 18 angepreßt.
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In der weiteren Verlängerung der Achse des Antriebsmotors 13 liegt
die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung i, mit deren Anker das die Schaltkontakte
des Einschalters 9 tragende Joch 29 verbunden ist, das mit den Sperrstiften 2 versehen
ist. Das Joch 29 wird durch auf Führungsbolzen 38 sitzende Federn 27, die sich auf
die fest mit der elektromagnetisc ren Betätigungsvorrichtung verbundene Grundplatte
28 abstützen, in die Ausschaltstellung gedrückt, bei der die mit denn Joch verbundenen
beweglichen Kontakte des Einschalters 9 geöffnet sind und der Walzenumschalter 3
durch die Stifte 2 gesperrt ist. Die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung ist
in der Fig. 3 in ihrer Einschaltstellung gezeichnet.
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Die Betätigung des Walzenumschalters 3 erfolgt über den fest auf der
Welle des Walzenumschalters 3 sitzenden Hebel 22, der mit eurem Stift 23 zwischen
die Kupplungsbügel 31 der Rutschkupplung 5 eingreift.
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Auf der Tragplatte 39 (vgl. Fig. 5 und 6) sitzen zwei Anschlagstifte
15 für den Hebel 22, die dazu bestimmt sind, die Schaltbewegungen des Walzenumschalters
3 auf etwa i8ö° zu begrenzen.
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Am Ende des Wellenstumpfes io des Antriebsmotors 13 sitzt ein Ritzel
24 (vgl. Fig. 3), das in das wesentlich größere Zahnrad 25 .eingreift. Das Zahnrad
25 ist auf einer besonderen Welle 40 mittels des Sperrstiftes 26 befestigt, die
in der Tragscheibe 39 gelagert ist und sich wegen ihrer Kupplung mit dem Antriebsmotor
13, der seinerseits fest mit der Glocke gekuppelt ist, langsam im Takt der Glockenschwingungen
hin und her dreht. Auf der Welle ¢o isst der über die durch die Feder 36 angedrückte
Reibungskupplung 6 mit der Welle verbundene Bremshebel q. gelagert, der zur Betätigung
des Bremsschalters 8 (vgl. Fig. 5) dient. Weiterhin sitzt auf dieser Welle ein Steuernocken
21, der die Einschaltdauer des Motors 13 durch Anheben zweier federnder Kontakte
17 des Walzenumschalters 3 begrenzt" wenn der Ausschwingwirikel der Glocke zu groß
wird. Der Nocken 2i sitzt nur lose auf der Welle 40 (vgl. Fig. 3) und ist durch
die Druckfeder 37 über die Rutschkupplung 35 reit der Welle 40 gekuppelt.
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Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Bei dem Einschalten des
Handschalters i i (vgl. Fig. i und 2) erhält die Zugspule der elektromagnetischen
Betätigungsvorrichtung i Strom, so daß sie ihren Anker und damit den mit dem Joch
29 verbundenen Anker anzieht. Die Sperrstifte 2 geben den Walzenumschalter 3 frei.
Gleichzeitig werden die Kontakte 9 des Einschalters geschlossen. Der Motor. 13 treibt
die Glocke in der oben bei der Erläuterung der Schaltbilder bereits beschriebenen
Weise an.
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Wenn die Schwingweite der Glocke zu groß wird, werden durch denSteuernocl-en;2i;
(vgl. Fig. 5) die beiden langen Kontaktfedern 17 auseinandergedrückt, so daß sie
ihren Kontakt mit den Kontaktstücken 18 verlieren. Dadurch werden die beiden an
den Walzenumschalter 3 angeschlossenen Phasen des Drehstromes unterbrochen, so daß
der Motor stromlos weiterläuft.
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Es dürfte leicht einzusehen sein, daß durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses
zwischen der Motorwelle und der den Nocken 21 tragenden Welle q.o sowie durch entsprechende
Ausbildung der Nockenform des Nockens 2i jede gewünschte Begrenzung der Schwingweite
der Glocke möglich ist.
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Das periodische Spiel wiederholt sich nun so lange, wie der Handschalter
i i geschlossen ist. Der Motor arbeitet in beiden Schwingungsrichtungen der Glocke
motorisch; er wird durch den Steuernocken bei einer bestimmten Schwingweite der
Glocke ausgeschaltet. Außerdem kann er bei zu großer Geschwindigkeit der Glocke
in der ilTähe des Totpunktes der Glockenschwingung auch vorübergehend als Nutzbremse
wirken, wenn er dabei seine synchrone Drehzahl überschreitet.
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Wird zwecks Beendigung des Läutens der Handschalter i i geöffnet,
so wird die Zugspule der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung i stromlos,
das Joch 29 wird durch die Federn 27 abgedrückt, wobei die Sperrstifte :2 in die
Aussparungen der Umschaltwalze 3 eingreifen und diese Walze festhalten, so daß sie
von dem Motor 13 nicht mehr bewegt werden kann. Der Wellenstumpf io des Motors 13
bewegt sich dann in der Rutschkupplung 5, ohne jedoch die Kupplungsbacken mitzunehmen.
Das Reibungsmoment an der Rutschkupplung 5 führt zu einem Auseinanderspreizen der
Kupplungsbügel 31 und dadurch zu einer selbsttätigen Verringerung des auf die Kupplungsbacken
wirkenden Anpreßdruckes.
Die Betrachtung der Fig. 5 zeigt, daß die
beiden Anschläge 15 in der Lagerplatte 39 so angeordnet sind, daß der Hebel 22 nicht
um genau i8o° schwenken kann; sein Schwenkwinkel iGt auf einen Winkelbereich begrenzt,
der kleiner als i8o° ist. Bei der in der Fig. 5 dargestellten Stellung des Schwenkhebels
22 liegen die beiden Bohrungen in dem Körper des Walzenumschalters, 3, in die die
Sperrstifte 2 eingreifen können, in der richtigen Eingriffsstellung. In der anderen
Endlage des Hebels 22 jedoch haben sie diese Stellung noch nicht erreicht, so daß
ein Eingreifen. der Spemrstifte 2 in die Bohrungen nur in der einen. Stellung der
Walze des Walzenumschalters 3 erfolgt.
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Da gleichzeitig der Hauptschalter 9 geöffnet wird, wirkt sich nunmehr
das periodische Einschalten des Bremsschalters 8 aus, indem der Motor in Abhängigkeit
von der Schwingweite der Glocke durch den von dem Bremshebel 4 gesteuerten Bremsschalter
8 jeweils in der einen Schwingungsrichtung der Glocke mit Gegenstrom aus dem Netz
gespeist wird. Der Motor bremst so die Glocke nur in ihrer einen Schwingungsrichtung
ab, was der beim Handläuten üblichen Abbremsung entspricht. Die jeweilige Schwingweite
des Hebels 4 wird durch den Anschlagstift 7, der in mehrere Löcher der Lagerplatte
39 eingesteckt werden kann, nach Bedarf so eingestellt, daß das Schließen des Brernsschalters
8 und damit die periodische Einschaltung der Bremse .nur bei Schwingweiten der Glocke
erfolgt, bei denen dien Klöppel -noch an der Glocke anschlägt. Sind infolge
der Bremsung der Glocke die Schwingweiten kleiner geworden, so reicht der Schwingwinkel
des Bremshebels .4 nicht mehr aus, um den Schalter 8 zu schließen, so daß das. weitere
Ausschwingen der Glocke ungebremst erfolgt.