EP1094443A1 - Verfahren zur Steuerung des Schwungwinkels einer Kirchenglocke - Google Patents

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EP1094443A1 EP99810955A EP99810955A EP1094443A1 EP 1094443 A1 EP1094443 A1 EP 1094443A1 EP 99810955 A EP99810955 A EP 99810955A EP 99810955 A EP99810955 A EP 99810955A EP 1094443 A1 EP1094443 A1 EP 1094443A1
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motor
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    • 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
    • G10K1/347—Operating mechanisms for an oscillating bell which is driven twice per cycle

Definitions

  • the present invention relates to a method for Control of the swing angle of a by means of a multi-phase motor, preferably asynchronous motor, pulse-shaped powered swinging church bell.
  • the object of the present invention is to create of a method which mentioned this above Does not have the disadvantage of the previously known methods, i.e. in which, in addition to the drive motor, no additional ones Swing angle scanners can be mounted have to.
  • This task is accomplished using a method according to Claim 1 solved according to the invention.
  • a 3-phase asynchronous drive motor 1 for the vibrating drive of a church bell 2 via a motor isolator 3 with a 3x 400V Power control 4 connected.
  • the latter is used for pulse-shaped control of the drive motor 1 for Achieve a swinging deflection of the on one Glockenjoch 5 fortified church bell 2.
  • Motor isolating stage 3 is used to protect the drive motor 1, in which after a certain number of failed attempts, where the desired or required Swing angle ⁇ was not reached, the drive motor 1 is decoupled from the power control 4.
  • the church bell 2 in a known manner by short-term pulsed switching on of the drive motor 1 in the corresponding direction of rotation up to a stop of the clapper 6 on the bell 2 required swing angle ⁇ rocked up, and for further ringing the bell 2 swinging over this swing angle ⁇ held.
  • the one required for a correct ringing process Target time between the two reversal points of the swing direction the bell is physical and therefore known for every bell ringing design.
  • pulse-shaped operating times of the drive motor 1 is now new according to the present invention during the idle time phases of the drive motor 1, during which the latter is disconnected from the network, used as a generator, with the help of the generated measuring voltage between two successive reversal points of the
  • the actual time required for the swing direction is calculated with the Target time compared, and if necessary, each short switch-on time of the drive motor in the Power control 4 corrected accordingly.
  • This pulse train (see Figure 4) is then (still with drive motor 1) disconnected from the mains, e.g. comparator 12 consisting of a standard comparator fed, in which due to an upper and an lower threshold, on the one hand, the maximum voltage the impulses unified, and on the other hand for preservation clearly defined pulse gaps m in the reversal point of the from Decoupled, rotating drive motor 1, below a lower threshold Pulses are eliminated so that at the output of the Comparator 12 an approximately rectangular pulses having pulse sequence according to Figure 5, which enables evaluation by means of a microprocessor.
  • comparator 12 consisting of a standard comparator fed, in which due to an upper and an lower threshold, on the one hand, the maximum voltage the impulses unified, and on the other hand for preservation clearly defined pulse gaps m in the reversal point of the from Decoupled, rotating drive motor 1, below a lower threshold Pulses are eliminated so that at the output of the Comparator 12 an approximately rectangular pulses having pulse sequence according to Figure 5, which enables evaluation by means of a microprocessor
  • the threshold value of the comparator 12 can be over a e.g. drive motor adjustment consisting of a trimmer 13 on the used or existing Drive motor 1 can be adjusted.
  • the rectangular pulse sequence obtained in this way (FIG. 5) is then fed to an optocoupler 14 for potential isolation and display of the motor measurement pulses, and then to an evaluation circuit 15 provided with a .RISC processor.
  • the reversal point t o is determined in the middle of the pulse gaps m, at which the drive motor 1 comes to a brief standstill, the actual swing time is determined between two successive reversal points, compared with the desired swing time, and if one falls below or falls below one determined threshold value, the drive pulse duration of the drive motor 1 via the control 16 of the power stage 4 and the isolating stage 8, corrected accordingly.
  • the display unit 17 serves to measure the measured pulse gap durations m to be displayed visually in order to show different Motors despite the same evaluation electronics at the Adjust the initial commissioning of the system optimally can.

