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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Temperatursonde für einen Ofen,
die in Gargut eingesteckt werden kann, sowie einen Ofen mit einer
derartigen Temperatursonde und ein Verfahren zum Steuern eines solchen
Ofens.
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Aus
der
EP 687 666 A ist
ein Ofen mit einer Temperatursonde als sogenanntem Bratspieß bekannt.
Während des Garvorgangs bzw. des Betriebs des Ofens mit
einem Gargut wie beispielsweise einem Braten wird die längliche,
spießähnliche Temperatursonde in das Gargut eingesteckt
und kann mit einem Temperatursensor in der Spitze die Temperatur des
Garguts erfassen. Über ein Kabel ist die Temperatursonde
mit dem Ofen verbunden und überträgt mit einer
Sendeeinrichtung die Temperaturinformationen des Temperatursensors
an eine Ofensteuerung. So kann die Temperatur im Inneren bzw. Kern des
Garguts erfasst werden für ein Automatikprogramm bzw. eine
Art automatischen Ablauf. Nachteilig ist dabei jedoch, dass eine
derartige Temperatursonde kabelgebunden ist. In dieser Entgegenhaltung ist
auch eine Temperatursonde mit Sender beschrieben, beispielsweise
einem Funksender. Zur Energieversorgung ist eine Batterie vorgesehen.
Der Einsatz von Energiespeichern wie Batterien odgl. für
eine Sendeeinrichtung ist im Ofen jedoch schwierig, da diese bei
den auftretenden Temperaturen von über 200°C zerstört
werden würden.
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Aus
der
EP 1 624 724 A ist
ein weiterer Ofen mit einer Temperatursonde als Bratspieß bekannt. Zur
Energieversorgung der Temperatursonde wird zwar unter anderem ein
Thermogenerator erwähnt. Allerdings ist diese Möglichkeit
in einer Weise dargestellt, die einen tatsächlichen Betrieb
eines Thermogenerators technisch absolut unmöglich macht,
und auch aus der gesamten Offenbarung kann nicht entnommen werden,
wie eine Energieversorgung mit einem Thermogenerator realisiert
werden könnte.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Temperatursonde,
einen eingangs genannten Ofen sowie ein eingangs genanntes Verfahren
zu schaffen, mit denen Nachteile des Standes der Technik vermieden
werden können und insbesondere eine leichter und besser
handhabbare Temperatursonde geschaffen werden kann.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Temperatursonde mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, einen Ofen mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte sowie
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert.
Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche Merkmale
der Erfindung werden zwar nur einmal erläutert. Sie sollen
jedoch unabhängig davon für sämtliche
Aspekte der Erfindung von Temperatursonde, Ofen oder Verfahren gelten
können.
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Erfindungsgemäß weist
die Temperatursonde eine Energieerzeugung auf für die Sendemittel, wobei
die Energieerzeugung so ausgebildet ist, dass sie die Energie aus
ihrem Umfeld im Ofen während des Betriebs des Ofens zieht
bzw. erzeugt. So kann auf empfindliche Energiespeicher wie Batterien
oder Akkumulatoren verzichtet werden und dennoch elektrische Energie
zum Betrieb der Sendemittel erzeugt werden. Gleichzeitig bieten
sich bestimmte, ohnehin im Ofen vorhandene Energiequellen an, wie
nachfolgend noch näher erläutert wird. Es geht
also hauptsächlich um die neue Art der Energieerzeugung.
So kann mit der Erfindung eine drahtlose Temperatursonde geschaffen
werden, die vielseitig einsetzbar ist und deren Temperaturinformation
drahtlos an eine Ofensteuerung übertragen wird. Aufwendige
bzw. teure und evtl. anfällige technische Lösungen
wie Transponder, Sendeeinrichtungen mit Oberflächenwellen-Technik
odgl. können so vermieden werden.
