DE102019118393A1

DE102019118393A1 - Positionssensoreinrichtung sowie Ventilantrieb

Info

Publication number: DE102019118393A1
Application number: DE102019118393.6A
Authority: DE
Inventors: Simon Kastner; Sagar Agarwal
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Eine Positionssensoreinrichtung (26) für einen Ventilantrieb (14) zur Positionserfassung eines Ventilstößels (16) hat eine Sensorbaugruppe (38), die einen Signalgeber (30) und eine rotationssymmetrische Spulenbaugruppe (36) umfasst, die mit dem Signalgeber (30) zusammenwirkt. Die Spulenbaugruppe (36) umfasst zumindest zwei unterschiedlich ausgebildete Sendespulen (48, 50), die eine Sinus-Spule und eine Cosinus-Spule sind. Ferner ist ein Ventilantrieb (14) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionssensoreinrichtung für einen Ventilantrieb zur Positionserfassung. Ferner betrifft die Erfindung einen Ventilantrieb mit einer Positionsein richtung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Stellung eines Ventils mithilfe einer Sensorbaugruppe erfasst werden kann. Es kommen üblicherweise zwei verschiedene Arten von Sensorbaugruppen infrage, um die Position des Ventils zu erfassen, insbesondere eines Ventilstößels des Ventilantriebs.
Bei der ersten Art handelt es sich um passive Sensoren, bei denen ein passives Sensorelement, beispielsweise ein Stahlteil, sensorisch erfasst wird, um hierüber auf die Position des Ventilstößels zu schließen. Bei den passiven Sensoren hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass die Signalstärke relativ gering ist, was einen negativen Einfluss auf die Messgenauigkeit hat. Aufgrund der geringen Signalstärke weisen die passiven Sensoren eine hohe Empfindlichkeit gegenüber äußeren Störeinflüssen auf, die das Messergebnis entsprechend verfälschen können.
Die zweite Art der Sensoren wird auch als aktive Sensoren bezeichnet, bei denen ein aktiver Signalgeber vorhanden ist, der beispielsweise als ein Schwingkreis oder ein Permanentmagnet ausgebildet ist. Das vom aktiven Signalgeber ausgehende Signal wird erfasst, wodurch auf die Position des Ventilstößels geschlossen werden kann. Die Signalstärke ist bei den aktiven Sensoren im Vergleich zu den passiven Sensoren deutlich höher, sodass die Messgenauigkeit grundsätzlich besser ist. Allerdings ist der Montageaufwand bei den aktiven Sensoren höher, was wiederum nachteilig ist, da dies höhere Herstellungskosten zur Folge hat.
Zudem hat sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten aktiven Sensoren herausgestellt, dass eine exakte Anordnung und Ausrichtung sehr wichtig ist, um keine falschen Messergebnisse zu erhalten. Es ist jedoch aufwendig, die Anordnung und Ausrichtung entsprechend gewährleisten zu können, was wiederum zu einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung bzw. Montage führt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionssensoreinrichtung sowie einen Ventilantrieb bereitzustellen, mit denen die Position einfach und genau erfasst werden kann, wobei die Herstellung der Positionssensoreinrichtung kostengünstig und einfach sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Positionssensoreinrichtung für einen Ventilantrieb zur Positionserfassung eines Ventilstößels, mit einer Sensorbaugruppe, die einen Signalgeber und eine rotationssymmetrische Spulenbaugruppe umfasst, die mit dem Signalgeber zusammenwirkt. Die Spulengruppe umfasst zumindest zwei unterschiedlich ausgebildete Sendespulen, die eine Sinus-Spule und eine Cosinus-Spule sind.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die Spulenbaugruppe zwei unterschiedlich ausgebildete Sendespulen umfasst, die als Sinus- bzw. Cosinus-Spule ausgebildet sind. Die Sinus- bzw. Cosinus-Spule erzeugen jeweils ein Magnetfeld, das eine Magnetfeldkomponente hat, die entlang der Messrichtung entsprechend einer Periode der Sinus-Funktion bzw. der Cosinus-Funktion variiert. Dies bedeutet, dass eine räumliche Phasenverschiebung im magnetischen Fluss zwischen den beiden Sendespulen vorliegt, die auch als Erregerspulen bezeichnet werden können.
Die Sinus- bzw. Cosinus-Spule weisen jeweils hinsichtlich ihrer Wicklung eine Sinus-förmige bzw. Cosinus-förmige Geometrie auf. Dies bedeutet, dass sich die Wicklungen hinsichtlich ihrer Dichte in Längsrichtung wie eine Sinus- bzw. Cosinus-Funktion verhalten.
Für die Sinus-Spule bedeutet dies, dass sich die Dichte der Windungen zunächst erhöht, bis der Maximalwert erreicht worden ist, also der Wert 1 der Sinus-Funktion. Daran anschließend verringert sich die Dichte der Windungen, bis zu einer Umkehrung der Wicklungsrichtung, was mit dem Wendepunkt bzw. der Nullstelle der Sinus-Funktion entspricht. Ausgehend von der Umkehrung der Wicklungsrichtung nimmt die Dichte der Windungen wieder zu, bis wiederum ein Maximalwert hinsichtlich der Dichte der Windungen erreicht ist. Dies entspricht dem Minimum der Sinus-Funktion, also dem Wert -1 der Sinus-Funktion. Ausgehend von dem Maximalwert der Dichtung nimmt die Dichte der Windungen wieder ab, was dem Verlauf der Sinus-Funktion zur Nullstelle entspricht. Dieses Wicklungsverhalten entspricht einer Periode der Sinus-Funktion.
Die Sinus-Spule kann so gewickelt sein, dass sie mehrere Perioden umfasst, insbesondere ein Vielfaches einer Periode.