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Abstract

Zur Steuerung des Schwungwinkels (α) einer mittels eines Mehrphasenelektromotors (1) impulsförmig angetriebenen schwingenden Kirchenglocke (2) wird der Antriebsmotor (1) während seiner antriebslosen Phasen, während denen er vom Netz elektrisch abgekoppelt ist, als Messgenerator eingesetzt, während denen an eine der Motorwicklungen eine Gleichstromspeisespannung angelegt, und bei durch die Schwungmasse der Kirchenglocke (2) sich weiter mitdrehendem Antriebsmotor (1) an mindestens einer weiteren Motorwicklung eine Messspannung abgefühlt wird. Die Letztere wird im Umkehrpunkt der Drehrichtung des Antriebsmotors (1), d.h. im Umkehrpunkt der Schwungrichtung der Kirchenglocke (2), Null. Darauf wird die Ist-Schwungzeit der Kirchenglocke (2) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrpunkten, d.h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullpunkten (to) der Messspannung, ermittelt, und mit einer Sollschwungzeit verglichen, und bei Über- bzw. Unterschreitung eines bestimmten Schwellenwertes die Impulsantriebsdauer des Antriebsmotors (1) im entsprechenden Sinn korrigiert. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Schwungwinkels einer mittels eines Mehrphasen-Motors, vorzugsweise Asynchronmotors, impulsförmig angetriebenen schwingenden Kirchenglocke.
Zur Steuerung des Schwungwinkels von Kirchenglocken wird bei herkömmlichen Kirchenglockensteuerungen eine zusätzliche Hilfseinrichtung verwendet, die dauernd die Grösse des Schwungwinkels misst. Dabei werden verschiedene Verfahren zur Messung des aktuellen Ist-Schwungwinkels angewendet. Die Steuerung berechnet damit fortlaufend die erforderliche Einschaltdauer des Glockenantriebsmotors um den Soll-Schwungwinkel einzuhalten. Allen diesen bekannten Verfahren gemeinsam ist, dass neben dem Antriebsmotor zusätzliche Abtastvorrichtungen vorhanden bzw. montiert sein müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens welches diesen vorangehend angeführten Nachteil der bisher bekannten Verfahren nicht aufweist, d.h. bei welchem neben dem Antriebsmotor keine zusätzlichen Schwungwinkelabtastvorrichtungen montiert werden müssen. Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäss Anspruch 1 erfindungsgemäss gelöst.
Zweckmässige Weiterausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigt:
  • Fig. 1 ein Blockschema einer beispielsweisen Ausführungsform einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
  • Fig. 2 den Spannungsverlauf an der Stelle A in Figur 1;
  • Fig. 3 den Spannungsverlauf an der Stelle B in Figur 1;
  • Fig. 4 den Spannungsverlauf an der Stelle C in Figur 1 in Impulsform;
  • Fig. 5 den Spannungsverlauf an der Stelle D in Figur 1.
    • Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist ein 3-Phasen-Asynchronantriebsmotor 1 zum schwingenden Antrieb einer Kirchenglocke 2 über eine Motor-Trennstufe 3 mit einer 3x 400V Leistungssteuerung 4 verbunden. Die Letztere dient zur impulsförmigen Ansteuerung des Antriebsmotors 1 zur Erzielung einer schwingenden Auslenkung der an einem Glockenjoch 5 befestigten Kirchenglocke 2.
    Die Motor Trennstufe 3 dient zum Schutz des Antriebsmotors 1, in dem nach einer bestimmten Anzahl von Fehlversuchen, bei denen der gewünschte bzw. erforderliche Schwungwinkel α nicht erreicht wurde, der Antriebsmotor 1 von der Leistungssteuerung 4 abgekoppelt wird.
    Bei Inbetriebsetzung des Glockengeläuts wird die Kirchenglocke 2 auf bekannte Weise durch jeweils kurzeitiges impulsförmiges Einschalten des Antriebsmotors 1 in der entsprechenden Drehrichtung bis auf den zu einem Anschlag des Klöppels 6 an der Glocke 2 erforderlichen Anschlag-Schwungwinkel α hochgeschaukelt, und zum weiteren Läuten der Glocke 2 über diesen Schwungwinkel α schwingend gehalten. Die bei einem korrekten Läutevorgang benötigte Sollzeit zwischen den beiden Umkehrpunkten der Schwungrichtung der Glocke ist physikalisch bedingt und daher für jede Glockengeläutauslegung vorbekannt.