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Gemäß einer
grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Temperatursonde
ein längliches Gehäuse auf und ist dazu ausgebildet,
in ein Gargut eingesteckt zu werden. Dies eignet sich beispielsweise
für ein Gargut wie einen Braten. So kann die Temperatur
im Gargutinneren erfasst werden, was für einen Betrieb,
insbesondere einen automatischen Betrieb, ein maßgeblicher
Parameter ist. Das Gehäuse kann eine Spitze aufweisen,
die hohl ausgebildet sein kann um darin Bauteile wie vor allem den
Temperatursensor unterzubringen.
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Gemäß einer
alternativen grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung
kann das Gehäuse bzw. die Temperatursonde flach sein, insbesondere
scheibenartig. So kann die Temperatursonde die Temperatur an einem
Gargut wie beispielsweise einer Pizza, welches sich nicht zum Einstecken
einer vorgenannten länglichen Temperatursonde eignet, erfassen
und dazu daran angebracht werden, beispielsweise durch direktes
Auf legen darauf. Alternativ kann eine derartige flache Temperatursonde
an einer Aufbewahrungsform bzw. einem Backblech odgl. für
das Gargut angebracht werden, insbesondere an dessen Unterseite.
Auch so ist eine wärmeleitende Verbindung bzw. ein thermischer
Kontakt zu dem Gargut möglich, um dessen Temperatur zu
erfassen. Gleichzeitig ist dies, wie auch beim Auflegen einer flachen Temperatursonde
auf das Gargut, eine Möglichkeit die Temperatursonde derart
in dem Ofeninnenraum vorzusehen, dass sie für die Energieerzeugung
zugänglich ist bzw. dass ihr Energie zugeführt
werden kann. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Zur
Energieerzeugung aus der Umgebung im Ofen gibt es mehrere Möglichkeiten.
Gemäß einer ersten grundsätzlichen Möglichkeit
kann eine Energieerzeugung dazu ausgebildet sein, die Energie aus einer
Wärme- bzw. Temperaturdifferenz zwischen einem wärmeren
Bereich und einem kälteren Bereich zu beziehen. Als wärmerer
Bereich kann der Innenraum des Ofens dienen. Als kälterer
Bereich kann die Oberfläche oder das Innere des Garguts
dienen, in welches die Temperatursonde eingesteckt ist bzw. mit
der sie in wärmeleitender Verbindung steht. Aus dieser
Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeren Bereich und dem
kälteren Bereich kann Energie gezogen werden, wozu vorteilhaft
ein Thermogenerator nach dem Seebeck-Effekt dienen kann. Die dadurch erzeugte
Energie mag zwar nicht besonders groß sein. Wenn die Sendemittel
jedoch nicht besonders viel Energie benötigen, so reicht
es aus.
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Für
einen derartigen Thermogenerator kann an der Temperatursonde, insbesondere
an einem von dem Gargut bzw. dem Temperatursensor entfernten Bereich,
eine erste Scheibe aus gut wärmeleitenden Material vorgesehen
sein, beispielsweise Kupfer. Dieser ersten Scheibe ist eine zweite
Scheibe zugeordnet, und zwar auf der Seite zum Gargut bzw. Temperatursensor
hin. Die beiden Scheiben sind mit geringem Abstand und vorteilhaft
parallel zueinander an der Temperatursonde vorgesehen.
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Die
beiden Scheiben sind miteinander verbunden, vorteilhaft aber thermisch
gegeneinander isoliert. Eine mechanische Verbindung kann auch über
den Thermogenerator erfolgen. Eine möglicherweise zwischen
den beiden Scheiben vorgesehene Dichtung kann die Aufgabe der thermischen
Isolierung übernehmen.
