Es ist beispielsweise aus der DE 28 54 965 AI bekannt, dass bei einem Hubmagneten eine Hublageerkennung derart vorgenommen wird, dass mit einer zusätzlichen Messwick- lung und dem beweglichen Anker des Hubmagneten ein magne- tischer Kreis gebildet wird. Die Messwicklung wird mit einer Wechselspannung gespeist und der von der Stellung des Ankers abhängige induktive Widerstand der Messwick- lung wird dann zur Hublageerkennung ausgewertet.

Insbesondere bei elektrisch betätigten Schaltventilen in der Pneumatik oder der Hydraulik erreicht der mit einem Ventilelement bzw. einem Ventilschieber mechanisch ver- bundene Kern des Elektromagneten relativ zur Magnetspule definierte Positionen, bei denen das Ventil entweder of- fen oder geschlossen ist. Die Erfassung dieser Schalt- stellung der Ventilen ist beispielsweise bei der Überwa- chung von Maschinenbewegungen, die von hydraulischen oder pneumatischen Aktoren verursacht werden, wichtig. Bei ei- nem Einbau der Ventile in Anlagen oder Maschinen ist es dabei oft notwendig, eine elektrische Anzeige der jewei- ligen Ventilstellung in einer relativ weit entfernt von Ventilen angeordneten Steuervorrichtung vorzunehmen.

Mit dieser bekannten Anordnung kann somit im Prinzip eine Überwachung der Ventilfunktion im Zusammenhang mit der Steuerung der Maschine zu Diagnosezwecken oder zur Ab- laufsteuerung verschiedener Bewegungen und anderen infor- mationstechnischen Aufgaben durchgeführt werden. Hierbei ist jedoch auch zu beachten, dass zum Beispiel eine druckdichte mechanische Kopplung eines Hubmesssystems zum Magnetkern bzw. zum angekoppelten Ventilelement hin ohne großen technischen Aufwand möglich sein sollte. Bei die- ser indirekten Messung der Position des Ankers durch die positionsabhängige Induktivität der Magnetspule kann je- doch auch eine ungenaue Detektion erfolgen, wenn zum Bei- spiel der Magnetkern durch Verschmutzungen im Ventil oder durch Änderung in den Strömungsverhältnissen in einer Stellung vor den eigentlichen Positionen (offen, ge- schlossen) verharrt.

Vorteile der Erfindung Die Sensoranordnung zur Erfassung der Lage eines elektro- magnetisch bewegten Ankers nach der eingangs angegebenen Art, mit mindestens einer Arbeitsspule und mindestens ei- ner mit einer Wechselspannung beaufschlagten Messspule ist gemäß der Erfindung weitergebildet.. In vorteilhafter Weise sind hierbei sowohl die Arbeitsspule als auch die Messspule mit der Wechselspannung beaufschlagbar, wobei die zur Ermittlung der Schaltstellung auszuwertenden e- lektrischen Größen bei einer Wechselspannung mit konstan- ter Frequenz durch eine Messung der Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung in der jeweiligen Spule und bei einer Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz durch eine Erfassung der Änderung der Resonanz- frequenz des Schwingkreises mit der jeweiligen Spule er- fasst werden.

Bevorzugt wird gemäß der Erfindung die Erfassung der Lage des Ankers im Zustand keines Arbeitsstromflusses in der Arbeitsspule mittels der Arbeitsspule durch eine Messung der Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Span- nung durchführbar. Die Erfassung der Lage des Ankers im Zustand eines Arbeitsstromflusses in der Arbeitsspule wird mit der Messspule durch eine Erfassung der Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit der Messspule auf einfache Weise möglich.

Auf einfache Weise wendet die Erfindung damit Messprinzi- pien an, die beispielsweise zur relativ genauen und si- cheren Anzeige der Schaltstellungen eines Ventils eine statische Messung der Induktivität gestatten. Die Induk- tivität der Magnetspulen ist in an sich bekannter Weise abhängig von der Tiefe, mit der ein Magnetkern bzw. ein Anker in die Spule eintaucht. Um die Induktivität der Spulen dann statisch zu erfassen, werden sie von einem Wechselstrom durchflossen und es können somit die im Hauptanspruch angegebenen Messungen der Phasen-und/oder der Frequenzverschiebung durchgeführt werden.