    Zur Steuerung der kurzzeitigen, impulsförmigen Einsatzzeiten des Antriebsmotors 1 wird nun neu gemäss der vorliegenden Erfindung während den antriebslosen Zeitphasen des Antriebsmotors 1, während denen der Letztere vom Netz abgekoppelt ist, dieser als Generator benutzt, mit Hilfe der dabei erzeugten Messspannung jeweils die zwischen zwei aufeinander folgenden Umkehrpunkten der Schwungrichtung benötigte Ist-Zeit berechnet, mit der Soll-Zeit verglichen, und erforderlichenfalls die jeweils kurzzeitige Einschaltzeit des Antriebsmotors in der Leistungssteuerung 4 entsprechend korrigiert.
    Dazu wird während den antriebslosen Phasen des Antriebsmotors 1, während denen dieser über die Leistungssteuerung 4 vom Netz abgekoppelt ist, über ein DC-DC-Wandler 7 zur Erzielung einer 3000V-Potentialtrennung aus einer 24V-Versorgung ein auf ca. 10mA begrenzter 12V-Gleichstrom über die Trennstufe 8 der einen Wicklung des 3-Phasen-Asynchronmotors 1 zugeführt, wodurch bei sich mitdrehendem, in antriebslosem Zustand sich befindendem Antriebsmotor 1 über die beiden anderen Motorwicklungen zwei gegenüber Masse phasenverschobene Wechselmessspannungen erzeugt werden. Diese beiden letzteren werden (immer noch bei vom Netz abgekoppeltem Betriebszustand des Antriebsmotors 1) zur Grobunterdrückung von Störungen über ein z.B. aus Drosselspulen bestehendes Filter 9 und die Trennstufe 8 zur Vermeidung von für die nachfolgende Elektronik schädlichen HF-und Überspannungsstörspitzen einem weiteren, z.B. aus RC-Gliedern bestehenden zweiten Filter 10 und danach zur Differenzbildung und Verstärkung der beiden Messspannungen (siehe Figur 3) einem Differenzverstärker 11 zugeführt. In diesem Differenzverstärker wird die Phasenlage der beiden Messspannungen zueinander ausgewertet, und gleichgerichtete Sinusspannungsimpulse (siehe Figur 4) abgegeben.
    Diese Impulsfolge (siehe Figur 4) wird danach (immer noch bei vom Netz abgekoppeltem Antriebsmotor 1) einem z.B. aus einem Standard-Komperator bestehenden Vergleicher 12 zugeführt, in welchem auf Grund eines oberen sowie eines unteren Schwellenwertes einerseits die Maximalspannung der Impulse vereinheitlicht, und andererseits zum Erhalt klar ausgeprägter Impulslücken m im Umkehrpunkt des vom Netz abgekoppelten, mitdrehenden Antriebsmotors 1, unterhalb einem unteren Schwellenwert sich befindende Impulse eliminiert werden, so dass am Ausgang des Vergleichers 12 eine annähernd rechteckförmige Impulse aufweisende Impulsfolge gemäss Figur 5 entsteht, welche eine Auswertung mittels eines Mikroprozessors ermöglicht.
    Der Schwellenwert des Vergleichers 12 kann über einen z.B. aus einem Trimmer bestehenden Antriebsmotorabgleich 13 an den jeweils verwendeten bzw. vorhandenen Antriebsmotor 1 angepasst werden.
    Die derart erhaltene Rechteckimpulsfolge (Fig. 5) wird danach zur Potentialtrennung und Anzeige der Motormessimpulse einem Optokoppler 14, und darauf einer mit einem .RISC-Prozessor versehenen Auswertschaltung 15 zugeführt. In der Letzteren wird in den Mitten der Impulslücken m der Umkehrpunkt to bestimmt, in welchem der Antriebsmotor 1 kurz stillsteht, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrpunkten die Ist-Schwungzeit bestimmt, diese mit der Soll-Schwungzeit verglichen, und bei Über- bzw. Unterschreitung eines bestimmten Schwellwertes die Antriebsimpulsdauer des Antriebsmotors 1 über die Steuerung 16 der Leistungsstufe 4 und der Trennstufe 8, in entsprechendem Sinn korrigiert.
    Wird der Antriebsmotor 1 wieder mit dem Netz verbunden, dann wird vorgängig die Trennstufe 8 im trennenden Sinn aktiviert.
    Die Anzeigeeinheit 17 dient dazu, die gemessenen Impulslückendauern m optisch darzustellen, um damit verschiedene Motoren trotz gleicher Auswertelektronik bei der Erstinbetriebnahme der Anlage optimal abgleichen zu können.

