EP0191889A2 - Glockenläutemaschine - Google Patents

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EP0191889A2
EP0191889A2 EP85105750A EP85105750A EP0191889A2 EP 0191889 A2 EP0191889 A2 EP 0191889A2 EP 85105750 A EP85105750 A EP 85105750A EP 85105750 A EP85105750 A EP 85105750A EP 0191889 A2 EP0191889 A2 EP 0191889A2
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EP
European Patent Office
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bell
swing
drive motor
vibration
oscillation
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EP0191889A3 (en
Inventor
Bernhard Dr.-Ing. Mursch
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Herforder Elektricitats-Werke Bokelmann & Kuhlo & Co GmbH
Original Assignee
Herforder Elektricitats-Werke Bokelmann & Kuhlo & Co GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K1/00—Devices in which sound is produced by striking a resonating body, e.g. bells, chimes or gongs
    • G10K1/28—Bells for towers or the like
    • G10K1/30—Details or accessories
    • G10K1/34—Operating mechanisms
    • G10K1/344—Operating mechanisms for an oscillating bell which is driven once per cycle
    • G10K1/345—Operating mechanisms for an oscillating bell which is driven once per cycle electrically operated

Definitions

  • the invention relates to a bell chime of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the bell ringing machines of the aforementioned type therefore have the disadvantage that the intonation of the bell changes over time and under different conditions.
  • the entire bell ringing machine can be relatively easy or stiff, which is at least in the steady state leads to different swing angles and thus to the changed intonation of the bell.
  • the particular advantage of the invention is therefore that when the setpoint of the swing-out angle is reached, the engine is fed only that power loss that is necessary under the operating conditions that occur in order to maintain the predetermined swing-out angle. This is irrespective of the size of the excess energy that is supplied to the drive motor during the high-heat phase in order to quickly ring the bell to a predetermined swing-out angle.
  • the determination of the energy loss or the differential energy that must be withdrawn from the engine during the transition from the high-wave phase to the steady state can be determined indirectly via the respective swing-out angles, which result under the conditions below and which are stored, processed and stored in a conventional computer can be converted into control variables for the drive motor.
  • the angle actually reached and the swing-out angle reached in the previous half or full swing are determined and stored.
  • a difference quantity is then formed from these two angles, which is proportional to the energy difference which results from those energies which have been supplied to the oscillation system in the last period under consideration and the previous, penultimate period.
  • this energy difference is reflected in an increase in the potential energy through height gain, although part of the energy difference is consumed by the losses of the vibration system.
  • the difference between the maximum swing angle and that of the previous swing angle is proportional to the sum of the energy loss and the potential energy supplied to the vibration system during the last period and can be used accordingly as a control or manipulated variable.
  • Another difference between two swing angles, which at the beginning and at the end of an idle period of the Vibration system can be determined, can be recorded as a proportional variable for the energy loss that occurred during this period.
  • the system can swing through an empty half or full swing, which naturally results in different swing-out angles due to the losses occurring at the beginning and at the end of this period.
  • This angle difference can be evaluated directly as an operation variable for the control of the drive motor; however, this quantity can also be related to the angular difference described above in order to be able to eliminate the potential energy supplied to the system from the energy difference proportional to it, in order to then reduce the electrical energy supplied to the drive motor in order to cover the losses let the steady system swing with the set point of the swing angle.
  • the. Duty cycle or the switch-on distance for the drive motor which is defined per period for the up-phase, when changing to the holding state in relation to the swing-out angle difference, which results from the last period of the high-rise process, is reduced in relation to the swing-out angle difference, which in; the inserted idle phase is determined.
  • this presupposes that the drive motor is operated with at least approximately constant power during the switch-on phases, which is the case with bell-ringing machines in which the bell is driven by an asynchronous motor that is coupled without slippage usually is the case.
  • the electrical energy supplied to the system per half oscillation or oscillation is reduced to the extent that potential energy for obtaining a higher swing-out angle is no longer supplied to the bell and the achieved swing-out angle is maintained while covering the losses.
  • the invention is explained in more detail below with the aid of a calculation example.
  • the drawing shows schematically the pendulum system of a bell with the associated swing angles.
  • the drawing clarifies those swing-out angles that arise at one of the reversal points of the bell path when changing from the high-tide phase to the steady-state stop.
  • the bell should reach the setpoint OG of the swing angle.
  • the bell In the last oscillation period before reaching the target value ⁇ , the bell only reaches the swing-out angle a 1. During the last oscillation period in the high-heat phase, so much energy is supplied to the oscillation system that the oscillation angle increases by the difference angle ⁇ 1.
  • the last supplied energy ⁇ E ZU can also be represented as where C is a constant for the average motor power and ⁇ t 1 is the duty cycle of the drive motor during the last oscillation period.
  • the loss energy to be supplied in the steady state during the idle period is ⁇ t 2
  • the swing-out angle decreases from the value ⁇ to the value ⁇ 2 during the idling period.
  • the difference the swing-out angle during this period is 2.
  • Reduction 2 of the oscillation angle of the first, drive-free oscillation period measures, then you can shorten the time interval for switching on the drive motor of the ringing machine, which is set for the high-ring phase, for the steady-state phase in the ratio ⁇ 2 : ⁇ 1 and thus becomes a good approximation Can hold the bell at the setpoint of the swing angle.

