EP1094443B1

EP1094443B1 - Verfahren zur Steuerung des Schwungwinkels einer Kirchenglocke

Info

Publication number: EP1094443B1
Application number: EP99810955A
Authority: EP
Inventors: Markus Dorrer
Original assignee: Joh Muff AG
Current assignee: Joh Muff AG
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: EP1094443A1; ATE315268T1; DE59913019D1

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 wie sie zum Beispiel aus den veröffentlichungen EP 0 486 453 und EP 0 120 436 bekannt sind, 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 (siehe Figur 2). 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 Rechteckimpulsfolge gemäss Figur 5 entsteht.
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 t_o 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

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 Umkehrpunkte", d.h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullpunkten (t_o) 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.
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 Rechteckausgangssignalimpulse 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^o) vorliegt.
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.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen aus einer 24V-Versorgung über einen DC/DC-Wandler erzeugten 12V-Gleichstrom verwendet.
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.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleicher (12) ein digitaler Signalprozessor verwendet wird.
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.