Die Cosinus-Spule weist entsprechend eine Cosinus-förmige Geometrie auf. Diese ist um 90° phasenverschoben zu derjenigen der Sinus-Spule, was zuvor beschrieben worden ist.
Für die Cosinus-Spule ergibt sich somit, dass sich die Dichte der Windungen zunächst verringert, bis eine Umkehrung der Wicklungsrichtung stattfindet, was dem Wendepunkt bzw. der Nullstelle der Cosinus-Funktion entspricht. Daran anschließend erhöht sich die Dichte der Windungen, bis ein Maximalwert hinsichtlich der Dichte der Windungen erreicht ist, was dem Wert -1 der Cosinus-Funktion entspricht. Ausgehend vom Maximalwert hinsichtlich der Dichte der Windungen nimmt die Dichte der Windungen wieder ab, bis wiederum eine Umkehrung der Wicklungsrichtung stattfindet. Dies entspricht dem Wendepunkt bzw. der Nullstelle der Cosinus-Funktion. Ausgehend von der Umkehrung der Wicklungsrichtung nimmt die Dichte der Windungen wieder zu, bis ein Maximalwert hinsichtlich der Dichte der Windungen erreicht ist, was dem Verlauf der Cosinus-Funktion zum Wert +1 entspricht. Dieses Wicklungsverhalten entspricht einer Periode der Cosinus-Funktion.
Auch die Cosinus-Spule kann so gewickelt sein, dass sie mehrere Perioden umfasst, insbesondere ein Vielfaches einer Periode.
Die Umkehrungen der jeweiligen Wicklungsrichtung bei der Sinus- bzw. Cosinus-Spule bewirken jeweils einen Stromrichtungswechsel, wodurch sich eine entsprechende Änderung des Magnetfelds ergibt. Grundsätzlich ist jedoch keine Umkehrung in Richtung der jeweiligen Spulenachse vorgesehen, sodass der Abstand der entsprechenden Wicklung zur Spulenachse stets der gleiche ist.
Grundsätzlich ist die Spulenbaugruppe rotationssymmetrisch ausgebildet, was bedeutet, dass zumindest die beiden Sendespulen, also die Sinus-Spule und die Cosinus-Spule, jeweils rotationssymmetrisch zueinander ausgebildet sind, insbesondere zu einer sich in Axialrichtung erstreckenden Längsachse der Positionssensoreinrichtung. Die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe kann den Signalgeber in radialer Richtung umschließen, wobei ein radialer Abstand zwischen dem Signalgeber und der rotationssymmetrischen Spulenbaugruppe vorgesehen ist. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung der Spulenbaugruppe ist eine exakte Positionierung des Signalgebers in radialer Richtung zur rotationssymmetrischen Spulenbaugruppe nicht notwendig, da eine leichte Abweichung in radialer Richtung keinen signifikanten Einfluss auf die Messgenauigkeit hat. Ein leichtes Verkippen des Signalgebers relativ zur rotationssymmetrischen Spulenbaugruppe würde beispielsweise an einer Seite einen kleineren Abstand zur Folge haben, wobei gleichzeitig auf einer entgegengesetzten Seite ein größerer Abstand auftritt. Diese beiden abweichenden Abstände heben sich im Mittel auf, wodurch die Signalstärke im Wesentlichen konstant ist.
Des Weiteren ist aufgrund der rotationssymmetrischen Spulenbaugruppe sichergestellt, dass die Positionssensoreinrichtung unempfindlich gegenüber einem Verdrehen des Signalgebers relativ zur Spulenbaugruppe ist, da die Spulenbaugruppe den Signalgeber radial umschließt.
Insofern weist die gesamte Sensorbaugruppe, die den Signalgeber und die Spulenbaugruppe umfasst, eine rotationssymmetrische Gestalt auf.
Die Spulenbaugruppe kann zumindest einen Teil des Ventilstößels oder einen Trägerzapfen des Signalgebers radial umschließen, der mit dem Ventilstößel gekoppelt ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Position des Signalgebers und somit auch die des Ventilstößels auch in zumindest einer Extremstellung hinreichend genau detektiert werden kann.
Die Sendespulen der Spulenbaugruppe sind aktiv, sodass eine entsprechend hohe Signalstärke zur Verfügung steht, wodurch sich die Messgenauigkeit der Positionssensoreinrichtung erhöht.
Der Aufbau der Positionssensoreinrichtung ist vereinfacht, da keine mechanische Führung des Signalgebers nötig ist. Zudem ist die Positionssensoreinrichtung einfach herzustellen, da der Signalgeber direkt mit dem Ventilstößel gekoppelt sein kann.
Ein Aspekt sieht vor, dass sich die Sendespulen über eine jeweilige Sendestrecke in axialer Richtung erstrecken, wobei die Sendespulen über die zugeordnete Sendestrecke wenigstens eine Umkehrung der jeweiligen Wicklungsrichtung aufweisen. Aufgrund der Umkehrung der jeweiligen Wicklungsrichtung ist es möglich, dass die beiden Sendespulen als Sinus- bzw. Cosinus-Spule ausgebildet sind, da die jeweilige Umkehrung der entsprechenden Wicklungsrichtung den Durchgang durch die Nullstelle bei einer Sinus- bzw. Cosinus-Funktion entspricht, was auch als Wendepunkt bezeichnet wird.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die jeweils erste Umkehrung der entsprechenden Wicklungsrichtung der zumindest zwei Sendespulen nach einem unterschiedlichen Weg in axialer Richtung auftritt. Hierdurch ergibt sich die Verschiebung der Phase der Sinus-Spule zur Phase der Cosinus-Spule, da die Cosinus-Funktion die Nullstelle früher durchschreitet als die Sinus-Funktion. In Bezug auf die Gestalt der Sinus- bzw. Cosinus-Spule bedeutet dies, dass die Umkehrung der Wicklungsrichtung entsprechend früher bei der Cosinus-Spule eintritt.
