1.19. Napęd dzwonów

Dzwony poruszają się ruchem wahadłowym. Częstotliwość bicia dzwonów, mierzona liczbą uderzeń na minutę, zależy od masy dzwonu, konstrukcji jarzma oraz kąta wychylenia. Opracowane warunki techniczne pracy dzwonu podaje niemiecka norma DIN 4178. Norma określa wymagane parametry ruchu wahadłowego dzwonu zależnie od jego masy, sposobu wykonania i emitowanego tonu. Wartości parametrów pracy napędów według tej normy podano w odpowiedniej tabeli. Przykładowo według tej normy dzwon o wadze 500 kg powinien wychylać się do kąta 67 stopni i uderzać 60 razy na minutę.

W przeszłości napęd dzwonów stanowiła siła mięśni ludzkich. Układ pociągowy wykonywany był indywidualnie dla każdego dzwonu przez miejscowych rzemieślników, według własnych pomysłów konstrukcyjnych. Dawniej stosowano też napęd nożny dzwonu, w którym dwie grupy osób naciskiem nóg na ramię dźwigni powodowały ruch wahadłowy. Taki napęd nożny zastosowano dla dzwonu Tuba Dei w katedrze św. Jana w Toruniu. Napęd nożny stosowano sporadycznie w okresie późnego średniowiecza i tylko do poruszania dużych dzwonów.

Rozwój napędu elektrycznego w końcu XIX wieku przyczynił się do zastosowania silnika elektrycznego do poruszania dzwonów. Od początku XX wieku powstało wiele mechanizmów przekształcających ruch obrotowy silnika elektrycznego na ruch wahadłowy. Współcześnie stosowane są napędy z rotacyjnym silnikiem elektrycznym, z elektrycznym silnikiem liniowym oraz sporadycznie oparte na systemie ciągnącego solenoidu.

*Napęd nożny dzwonu Tuba Dei z Bazyliki katedralnej Świętych Jana Chrzciciela i Jana Ewangelisty w Toruniu*

W tradycji wykonywania napędu dzwonu z silnikiem elektrycznym powstało wiele układów konstrukcyjnych, które ruch obrotowy przekształcały na ruch wahadłowy. W najprostszych rozwiązaniach ruch wahadłowy powstaje przez zmianę kierunku wirowania silnika elektrycznego. Sterowanie ruchem wahadłowym odbywa się przez wyłączniki krańcowe zainstalowane na konstrukcji zawieszenia dzwonu. Zwykle też na ułożyskowanym jarzmie dzwonu mocuje się duże koło łańcuchowe, a pod konstrukcją koła łańcuchowego umieszcza silnik elektryczny z zabudowanym na wale małym kołem łańcuchowym. Oba koła opasuje napędowy łańcuch drabinkowy Galla. Stosunek różnicy średnic kół łańcuchowych stanowi przekładnia napędu. Odpowiednio ustawione wyłączniki krańcowe, po zasterowaniu, zmieniają kierunek wirowania silnika napędowego i ruch wahadłowy dzwonu. Opisany układ jest najmniej skomplikowanym sposobem elektrycznego poruszania dzwonu.

W innym rozwiązaniu moment napędowy silnika po zredukowaniu obrotów w przekładni jest przenoszony układem korbowym na jarzmo dzwonu. Napęd ten posiada dużo wad, ponadto przy zaniku zasilania dzwon od razu zostaje unieruchomiony.

Układy napędowe były udoskonalane, więc obecnie funkcjonuje wiele ciekawych rozwiązań. Skonstruowano też napęd dzwonu oparty na systemie pociągania siłą wytwarzaną przez siłownik elektromagnetyczny. Wytwarzana siła pociągowa porusza cięgno oddziaływające na dźwignię sprzężoną z jarzmem dzwonu. Dzwon wraca do równowagi dzięki sile grawitacji.

Współcześnie w napędach dzwonów znalazł zastosowanie elektryczny silnik liniowy w wersji płasko induktorowej. Ten rodzaj napędu ma dużo zalet, więc wypiera napęd tradycyjny z silnikiem obrotowym. Pierwsze napędy dzwonów z elektrycznym silnikiem liniowym powstały już w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku w firmie Antoniego Rducha na Górnym Śląsku.