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Abstract

Gegenstand der Anmeldung ist eine Glockenläutemaschine mit einem reversierbaren Antriebsmotor für eine pendelnd anzutreibende Glocke. Sie besitzt eine Steuervorrichtung, die während einer oder beider Halbschwingungen der Glocke den Antriebsmotor über variable Zeit- oder Wegabschnitte ein- und ausschaltet. Dabei wird nach dem Hochläuten der eingeschwungene Zustand der Glocke durch Verminderung der dem Antriebsmotor zugeführten elektrischen Energie mittels Verkürzung der Einschaltdauer oder des Einschattweges pro Schwingung gehalten. Damit der der optimalen Intonation entsprechende Ausschwungwinkel der Glocke im eingeschwungenen Zustand unabhängig von den jeweiligen Betriebsverhältnissen stets eingehalten wird, wird für den eingeschwungenen Zustand ein Sollwert für den Ausschwungwinkel vorgegeben, bei dessen Erreichen die vom Schwingungssystem zum Halten des Ausschwungwinkel -Sollwertes benötigte Verlustenergie ermittelt und darauf die dem Antriebsmotor zugeführte, verminderte elektrische Energie eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Glockenläutemaschine der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.
  • Bei solchen Glockenläutemaschinen, wie sie u.a. aus der deutschen Patentschrift 1 007 673 bekannt sind, variiert man die Länge oder die Dauer der Antriebssektoren pro Halbschwingung oder Schwingung der Glocke, um einerseits während der Hochläutephase ein schnelles Hochläuten zu erreichen und andererseits im eingeschwungenen 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 Glockenläutemaschine 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, unedle 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 überschußenergie 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 entzogen 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 Schwingungssystem 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 Verlustenergie 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 Regel 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 OG des Ausschwungwinkels erreichen.
  • In der letzten Schwingungsperiode vor Erreichen des Sollwertes α erreicht die Glocke lediglich den Ausschwungwinkel a1 Während der letzten Schwingungsperiode in der Hochläutephase wird dem Schwingungssystem soviel Energie zugeführt, daß sich der Schwingungswinkel um den Differenzwinkel Δα1 vergrößert.
  • Die während dieser letzten Schwingungsperiode zugeführte Energie ist dann
  • Figure imgb0001
  • Dabei bedeuten:
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
  • Im Verhältnis zur gespeicherten Gesamtenergie E ergibt sich:
    Figure imgb0004
  • Die zuletzt zugeführte Energie Δ EZU ist ferner darstellbar als
    Figure imgb0005
    wobei C eine Konstante für die mittlere Motorleistung und Δ 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 Δ t2
    Figure imgb0006
  • Wie dazu die Zeichnung zeigt, verringert sich während der Leerlaufperiode der Ausschwungwinkel von dem Wert α auf den Wert α 2 . Die Differenz des Ausschwungwinkels während dieser Periode beträgt 2 .
  • Am besten bestimmt man die im eingeschwungenen Zustand noch zuzuführende Energie aus dem Verhältnis Δ EV:Δ EZU Da dann für beide Phasen, die Hochläutephase und den Haltezustand, die Motorkonstante C gleich ist, muß gelten:
    Figure imgb0007
  • Daraus folgt:
    Figure imgb0008
    Figure imgb0009
  • Solangel α2< α1 1 ist, läßt sich weiter vereinfachen
    Figure imgb0010
  • Die Schlußfolgerung ist:
  • Wenn man die Winkeländerung 1 der letzten Schwingungsperiode der Hochläutephase und die
  • erminderung 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 ∝2: ∝1 verkürzen und wird damit bei guter Näherung die Glocke auf dem Sollwert des Ausschwungwinkels halten können.

Claims (4)

1. Glockenläutemaschine mit einem reversierbaren Antriebsmotor für eine pendelnd anzutreibende Glocke und mit einer Steuervorrichtung, die während einer oder beider Halbschwingungen der Glocke den Antriebsmotor über variable Zeit-oder Wegabschnitte ein- und ausschaltet, wobei nach dem Hochläuten der eingeschwungene Zustand der Glocke durch Verminderung der dem Antriebsmotor zugeführten, elektrischen Energie mittels Verkürzung der Einschaltdauer oder des Einschaltweges pro Schwingung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den eingeschwungenen Zustand ein Sollwert für den Ausschwungwinkel vorgegeben wird, bei dessen Erreichen die vom Schwingungssystem zum Halten des Ausschwungwinkel-Sollwertes benötigte Verlustenergie ermittelt und darauf die dem Antriebsmotor zugeführte, verminderte elektrische Energie eingestellt wird.
2. Glockenläutemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustenergie des Schwingungssystems pro Schwingung oder Halbschwingung aus der Differenz (∝2) des letzten Ausschwungwinkels (∝), den die Glocke mit der Beendigung der Hochläutephase erreicht, und des nächstfolgenden, dagegen verminderten Ausschwungswinkels (0(2) ermittelt wird, den die Glocke nach Durchlaufen einer antriebsfreien Halb- oder Vollschwingung vor der Einstellung des Haltezustandes erreicht.
3. Glockenläutemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst für die letzte Schwingung oder Halbschwingung der Hochläutephase die Summe der Verlustenergie und der dem Schwingungssystem zugeführten potentiellen Energie aus der Differenz (∝1) des letzten Ausschwungwinkels (∝) und des vorangehenden, vorletzten Ausschwungwinkels (∝1) ermittelt, davon die anschließend ermittelte Verlustenergie abgezogen und die dem Antriebsmotor zugeführte Energie während der letzten Schwingung bzw. Halbschwingung der Hochläutephase um die als Differenz verbleibende potentielle Energie beim Übergang in den Haltezustand vermindert wird.
4. Glockenläutemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Annäherungslösung die Einschaltdauer oder der Einschaltweg für den Antriebsmotor pro Schwingung oder Halbschwingung der Hochläutephase beim/Wechsel in den Haltezustand im Verhältnis der Ausschwungwinkeldifferenzen Δ∝2 : ∝1 verkürzt wird.
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EP0191889A3 EP0191889A3 (en) 1987-11-11
EP0191889B1 EP0191889B1 (de) 1991-10-09

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