Mit anderen Worten sind die zumindest zwei Sendespulen hinsichtlich der Wicklungsrichtung um 90° zueinander verschoben, also um $\frac{π}{2} .$
Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die Sendespulen jeweils eine unterschiedliche Windungsdichte auf. Die Windungsdichte der Sendespulen ist dabei den Werten der Sinus- bzw. Cosinus-Funktion zugeordnet. Dies bedeutet, dass die Windungsdichte ihren Maximalwert erreicht, wenn die Sinus- bzw. Cosinus-Funktion den Wert 1 bzw. -1 annehmen würde. Das jeweilige Vorzeichen entspricht dabei der jeweiligen Wicklungsrichtung.
Ferner können die unterschiedlich ausgebildeten Sendespulen unterschiedlich viele Wicklungen aufweisen. Die Sinus- bzw. Cosinus-Spule haben demnach eine ungleiche Anzahl an Windungen. Hierdurch lässt sich ein sogenanntes „Impedanz-Balancing“ sicherstellen, also ein Ausgleich bezüglich Widerstand und Induktivität zwischen den beiden Sendespulen. Die beiden Sendespulen verhalten sich somit im Wesentlichen „elektrisch gleich“. Dies führt dazu, dass die Amplituden der von der Sinus- bzw. Cosinus-Spule erzeugten Signale gleich sind, wodurch sich die Linearität der Sensorbaugruppe verbessert.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Spulenbaugruppe zumindest eine Empfängerspule umfasst. Demnach hat die Spulenbaugruppe drei Spulen, nämlich die beiden Sendespulen sowie die Empfängerspule. Über die Empfängerspule kann ein elektromagnetisches Signal empfangen werden, welches vom Signalgeber ausgegeben worden ist. Insbesondere wird vom Signalgeber eine Spannung in der Empfängerspule induziert.
Beispielsweise sind die beiden Sendespulen und die Empfängerspule zylindrisch geformt, sodass diese jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet sind, wobei die beiden Sendespulen und die Empfängerspule den Signalgeber radial umgeben.
Grundsätzlich kann die Spulenbaugruppe als eine zylindrische Luftspule ausgebildet sein, also als ein induktives Bauteil, das keinen weichmagnetischen Kern aufweist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Spulenbaugruppe einen Kern aus einem nicht magnetisierbaren Material umfasst.
Die Empfängerspule kann umkehrungsfrei ausgebildet sein. Insbesondere hat die Empfängerspule eine konstante Steigung. Die Empfängerspule besteht demnach aus einer in gleicher Richtung ohne Umkehrung gewickelten Spule, deren Windungsdichte sich nicht verändert, da sie eine konstante Steigung hat. Die Anzahl der Windungen pro Längenabschnitt ist demnach konstant.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Empfängerspule und die zumindest zwei Sendespulen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Bei dem Träger kann es sich um einen rotationssymmetrischen Körper handeln, beispielsweise einen rohrförmigen Abschnitt, auf dem sowohl die beiden Sendespulen als auch die Empfängerspule angeordnet sind. Der rotationssymmetrische Träger stellt unter anderem sicher, dass die Spulenbaugruppe rotationssymmetrisch ist, da deren Spulen, also die Empfängerspule und die zumindest zwei Sendespulen, auf dem rotationssymmetrischen Träger angeordnet sind.
Insbesondere sind die Empfängerspule und die zumindest zwei Sendespulen auf dem gemeinsamen Träger über- und/oder ineinander gewickelt, wobei eine gemeinsame Messstrecke ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die gemeinsame Messstrecke die beiden Sendestrecken umfasst, die den beiden Sendespulen zugeordnet sind. Mit anderen Worten überlagern sich die beiden Sendestrecken der Sendespulen entsprechend.
Die Messstrecke umfasst neben den beiden Sendestrecken zudem eine Empfangsstrecke, die der Empfängerspule zugeordnet ist. Die axiale Länge der Messstrecke entspricht der axialen Längen der Sendestrecken sowie der Empfangsstrecke. Mit anderen Worten weisen sowohl die Sendespulen als auch die Empfängerspule eine gleiche axiale Länge auf.
Die Sendespulen sowie die Empfangsspule unterscheiden sich somit lediglich hinsichtlich ihrer Wicklung, da sie eine unterschiedliche Windungsdichte sowie unterschiedliche Umkehrungen bzw. im Falle der Empfängerspule keine Umkehrung aufweisen.
Ein weiterer Aspekt sieht eine Auswerteeinheit vor, die mit der Empfängerspule gekoppelt ist. Die Auswerteeinheit erhält ein in der Empfängerspule erzeugtes Signal, um dieses auszuwerten. Insbesondere ist eine Spannung in der Empfängerspule induziert worden, die von der Auswerteeinheit ausgewertet wird.
Es lässt sich eine direkte Kopplung zwischen den Senderspulen und der Empfängerspule minimieren bzw. eliminieren, was auch als Durchbruchsignal bezeichnet wird, indem eine synchrone Demodulation in der Auswerteeinheit erfolgt.
Zudem kann eine Filterung des induzierten Empfänger-Signals stattfinden, bevor dies von der Auswerteeinheit ausgewertet wird.
Es kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die mit den zumindest zwei Sendespulen gekoppelt ist. Über die Steuereinheit kann ein entsprechendes Signal angeregt werden, welches durch die Sinus- bzw. Cosinus-Spule erzeugt wird. Beispielsweise wird ein Wechselstromsignal an die beiden Sendespulen angelegt, um jeweils ein entsprechendes magnetisches Feld zu erzeugen, wobei sich die beiden von der Sinus- bzw. Cosinus-Spule erzeugten magnetischen Felder überlagern.