Da eine Überlagerung eines Wechselstromes oder Aufbau ei- nes Schwingkreises bei eingeschalteter Arbeitsspule, d. h. bei einem Stromfluss mit Gleichstrom, technisch sehr auf- wendig ist und die Messung aufgrund des relativ niedrigen Innenwiderstandes der Arbeitsspule und durch die großen Störeinflüsse schwierig ist wird in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung bei stromdurchflossener Arbeitsspu- le vorteilhaft die von der Arbeitsspule des Ventils unab- hängige Messspule eingesetzt. Der Magnetfluss liegt bei dieser Messspule im eingeschalteten Zustand nahe an oder im Bereich der Sättigung des Magnetkreises wodurch hier die Ausführung der Messspule ausschlaggebend für die Messgenauigkeit ist.

Bei der üblichen Ausführung der Magnete in Topfform ist die radiale Anordnung der Messspule am Ende der Arbeit- spule eine gute Lösung mit der beide zuvor beschriebenen Messprinzipen anwendbar sind. Die Arbeitsfrequenz der Messspule kann hier in typischer Weise im Bereich von ei- nige KHz liegen. Die Messung der Phasenverschiebung benö- tigt dann eine schnelle Messeinrichtung ; die Messung der Frequenzänderung hat dagegen bei langsamer arbeitenden Messeinrichtungen Vorteile.

Im ausgeschalteten Zustand des Ventils geht der Gleich- strom durch die Arbeitsspule in hinreichend kurzer Zeit für die Messung auf Null zurück. In diesem Zustand steht sowohl die unabhängige Messspule als auch die Arbeitsspu- le für die Messung zur Verfügung. Der Magnetfluss befin- det sich weit vom Sättigungsbereich entfernt. In diesem Fall ist eine mittige radiale Anordnung, der Messspule gut geeignet. Vorteilhaft wird die radial angeordnete Ar- beitsspule zur Messung der Induktivität herangezogen, die im Ruhezustand des Ventils nicht vom Arbeitsstrom durch- flossen ist. Die Arbeitsspule hat hierbei eine typische Arbeitsfrequenz im Bereich von 10 bis 30 Hz. Eine Anwen- dung der Frequenzmessung würde hier zu einem Schwingkreis mit Kondensatoren in großer Bauform und schlechtem Tempe- raturverhalten führen, so dass in diesem Fall die Phasen- messung zu besseren Ergebnissen führt.

Eine Auswertung der mit der erfindungsgemäßen Sensoran- ordnung erfassten elektrischen Größen kann in vorteilhaf- ter Weise mit einer Schalteinrichtung vereinfacht werden, mit der der Arbeitsstromfluss in der Arbeitsspule und die jeweilige Zuschaltung der Messanordnung für die Phasen- verschiebung und die Frequenzänderung an die betreffenden Spulen bewirkbar ist.

Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Temperaturfühler am Ventil angebracht ist, mit dem ein Schwellwert für die Anzeige der Position des Ankers in einer Auswertelogik korrigierbar ist.

Bevorzugt wird die Auswertung mit einem Rechnerbaustein durchgeführt, mit dem eine Wechselspannung konstanter Frequenz erzeugbar und eine Messung der Phasenverschie- bung zwischen dem Strom und der Spannung an der Arbeits- spule sowie eine Erfassung der Änderung der Resonanzfre- quenz des Schwingkreises bestehend aus einem Oszillator und der jeweiligen Spule erfolgt. Mit dem Rechnerbaustein ist auch die zuvor genannte Schalteinrichtung steuerbar.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun- gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre- ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs- form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh- rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranord- nung für eine Schaltanzeige an einem elektrisch betätig- ten Ventil werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zei- gen : Figuren 1 bis 4 verschiedene Anordnungen von Ar- beits-und Messspulen im Magnetkreis des Ventils, Figur 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Sensoran- ordnung mit einer Auswerteschaltung, Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Sensor- anordnung mit einer Auswerteschaltung und Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Sensor- anordnung mit einer Auswerteschaltung und einem Rechnerbaustein.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Ventil 1 für ein Hydrauliksystem, bei- spielsweise in einer an sich bekannten Arbeitsmaschine, gezeigt, bei dem ein Ventilschieber mit einem Anker 2 ei- nes Elektromagneten betätigbar, bzw. in unterschiedliche Ventilstellungen gemäß Pfeil 3 in einem einseitig ge- schlossenen Joch bewegbar ist. Der Elektromagnet weist ferner eine Arbeitsspule 4 und eine axial dahinter ange- ordnete Messspule 5 auf. Nach Figur 2 ist in Abwandlung zur Figur 1 die Messspule 5 axial vor der Arbeitsspule 4 angebracht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die Messspule 5 axial mittig zwischen den zwei Arbeits- spulenteilen 4a und 4b angeordnet und aus Figur 4 ist ei- ne Anordnung mit einer radial innen liegenden Messspule 6 und einer radial außen liegenden Arbeitsspule 7 erkenn- bar.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel einer Auswerteschal- tung nach Figur 5 entspricht die Anordnung der Arbeits- spule 4 und der Messspule 5 der Darstellung nach der Fi- gur 1. Die Anschlüsse 10 und 11 der Arbeitsspule 4 sind hier mit einer Schaltung zur Messung der Phasenverschie- bung zwischen dem Strom und der Spannung in der Arbeits- spule 4 und die Anschlüsse 12 und 13 der Messspule 5 sind mit einer Schaltung zur Auswertung der Verschiebung der Resonanzfrequenz in dieser Spule 5 verbunden.