Silnik liniowy powstaje przez przeobrażenie obrotowego silniku indukcyjnego w płaskie rozwinięcie wzdłuż tworzącej. W silnika o strukturze liniowej część pierwotna zasilana z sieci elektrycznej nazywa się induktorem, a część wtórna bieżnią. Induktor to ferromagnetyczny rdzeń stalowy z umieszczonym w żłobkach uzwojeniem wytwarzającym przemieszczający się strumień magnetyczny. Bieżnię wykonuje się z blachy stalowej przewodzącej strumień magnetyczny, na którą nakłada się drugą bieżnię z blachy aluminiowej przewodzącej indukowany prąd elektryczny. Blacha stalowa zmniejsza reluktancję obwodu magnetycznego i wzmacnia mechanicznie bieżnik, wprowadza jednak działanie sił przyciągania między induktorem a bieżnikiem.

W przypadku napędu dzwonów induktor zamocowany jest trwale do konstrukcji dzwonnicy, a ruchoma bieżnia zostaje przytwierdzona do jarzma dzwonu. Długość bieżni odpowiada drodze wychylenia dzwonu. Przy pełnym wychyleniu bieżnia powinna znajdować się nadal w polu elektromagnetycznym nieruchomego induktora. Pomiędzy bieżnią a induktorem znajduje się szczelina magnetyczna silnika o grubości około 3 milimetrów. W wyniku oddziaływania prądów indukowanych w bieżni na pole magnetyczne induktora powstaje siła pociągowa w części ruchomej silnika. Zmiana kierunku wytwarzanej w bieżniku siły poruszającej dzwon jest wynikiem zmiany kolejności faz zasilania induktora. Zasilanie induktora silnika liniowego odbywa się przez sterownik, który regulując czas pracy, ustala kąt wychylenia i liczbę uderzeń w jednej minucie. Możliwości współcześnie produkowanych sterowników są bardzo duże. Posiadają one między innymi automatyczny układ wyhamowania dzwonu przy zbliżaniu się do końca wychylenia. Prędkość wychylania dzwonu reguluje się siłą ciągu silnika liniowego.

Zaletą napędu dzwonu silnikiem liniowym jest brak elementów obrotowych w formie kół, łańcuchów, przekładni. Napęd nie posiada trwałego połączenia między układem napędowym a jarzmem dzwonu, co w przypadkach braku zasilania umożliwia dzwonienie ręczne, czego nie mają wcześniejsze rozwiązania. Elementem sprzęgającym część ruchomą silnika z częścią stałą – induktorem – jest pole magnetyczne w szczelinie. Prędkość silnika liniowego w dużym stopniu zależy od siły obciążenia i różni się od prędkości synchronicznej o wartość poślizgu. Napęd liniowy może być stosowany na jarzmach prostych i łamanych.

Produkcję pierwszych krajowych silników liniowych SL-5-100 oraz SL-5-270 o sile ciągu 100 N i 270 N rozpoczął w 1973 roku zakład „Indukta” w Bielsku Białej. Współcześnie produkcję silników liniowych do napędów dzwonów wykonuje firma Rduch w Połomi koło Jastrzębia Zdroju (powiat wodzisławski). Firma produkuje 15 typów induktorów dla silników liniowych w zakresie siły pociągowej od 30 N do 900 N. Prędkość liniowa produkowanych silników liniowych wynosi 7,5; 5; 3,3; 2,5 m/s. Mogą napędzać zarówno małe sygnaturki, jak i największe dzwony, np. krajowy dzwon Bł. Władysław o wadze 10 ton na warszawskim Ursynowie.

*Elektryczny silnik liniowy z induktorem i bieżnikiem – Napęd dzwonu elektrycznym silnikiem liniowym*

Układ napędowy dzwonu zasilany jest przez sterownik mikroprocesorowy, który zapewnia płynny rozruch i łagodne hamowanie silnika liniowego. Zaprogramowany zegar pozwala realizować pracę dzwonu w powtarzalnych cyklach z uwzględnieniem kalendarza liturgicznego. Program na specjalne okazje daje możliwość wyboru tempa dzwonienia, np. powolne dzwonienie pogrzebowe.