Zudem kann eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit vorgesehen sein, die mit der Spulenbaugruppe gekoppelt ist, also mit den beiden Sendespulen sowie der Empfängerspule.
Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann über eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) implementiert sein.
Die Spulenbaugruppe ist beispielsweise als eine Sende- und Empfangseinheit ausgebildet, da die Spulenbaugruppe sowohl die Sendespulen als auch die Empfängerspule umfasst. Über die Sendespulen wird ein Signal erzeugt, welches ausgesandt wird. Dieses Signal wechselwirkt mit dem Signalgeber, mit dem die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe zusammenwirkt. Die Empfängerspule empfängt von dem Signalgeber ein entsprechendes Signal, welches an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Insofern stellt die Spulenbaugruppe eine Sende- und Empfangseinheit dar. Das Durchbruchsignal zwischen den Sendespulen und der Empfängerspule kann aus diesem Grund leicht minimiert bzw. eliminiert werden, da es nur einen Phasenversatz von 90° hat, wohingegen eine Wechselwirkung über den Signalgeber einen Phasenversatz von 2x90° aufweist.
Grundsätzlich sind die Sendespulen ausgebildet, ein moduliertes Signal in der Empfängerspule zu induzieren, also eine Kombination der von der Sinus-Spule und der Cosinus-Spule ausgehenden Signale. Mit anderen Worten werden die von der Sinus-Spule und der Cosinus-Spule ausgehenden Signale zum modulierten Signal kombiniert. Dieses modulierte Signal erzeugt im Signalgeber ein Signal, da eine Spannung im Signalgeber induziert wird. Der Signalgeber ist wiederum mit der Empfängerspule elektromagnetisch gekoppelt, wodurch ein Signal bzw. eine Spannung in der Empfängerspule der Sensorbaugruppe induziert wird. Demnach induzieren die Sendespulen ein moduliertes Signal in der Empfängerspule, wobei dies indirekt über den Signalgeber erfolgt.
Das modulierte Signal ist folglich durch das von der Sinus-Spule ausgehende Signal und das von der Cosinus-Spule ausgehende Signal gebildet.
Aufgrund der in der Empfängerspule induzierten Spannung kann dann auf die Position geschlossen werden. Dies liegt daran, dass je nach relativer Lage des Signalgebers zur Spulenbaugruppe eine unterschiedliche Spannung induziert wird, was wiederum eine unterschiedlich induzierte Spannung in der Empfängerspule zur Folge hat.
Die Position lässt sich genau erfassen, da die beiden Sendespulen als Sinus-Spule und als Cosinus-Spule ausgebildet sind, wodurch sich das modulierte Signal ergibt, das eine entsprechend feine Auflösung in axialer Richtung ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Signalgeber eine Spule umfasst, die eine Spulenachse hat, die (im Wesentlichen) parallel zur Achse des Ventilstößels und/oder zu den Achsen der Sendespulen ist, insbesondere mit der Achse des Ventilstößels und/oder mit den Achsen der Sendespulen (im Wesentlichen) zusammenfällt. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Positionssensoreinrichtung, der gleichzeitig eine sehr hohe Messgenauigkeit zur Folge hat. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung der Spulenbaugruppe ist sichergestellt, dass Abweichungen von der Parallelität bzw. der koaxialen Ausbildung keine signifikanten Einflüsse auf die Messgenauigkeit haben.
Grundsätzlich kann eine von der exakt parallelen Anordnung abweichende Anordnung von ungefähr 20° als eine im Wesentlichen parallele Anordnung angesehen werden. Die im Wesentlichen parallele Anordnung hat, wie bereits erläutert, keine signifikanten Einflüsse auf die Messgenauigkeit, da die Spulenbaugruppe rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Wie bereits erläutert, induzieren die Sendespulen ein moduliertes Signal in der Spule des Signalgebers, wobei die Spule des Signalgebers mit der Empfängerspule der Spulenbaugruppe elektromagnetisch gekoppelt ist, wodurch eine Spannung in der Empfängerspule induziert wird.
Insofern handelt es sich bei der Sensorbaugruppe um eine induktive Sensorbaugruppe, da in dem Signalgeber eine Spannung induziert wird, der wiederum mit der Spulenbaugruppe, insbesondere der Empfängerspule, elektromagnetisch wechselwirkt, um eine Spannung in der Empfängerspule zu induzieren.
Grundsätzlich kann die Spule eine passive Resonatorspule sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Aufbau der Positionssensoreinrichtung einfach ist, da die Spule des Signalgebers passiv ausgebildet ist, sodass kein elektrischer Anschluss benötigt wird. Die positiven Eigenschaften eines passiven Sensors werden demnach mit denen eines aktiven Sensors verknüpft, da die Spulenbaugruppe, insbesondere die Sendespulen, aktiv angesteuert werden, um mit der passiven Resonatorspule zusammenzuwirken, was einen einfachen Aufbau der Positionssensoreinrichtung zur Folge hat.
Der Signalgeber kann einen Kondensator und/oder einen Widerstand umfassen, die bzw. der mit der Spule gekoppelt sind bzw. ist, um einen Resonator auszubilden. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem Signalgeber um ein passives Bauteil, welches von der Spulenbaugruppe angeregt wird, um ein Signal zu induzieren, welches von der Empfängerspule entsprechend empfangen wird.
Außerhalb der Sensorbaugruppe nimmt die Stärke des erzeugten magnetischen Felds mit steigendem Abstand schnell ab. Insofern lassen sich zwei oder mehr Positionssensoreinrichtungen ohne gegenseitige Beeinflussung nebeneinander platzieren, da bereits über das Ventilgehäuse ein ausreichend großer Abstand gegeben ist.
Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Ventilantrieb mit einer Positionssensoreinrichtung der zuvor genannten Art gelöst. Die zuvor beschriebenen Vorteile ergeben sich in analoger Weise für den Ventilantrieb.