Im in der Figur 5 gezeichneten Ruhezustand ist das Ventil 1 ausgeschaltet, d. h. der Anker 2 befindet sich in seiner Ruhelage und durch die Arbeitsspule 4 fließt kein Gleich- strom. Mit einem Kontakt 14 einer Schaltvorrichtung 15 kann bewirkt werden, dass auf die Arbeitsspule 4 das Aus- gangssignal eines Taktgebers 16 aufgeschaltet wird, so dass die Arbeitsspule 4 mit einer Wechselspannung kon- stanter Frequenz beaufschlagt wird. Über einen Widerstand R1 ist ein Phasenmessgerät 17 angeschlossen, mit dem die Spannung und über den eingeschleiften Widerstand R1 der Messstrom der Arbeitspule 4 und damit die Phasenverschie- bung zwischen diesen Größen bestimmt werden kann. Da die Phasenverschiebung bzw. die Induktivität dieses Strom- kreises abhängig von der Tiefe ist, mit der der Anker 2 in die Arbeitsspule 4 eintaucht, kann mit dieser Methode die Schaltstellung des Ventils 1 in diesem Arbeitszustand eindeutig bestimmt werden.

Die Messspule 5 nach der Figur 5 ist über die Anschlüsse 12 und 13 an einen Oszillator 18 als Teil eines Schwing- kreises angeschlossen, dessen Schwingfrequenz mit einer Frequenzmesseinrichtung 19 erfasst werden kann. Im hier gezeigten Ruhezustand des Ventils 1 ist mit einem Kontakt 20 der Schaltvorrichtung 15 der Oszillator 18 jedoch ab- geschaltet, so dass eine Auswertelogik 21 in diesem Ruhe- zustand lediglich das vom Phasenmessgerät 17 kommende Signal, zum Beispiel durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten, auswertet und an einem Ausgang 22 das Sig- nal"offen"für den Zustand des Ventils 1 ausgibt. Bei geringen Hüben des Ankers 2 kann es von Vorteil sein, wenn die Temperatur der magnetischen Anordnung im Ventil 1 gemessen wird, um durch eine Kompensation der Schwell- werte mit einem Temperaturfühler 23 den Zustand des Ven- tils 1 genauer anzuzeigen.

Im in der Figur 5 nicht explizit gezeigten Arbeitszustand wird dann das Ventil 1 eingeschaltet, so dass sich der Anker 2 nach oben bewegt. Ein Steuersignal am Eingang 2, z. B. das Ausgangssignal einer Maschinensteuerung, bewirkt in der Schaltvorrichtung 15 die Betätigung des Kontaktes 14 in der Weise, dass die Arbeitsspule 4 über einen An- schluss 25 mit einem Gleichstrom versorgt wird. Gleich- zeitig schaltet, gesteuert von der Schaltvorrichtung 15, der Kontakt 20 den Oszillator 18 ein und ein Kontakt 26 schaltet die Auswertelogik 21 auf den. Ausgang des Fre- quenzmessgerätes 19. Am Ausgang 22 der Auswertelogik 21 erscheint somit das Signal"geschlossen"für den Zustand des Ventils 1, da eine entsprechende Frequenzänderung im Schwingkreis mit der Messspule 5 durch die Bewegung des Ankers 2 detektiert worden ist.

Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist in Ab- wandlung zur Darstellung nach der Figur 5 die Arbeitsspu- le 4 durch den Versorgungsstrom an Eingang 25 direkt an- gesteuert und die Auswertelogik 21 erhält die Information über Schaltzustand des Ventils 1 an einem Anschluss 26 direkt vom Eingang 25. Die Messeinrichtungen der Arbeits- spule 5 und Messspule 4 sind hierbei dauerhaft einge- schaltet, wobei deren Eingänge 10,11 bzw. 12,13 durch geeignete herkömmliche Maßnahmen gegen Beschädigung durch Störsignale dauerhaft geschützt sind. Durch die direkte Ankopplung der Arbeitsspule 4 an die Versorgungsspannung und die Auswertung dieser Spannung steuert sich die Um- schaltung der Messsignale zwischen der Messung der Pha- senverschiebung und der Messung der Frequenzänderung selbst. Das Ventil 1 kann hierbei auf einfache Weise in der gleichen Weise angeschlossen sein wie ein nicht mit einer Schaltstellungsanzeige ausgestattetes Ventil.