    Claims (7)

    1. Verfahren zur Steuerung des Schwungwinkels einer mittels eines Mehrphasen-Motors, vorzugsweise eines Asynchronmotors, impulsförmig angetriebenen schwingenden Kirchenglocke, dadurch gekennzeichnet, dass man während der Impulspause des Antriebsmotors (1) an mindestens eine der Motorwicklungen eine Gleichstromspeisespannung anlegt, und bei durch die Schwungmasse der Kirchenglocke (2) sich mitdrehendem Antriebsmotor (1) an mindestens einer weiteren Motorwicklung eine Messspannung abfühlt, wobei die Letztere im Umkehrpunkt der Drehrichtung des Antriebsmotors (1), d.h. im Umkehrpunkt der Schwungrichtung der Kirchenglocke (2), Null wird, dass man darauf die Ist-Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Umkehrpunkten, d.h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullpunkten (to) der Messspannung, ermittelt, und mit einer Sollzeit vergleicht, und bei Über- bzw. Unterschreitung eines bestimmten Schwellenwertes die Impulsantriebsdauer des Antriebsmotors (1) im entsprechenden Sinn korrigiert.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem 3-Phasen-Asynchronantriebsmotor (1) bei zwei Wicklungen während der Impulspause des Antriebsmotors 1) je eine gegenüber Masse phasenverschobene Messspannung abfühlt, diese beiden Letzteren einem Differenzverstärker (11) zuführt, und die beiden Messspannungen zueinander auswertet, die Rechteckausgangssignalimpulsfolge des Differenzverstärkers (11) einem Vergleicher (12) zuführt und dort mit einem Schwellwert vergleicht, derart, dass unterhalb einem bestimmten Schwellenwert sich befindende Signalimpulse kein Ausgangssignal bewirken, und die übrigen Signalimpulse mindestens annähernd rechteckförmige Ausgangssignalimpulse gleicher Amplitude bewirken, und dann diese Ausgangssignale des Vergleichers 12 zur Bestimmung des Umkehrpunktes der Schwungrichtung der Kirchenglocke (2) auf Impulslücken (m) überprüft, in deren Mitte der Umkehrpunkt (t°) vorliegt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen auf 1 bis 50 mA, vorzugsweise mindestens annähernd 10mA, begrenzten Gleichstrom der einen Wicklung des Antriebsmotors (1) zugeführt.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen aus einer 24V-Versorgung über einen DC/DC-Wandler erzeugten 12V-Gleichstrom verwendet.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messspannung zur Ausfiltrierung von HF-und Überspannungsspitzen vor dem Differenzverstärker (11) über ein Filter (10) leitet.
    6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleicher (12) ein digitaler Signalprozessor verwendet wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Trennung der Mess- und Auswert- und Steuerelektronik (10 - 16) vom Netz als Trennstufe (8) Photo-MOS-Relais oder anderweitige Halbleiterrelais verwendet.
    EP99810955A 1999-10-20 1999-10-20 Verfahren zur Steuerung des Schwungwinkels einer Kirchenglocke Expired - Lifetime EP1094443B1 (de)

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