Ferner kann ein Ventil mit einem Ventilantrieb der zuvor genannten Art bzw. einer Positionssensoreinrichtung der zuvor genannten Art vorgesehen sein.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Schnittdarstellung eines Ventils mit einem erfindungsgemäßen Ventilantrieb sowie einer erfindungsgemäßen Positionssensoreinrichtung,
- 2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Positionssensoreinrichtung aus 1,
- 3 eine schematische Darstellung der Sensorbaugruppe,
- 4a bis 4d Darstellungen der in der Sensorbaugruppe verwendeten Spulen,
- 5a bis 5c Übersichtsdarstellung der jeweiligen Wicklungsrichtung der Spulen der Spulenbaugruppe,
- 6 eine perspektivische Darstellung der Spulen der Sensorbaugruppe im zusammengebauten Zustand,
- 7 eine schematische Darstellung der Sensorbaugruppe zur Erläuterung des Messprinzips,
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Trägers für die Spulenbaugruppe, und
- 9 eine Perspektivansicht eines Trägerzapfens für den Signalgeber.

In 1 ist ein Ventil 10 gezeigt, das ein Ventilgehäuse 12 aufweist, in dem ein Ventilantrieb 14 teilweise untergebracht ist.
Der Ventilantrieb 14 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Ventilstößel 16, der innerhalb des Ventilgehäuses 12 beweglich angeordnet ist. An einem ersten Ende 18 des Ventilstößels 16 ist ein Ventilelement 20 vorgesehen, welches mit einem Ventilsitz 22 zusammenwirkt, der in einem Rohrabschnitt 24 ausgebildet ist. Über die Stellung des Ventilelements 20 in Bezug auf den Ventilsitz 22 lässt sich die Durchflussmenge eines Fluids durch den Rohrabschnitt 24 steuern.
Bei dem dargestellten Ventil 10 handelt es sich um ein pneumatisch betätigtes Prozessventil. Alternativ kann auch ein hydraulisch, elektromotorisch oder anderweitig betätigbares Ventil vorgesehen sein. Der Ventilantrieb 14 ist dann entsprechend als ein pneumatischer, hydraulischer bzw. elektromotorischer Ventilantrieb 14 ausgebildet.
Die Stellung des Ventils 10, genauer gesagt des Ventilstößels 16 und damit des Ventilelements 20, wird mithilfe einer Positionssensoreinrichtung 26 erfasst, die in einem Sensoraufnahmeraum 28 des Ventilgehäuses 12 untergebracht ist. Hierdurch ist die Positionssensoreinrichtung 26 von der äußeren Umgebung geschützt.
Die Positionssensoreinrichtung 26 erfasst die Position des Ventilstößels 16 innerhalb des Ventils 10 indirekt, um darüber die Position des Ventilelements 20 zu ermitteln, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Zur Erfassung der Position des Ventilstößels 16 weist die Positionssensoreinrichtung 26 einen Signalgeber 30 auf, der über einen Trägerzapfen 32 mit dem Ventilstößel 16 an einem zweiten Ende 34 des Ventilstößels 16 gekoppelt ist, das zum ersten Ende 18 entgegengesetzt ist. Der Trägerzapfen 32 ist in 9 detailliert gezeigt, auf den später noch Bezug genommen wird.
Darüber hinaus umfasst die Positionssensoreinrichtung 26 eine rotationssymmetrische Spulenbaugruppe 36, die zusammen mit dem Signalgeber 30 eine Sensorbaugruppe 38 ausbildet, welche in 2 vergrößert dargestellt ist.
Die Spulenbaugruppe 36 wirkt mit dem Signalgeber 30 zusammen, um hierüber die Position des Ventilstößels 16 zu erfassen, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Aus der 1 wird deutlich, dass die gesamte Sensorbaugruppe 38 rotationssymmetrisch ausgebildet ist, da der Signalgeber 30 eine Längsachse L aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Achse A des Ventilstößels 16 ist.
In der gezeigten Ausführungsform fallen die beiden Achsen L, A zusammen.
Zudem weist die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe 36 eine Spulenachse S auf, die ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Längsachse L des Signalgebers 30 bzw. der Längsachse A des Ventilstößels 16 ist. Die Achsen A, L, S fallen in der gezeigten Ausführungsform demnach zusammen, wodurch sich eine koaxiale Anordnung der Sensorbaugruppe 38 ergibt.
Die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe 36 umgibt den Signalgeber 30 derart radial, dass der radiale Abstand r der Längsachse L zur Spulenbaugruppe 36 immer gleich ist.
Des Weiteren umfasst die Positionssensoreinrichtung 26 eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40, die auf einer Platine 42 angeordnet ist, welche ebenfalls im Sensoraufnahmeraum 28 aufgenommen ist.
Die Platine 42 erstreckt sich in der gezeigten Ausführungsform in Längsrichtung, also im Wesentlichen parallel zu den Achsen A, L, S des Ventilstößels 16, des Signalgebers 30 und der Spulenbaugruppe 36. Grundsätzlich kann die Platine 42 aber auch an einer beliebigen anderen Position im Sensoraufnahmeraum 28 angeordnet bzw. ausgerichtet sein.
Die Spulenbaugruppe 36 ist mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 gekoppelt, sodass die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 die Spulenbaugruppe 36 entsprechend ansteuern bzw. deren Signale auswerten kann.
Grundsätzlich ist die Sensorbaugruppe 38, wie in 3 schematisch dargestellt, durch mehrere Spulen ausgebildet, da der Signalgeber 30 eine Spule 44 umfasst, die als passive Resonatorspule ausgebildet ist.
Die Spule 44 ist in der gezeigten Ausführungsform mit einem Kondensator 46 gekoppelt. Insofern stellt der Signalgeber 30 einen Resonator dar, der mit der Position des Ventilstößels 16 innerhalb der Spulenbaugruppe 36 bewegt wird, wie durch die Pfeile in 3 dargestellt ist.