Nach einem dritten in Figur 7 angegebenen Ausführungsbei- spiel wird die Auswertung der Signale und die Steuerung der Schaltanzeige"offen"oder"geschlossen"vollständig durch einen Rechnerbaustein 30 durchgeführt. Die oben be- schriebenen Messprinzipien bleiben dabei im wesentlichen erhalten. Die Umschaltung der jeweiligen Messanordnung an der Arbeitsspule 4 und der Messspule 5 erfolgt hier durch elektronische Schalter 31,32 und 33, die von digitalen Ausgängen 34,35 und 36 des Rechnerbausteins 30 angesteu- ert werden.

Das Ventil 1 bzw. die Gleichstromversorgung 25 der Ar- beitspule 4 kann nach der Figur 7 durch den digitalen Signalausgang 34"digital out l"des Mikrorechners 30 ü- ber den Schalter 31 ein-oder ausgeschaltet werden. Am Anschluss"digital out 5"des Rechnerbausteins 30 steht auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Signal für die Schaltanzeige 22"offen"oder"geschlossen"zur Verfü- gung.

Im Folgenden werden die weiteren Ein-und Ausgänge des Rechnerbausteins 30 erläutert. Wenn durch die Stellung des Schalters 31 im ausgeschalteten Zustand des Ventils 1 die Arbeitsspule 4 nicht vom Gleichstrom des Anschlusses 25 durchflossen wird, erfolgt eine Phasenmessung zwischen dem Strom im Widerstand R1 und der Spannung der Arbeits- spule 4 in der oben beschriebenen Weise mit einer ent- sprechenden messtechnischen Auswertung im Rechnerbaustein 30. Der Takt am Ausgang 37"clock"regt die Arbeitsspule 4 an und die Spannung am Eingang 38"analog in l"wird zur Messung herangezogen.

Die Messspule 4 wird im ausgeschalteten Zustand des Ven- tils, wie zuvor beschrieben, nicht benötigt. In Abwei- chung zu der Messanordnung nach den Figuren 5 und 6 kann bei der Anordnung nach der Figur 7 die Temperatur der magnetischen Anordnung durch den Innenwiderstand der Messspule 5 einfach ermittelt werden, da dieser über den bekannten Temperaturkoeffizienten mit der Temperatur der Messspule 5 verknüpft ist. Die Wärmekopplung der Messspu- le 5 mit der magnetischen Anordnung ermöglicht eine tem- peraturabhängige Korrektur der Position des. Ankers 2, so dass der in den Figuren 5 und 6 gezeigte Temperaturfühler 23 entfallen kann. Die Messspule 5 ist für die Tempera- turmessung durch die rechnergesteuerten Schalter 32 und 33 mit einer Seite an eine Versorgungsspannung Use"sor und mit der anderen Seite über einen Sensorwiderstand R3 an Masse geschaltet. Mit den Signalen"analog in 4"am An- schluss 39 und"analog in 6"am Anschluss 40 kann der Rechnerbaustein den Innenwiderstand der Messspule 5 aus Spannung und Strom und daraus wiederum die Temperatur be- rechnen.

Der Oszillator 18 für die Frequenzmessung an der Messspu- le 5 entspricht dem Oszillator der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 5 und 6. Er wird durch das Signal am An- schluss 41"digital out 3"des Rechnerbausteins 30 einge- schaltet, wenn das Ventil 1 eingeschaltet ist und damit die Arbeitsspule 4 von Gleichstrom durchflossen wird. Das Signal"analog in 5"am Anschluss 32 am Rechnerbaustein 30 erfasst dann die Frequenz des Oszillators 18. Aus der gemessenen Frequenz berechnet der Rechnerbaustein 30 nach dem oben beschriebenen Messprinzip die Position des An- kers 2.

Die Arbeitsspule 4 wird in diesem zuletzt beschriebenen Zustand vorteilhaft zur Messung des Innenwiderstands und damit der Temperatur der magnetischen Anordnung herange- zogen. Mit den Signalen"analog in 2"am Anschluss 43 und "analog in 3"am Anschluss 41 kann auch hier der Rechner- baustein 30 den Innenwiderstand der Arbeitsspule 4 und, wie zuvor beschrieben, die Temperatur berechnen.