Optional kann noch ein separater Widerstand vorgesehen sein. In jedem Fall ergibt sich jedoch ein Widerstand aufgrund des Leitungswiderstands.
Der Signalgeber 30 kann grundsätzlich als ein (passiver) Schwingkreis ausgebildet sein.
Die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe 36 umfasst dagegen eine erste Sendespule 48 sowie eine zweite Sendespule 50, die jeweils unterschiedlich ausgebildet sind.
Die erste Sendespule 48 ist beispielsweise als eine Sinus-Spule ausgebildet, wohingegen die zweite Sendespule 50 als eine Cosinus-Spule ausgebildet ist. Alternativ kann auch die erste Sendespule 48 als Cosinus-Spule und die zweite Sendespule 50 als Sinus-Spule ausgebildet sein.
Darüber hinaus umfasst die Spulenbaugruppe 36 eine Empfängerspule 52, die mit der Resonatorspule 44 zusammenwirkt bzw. elektromagnetisch gekoppelt ist, wie nachfolgend erläutert wird.
Die beiden Sendespulen 48, 50 werden jeweils durch die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 mit einem Wechselstromsignal beaufschlagt, sodass sie jeweils ein magnetisches Feld erzeugen, die sich überlagern, um ein gemeinsames magnetisches Feld auszubilden. Das magnetische Feld induziert im Signalgeber 30 eine Spannung. Dies ist in 3 durch die Pfeile entsprechend dargestellt.
Der Signalgeber 30, insbesondere die Resonatorspule 44, ist mit der Empfängerspule 52 elektromagnetisch gekoppelt, sodass die induzierte Spannung im Signalgeber 30 wiederum ein Magnetfeld zur Folge hat, was eine Spannung in der Empfängerspule 52 induziert, welche von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 entsprechend ausgewertet werden kann.
Aufgrund der in der Empfängerspule 52 induzierten Spannung kann auf die Position des Ventils 10, insbesondere des Ventilstößels 16 innerhalb des Ventils 10, geschlossen werden.
Grundsätzlich ist somit die Spulenbaugruppe 36 als eine Sende- und Empfangseinheit 54 ausgebildet, da die Spulenbaugruppe 36 sowohl Sende- bzw. Erregersignale sendet als auch Empfangssignale empfängt, nämlich über die Empfängerspule 52.
Aus den 4a bis 4d wird deutlich, wie die einzelnen Spulen der Sensorbaugruppe 38 ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich ihrer jeweiligen Wicklung(en).
In 4a ist die erste, als Sinus-Spule ausgebildete Sendespule 48 dargestellt, wohingegen in 4b die zweite, als Cosinus-Spule ausgebildete Sendespule 50 gezeigt ist.
In 4c ist die Empfängerspule 52 dargestellt, wohingegen in 4d die Resonatorspule 44 des Signalgebers 30 gezeigt ist.
Aus den 4a bis 4d wird deutlich, dass die Empfängerspule 52 sowie die Resonatorspule 44 jeweils umkehrungsfrei ausgebildet sind, da die Windungen stets dieselbe Dreh- bzw. Wicklungsrichtung haben.
Zudem weisen die Windungen der Empfängerspule 52 und der Resonatorspule 44 eine im Wesentlichen konstante Steigung auf, sodass sich die Windungsdichte pro Längenabschnitt, also pro axialer Länge, nicht verändert.
Im Gegensatz hierzu sind die beiden Sendespulen 48, 50, also die Sinus-Spule und die Cosinus-Spule, derart ausgebildet, dass sie jeweils wenigstens eine Umkehrung der entsprechenden Wicklungsrichtung aufweisen.
Grundsätzlich sind die Sendespulen 48, 50 jeweils einer Sendestrecke 56 zugeordnet, die sich in axialer Richtung erstreckt. Über die Sendestrecke 56 erzeugen die Sendespulen 48, 50 das magnetische Feld, worüber die Spannung in der Resonatorspule 44 induziert wird.
Die Sendespulen 48, 50 weisen jeweils über die zugeordnete Sendestrecke 56 wenigstens eine Umkehrung der jeweiligen Wicklungsrichtung auf, was insbesondere aus den Übersichten der 5a und 5b deutlich wird.
Grundsätzlich verändert sich die jeweilige Windungsdichte der Sendespulen 48, 50 entlang der entsprechenden Sendestrecke 56, wie aus den 5a, 5b aufgrund der Dichte der Pfeile und in den 4a, 4b durch die Dichte der Windungen deutlich wird.
Im Gegensatz zu den Sendespulen 48, 50 bleibt die Windungsdichte der Empfängerspule 52 konstant, wie aus den 4c, 5c erkennbar ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Empfängerspule 52 eine konstante bzw. gleichmäßige Kopplung mit dem Signalgeber 30, insbesondere der Resonatorspule 44, entlang der Messstrecke 58 hat.
Des Weiteren geht aus den 4a, 4b sowie 5a, 5b hervor, dass die beiden Sendespulen 48, 50, die als Sinus-Spule bzw. Cosinus-Spule ausgebildet sind, jeweils hinsichtlich der Wicklungsrichtung um 90° zueinander verschoben sind.
Die jeweiligen Pfeile in den 5a, 5b deuten die Wicklungsrichtung an, woraus hervorgeht, dass zumindest ein Umkehrpunkt der Wicklungsrichtung sowohl bei der Sinus-Spule als auch der Cosinus-Spule vorgesehen ist.
Es wird deutlich, dass die Sendespulen 48, 50 über die komplette Messstrecke 58 mit zumindest einem Stromrichtungswechsel gewickelt sind, also mit wenigstens einer Umkehrung der Wicklungsrichtung. Es wird aber keine Umkehrung in Richtung der jeweiligen Spulenachse S vorgenommen.
Die erste, als Sinus-Spule ausgebildete Sendespule 48 ist zu Beginn in Längsrichtung gesehen im Uhrzeigersinn gewickelt, wobei sich die Wicklungsrichtung auf der halben Länge der Messstrecke 58 umkehrt, wobei die Wicklungsrichtung für die restliche Messstrecke 58 gegen den Uhrzeigersinn läuft.
Dagegen ist die zweite, als Cosinus-Spule ausgebildete Sendespule 50 zu Beginn in Längsrichtung gesehen im Uhrzeigersinn gewickelt, wobei sich die Wicklungsrichtung nach einem Viertel der Messstrecke 58 umkehrt, sodass die Wicklungsrichtung gegen den Uhrzeigersinn läuft. Nach einer weiteren halben Messstrecke 58, also bei drei Viertel der Messstrecke 58, kehrt sich die Wicklungsrichtung für die restliche Messstrecke 58 wieder um, sodass sie wieder im Uhrzeigersinn läuft.
Aufgrund der Sinus-Spule und der Cosinus-Spule ergibt sich demnach eine räumliche Phasenverschiebung im magnetischen Fluss zwischen den beiden Sendespulen 48, 50. Die räumliche Phasenverschiebung wird dabei durch die Änderung der Anzahl der Windungen pro Längenabschnitt in axialer Richtung erreicht, also der sich verändernden Windungsdichte.
Die Phasenverschiebung wird folglich durch eine Änderung der Windungszahl in regelmäßigen Abständen erreicht.
Die gesamte Länge der Sendespulen 48, 50 kann hierzu zunächst in 8 oder 12 gleiche Intervalle unterteilt werden.
Dann kann eine maximale Windungsdichte ausgewählt werden, die dann mit den Sinus- bzw. Cosinus-Zeiten multipliziert und in ganzzahlige Werte unterteilt wird, um die Anzahl der oben ausgewählten Intervalle zu erhalten. Daraus ergibt sich die jeweilige Dichteverteilung der Windungen für die beiden Senderspulen 48, 50.
In der 6 ist gezeigt, wie die einzelnen Spulen der Sensorbaugruppe 38 zueinander angeordnet sind, wenn sich die Sensorbaugruppe 38 im zusammengebauten Zustand befindet.
Hieraus wird deutlich, dass eine gemeinsame Messstrecke 58 vorgesehen ist, über die sich die beiden Sendespulen 48, 50 sowie die Empfängerspule 52 erstrecken. Dies bedeutet, dass die beiden Sendespulen 48, 50 und die Empfängerspule 52 eine gleiche axiale Länge aufweisen.
Die Resonatorspule 44 weist dagegen eine axiale Länge auf, die gegenüber den beiden Sendespulen 48, 50 sowie der Empfängerspule 52 geringer ist, wie ebenfalls aus 6 deutlich wird. Beispielsweise beträgt die axiale Länge der Resonatorspule 44 ca. 1 bis 10% der axialen Länge der beiden Sendespulen 48, 50 bzw. der Empfängerspule 52, also der Messstrecke 58.
Dies liegt daran, dass die Resonatorspule 44 innerhalb des von der rotationssymmetrischen Spulenbaugruppe 36 ausgebildeten Raums bewegbar ist, wenn das Ventil 10 unterschiedliche Stellungen einnimmt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Resonatorspule 44 stets in elektromagnetischer Wechselwirkung mit der Spulenbaugruppe 36 steht.
Der Signalgeber 30 und somit die Resonatorspule 44 können sich relativ zur Spulenbaugruppe 36 axial bewegen, insbesondere axial durch den von der Spulenbaugruppe 36 umschlossenen Raums. Die Empfängerspule 52 erfasst dabei die Position des Signalgebers 30.
Um die Kopplung zwischen dem Signalgeber 30 und den Senderspulen 48, 50 zu verbessern, ist der Signalgeber 30 in Resonanz mit dem Sendersignal gebracht worden. Insbesondere ist die Frequenz des Sendersignals und die des Signalgebers 30 gleich. Der Wert des Induktors kann nicht verändert werden, weswegen der Kondensator 46 mit der Resonatorspule 44 in Reihe geschalten ist.
Die Spulen 44, 48, 50, 52 sind jeweils geschlossene Kreisläufe, sodass ihre Drähte in die entsprechende Ausgangsposition zurückkehren müssen.
Wie auch aus 6 deutlich wird, ist die Spulenbaugruppe 36 größer und in der Mitte hohl, sodass der Signalgeber 30 aufgenommen werden kann, insbesondere die Resonatorspule 44. Der maximale Radius des Signalgebers 30 ist demnach kleiner als der Innenradius der Spulenbaugruppe 36. Dadurch wird sichergestellt, dass der Signalgeber 30 in der Mitte der Spulenbaugruppe 36 ohne Umfangskontakt bewegt werden kann.
Aus 7 geht der schematische Aufbau der Sensorbaugruppe 38 nochmals hervor.
Der Signalgeber 30 kann sich über die Länge der Sensorbaugruppe 38 in axialer Richtung bewegen.
Aufgrund der elektromagnetischen Kopplung induziert der Signalgeber 30, aufgrund des von den beiden Senderspulen 48, 50 erzeugten (überlagerten) Magnetfeldes, eine Spannung in der Empfängerspule 52. Diese Spannung in der Empfängerspule 52 wird an jeder Position des Signalgebers 30 gemessen und von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 ausgewertet, während sich der Signalgeber 30 entlang der Spulenbaugruppe 36 bewegt.
Wie bereits erläutert, ist die Resonatorspule 44 auf einem Trägerzapfen 32 des Signalgebers 30 angeordnet, der in 9 im Detail gezeigt ist. Der Trägerzapfen 32 weist einen Spulenaufnahmeabschnitt 60, auf dem die Resonatorspule 44 gewickelt wird, sowie einen Koppelabschnitt 62 für den Ventilstößel 16.
Im Gegensatz zur Resonatorspule 44 sind die beiden Sendespulen 48, 50 sowie die Empfängerspule 52 auf einem gemeinsamen Träger 64 angeordnet, der in 8 im Detail gezeigt ist.
Der Träger 64 weist einen rotationssymmetrischen Körper auf, beispielsweise einen rohrförmigen Abschnitt, auf dem die beiden Sendespulen 48, 50 sowie die Empfängerspule 52 angeordnet sind, sodass sich die rotationssymmetrische Spulenbaugruppe 36 ergibt.
Es wird deutlich, dass auf dem Träger 64 drei Montagehilfen 66 auf der Oberfläche vorgesehen sind, über die die Richtung der Wicklungen für die Sendespulen 48, 50 in einfacher Weise geändert werden können, da der jeweilige Spulendraht auf dem Träger 64 hierüber umgelenkt werden kann. Die Montagehilfen 66 können durch Erhöhungen (wie dargestellt) oder durch Vertiefungen ausgebildet sein,
Die beiden Sendespulen 48, 50 sowie die Empfängerspule 52 können über- und/oder ineinander gewickelt sein, sodass sie die gemeinsame Messstrecke 58 ausbilden. Dies bedeutet, dass die Sendespulen 48, 50 sowie die Empfängerspule 52 in axialer Längsrichtung nicht separat voneinander ausgebildet sein müssen, sondern sich entsprechend überlagern können.
Insbesondere ist die Empfängerspule 52 über die beiden Sendespulen 48, 50 gewickelt.
Der Trägerzapfen 32 und der Träger 64 sind beispielsweise aus wenigstens einem nichtmetallischen, nichtleitenden Material ausgebildet, sodass sich die magnetische Permeabilität nicht verändert.
Grundsätzlich sind die beiden Sendespulen 48, 50 demnach ausgebildet, jeweils ein Magnetfeld zu erzeugen, also ein entsprechendes elektromagnetisches Signal.
Die von den beiden Sendespulen 48, 50 erzeugten Magnetfelder bzw. Signale überlagern sich, sodass sich ein moduliertes Signal bzw. ein überlagertes Magnetfeld ergibt, welches mit der Resonatorspule 44 zusammenwirkt, um eine Spannung in dem Signalgeber 30 zu induzieren.
Wie bereits erläutert ist der Signalgeber 30 bzw. die Resonatorspule 44 mit der Empfängerspule 52 elektromagnetisch gekoppelt, wodurch der Signalgeber 30 eine Spannung in der Empfängerspule 52 induziert, die entsprechend von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 40 gemessen und ausgewertet werden kann, um die Stellung des Ventils 10 bzw. die Position des Ventilstößels 16 zu ermitteln.
Grundsätzlich ist somit eine Positionssensoreinrichtung 26 sowie ein Ventilantrieb 14 geschaffen, die eine hohe Messgenauigkeit aufweisen und zudem kostengünstig gefertigt werden können.

Claims

Positionssensoreinrichtung (26) für einen Ventilantrieb (14) zur Positionserfassung eines Ventilstößels (16), mit einer Sensorbaugruppe (38), die einen Signalgeber (30) und eine rotationssymmetrische Spulenbaugruppe (36) umfasst, die mit dem Signalgeber (30) zusammenwirkt, wobei die Spulenbaugruppe (36) zumindest zwei unterschiedlich ausgebildete Sendespulen (48, 50) umfasst, die eine Sinus-Spule und eine Cosinus-Spule sind.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sendespulen (48, 50) über eine jeweilige Sendestrecke (56) in axialer Richtung erstrecken, wobei die Sendespulen (48, 50) über die zugeordnete Sendestrecke (56) wenigstens eine Umkehrung der jeweiligen Wicklungsrichtung aufweisen.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erste Umkehrung der entsprechenden Wicklungsrichtung der zumindest zwei Sendespulen (48, 50) nach einem unterschiedlichen Weg in axialer Richtung auftritt.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen (48, 50) jeweils eine unterschiedliche Windungsdichte aufweisen.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlich ausgebildeten Sendespulen (48, 50) unterschiedlich viele Wicklungen aufweisen.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenbaugruppe (36) zumindest eine Empfängerspule (52) umfasst.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule (52) umkehrungsfrei ausgebildet ist.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule (52) und die zumindest zwei Sendespulen (48, 50) auf einem gemeinsamen Träger (64) angeordnet sind.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule (52) und die zumindest zwei Sendespulen (48, 50) auf dem gemeinsamen Träger (64) über- und/oder ineinander gewickelt sind, wobei eine gemeinsame Messstrecke (58) ausgebildet ist.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (40) vorgesehen ist, die mit der Empfängerspule (52) gekoppelt ist.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen (48, 50) ausgebildet sind, ein moduliertes Signal in der Empfängerspule (52) zu induzieren.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenbaugruppe (36) als eine Sende- und Empfangseinheit (54) ausgebildet ist.
Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (30) eine Spule (44) umfasst, die eine Spulenachse hat, die parallel zur Achse (A) des Ventilstößels (16) und/oder zu den Achsen der Sendespulen (48, 50) ist, insbesondere mit der Achse (A) des Ventilstößels (16) und/oder mit den Achsen der Sendespulen (48, 50) zusammenfällt.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (44) eine passive Resonatorspule ist.
Positionssensoreinrichtung (26) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (30) einen Kondensator (46) und/oder einen Widerstand umfasst, die bzw. der mit der Spule (44) gekoppelt sind bzw. ist, um einen Resonator auszubilden.
Ventilantrieb (14) mit einer Positionssensoreinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.