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Die
zweite Scheibe befindet sich in wärmeleitender Verbindung
mit dem Bereich der Temperatursonde, der den Temperatursensor aufweist
bzw. in das Gargut eingesteckt ist oder dieses kontaktiert. Durch
diese wärmeleitende Verbindung wird die zweite Scheibe
gekühlt aufgrund der niedrigeren Temperatur Garguts und,
daraus resultierend, des kontaktierenden Bereichs der Temperatursonde. Eine
solche wärmeleitende Verbindung kann beispielsweise eine
Art Wärmeleitstab oder eine möglichst massive
Wärmebrücke aus gut wärmeleitendem Material
wie beispielsweise Kupfer oder Metall allgemein aufweisen. Die wärmeleitende
Verbindung kann vorzugsweise einen wesentlichen Teil des Querschnitts
der Temperatursonde bilden, beispielsweise auch das Gehäuse
oder einen Teil des Gehäuses sein, insbesondere ein Gehäusemantel.
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Der
Thermogenerator ist dabei zwischen der ersten Scheibe und der zweiten
Scheibe angeordnet. Vorteilhaft ist ein Zwischenraum zwischen den
beiden Scheiben um den Thermogenerator herum nach außen
gegen Schmutz abgedichtet. Im Inneren des Gehäuses der
Temperatursonde kann der Thermogenerator dann als Energiequelle
mit der vorgenannten Elektronik bzw. den Sendemitteln verbunden sein.
Da Thermogeneratoren teilweise relativ klein sind, beispielsweise
eine Größe von etwa 10 mm × 10 mm aufweisen,
können zwischen den Scheiben auch mehrere Thermogeneratoren
nebeneinander angeordnet sein.
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Als
vorteilhaft wird es angesehen, wenn die erste Scheibe bzw. der Thermogenerator
einen gewissen Abstand zu dem freien Ende der Temperatursonde aufweist,
beispielsweise einige Zentimeter. Dadurch kann eine Sendeeinrichtung
bzw. eine Antenne der Sendemittel die Tempera turinformationen ungehindert
und auch mit geringerer notwendiger Sendeleistung übertragen.
Alternativ kann eine Scheibe oder ein Gehäuseteil als Antenne
verwendet werden.
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Gemäß einer
anderen grundsätzlichen Möglichkeit für
eine Energieerzeugung kann ein photovoltaischer Effekt genutzt werden,
um elektrische Energie aus Licht in dem Ofen zu erzeugen. Zu diesem Licht
im Ofen kann durch eine lichtdurchlässige Ofentür
Umgebungslicht hinzukommen. Für den photovoltaischen Effekt
kann vorteilhaft eine Solarzelle genutzt werden. Eine derartige
Solarzelle ist, ähnlich wie vorher für den Thermogenerator
beschrieben, vorteilhaft entfernt von dem in das Gargut eingesteckten
Ende angeordnet. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Solarzelle
von ihren elektrischen Eigenschaften auf das in dem Ofen herrschende Licht
bzw. dessen Wellenlänge abgestimmt ist. Des Weiteren kann
die Solarzelle von ihrer Orientierung her derart veränderbar
sein bzw. ausgerichtet werden, dass sie zu einer Lichtquelle in
dem Ofen möglichst senkrecht steht für einen möglichst
guten Lichteinfall bzw. eine möglichst hohe Energieausbeute. Dazu
kann alternativ eine Fläche der Solarzelle schräg
zu der Längsachse der vorteilhaft gerade ausgebildeten
Temperatursonde stehen. So kann durch Drehen der Temperatursonde
um ihre Längsachse, was bei in das Gargut eingestecktem
Zustand leicht möglich ist, eine Ausrichtung vorgenommen
werden ohne mechanisch bewegbare Gelenke odgl. zu benötigen.
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Eine
Solarzelle kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet
sein, aus Strahlung im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich
elektrische Energie zu erzeugen, insbesondere aus Wärmestrahlung
in einem Ofen von einer Strahlungsheizung des Ofens. Hierfür
sind beispielsweise GaAs-Solarzellen geeignet. Es können
auch Stapelzellen für mehrere Wellenlängenbereiche
verwendet werden.
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Wie
angesprochen, kann die Temperatursonde eine Elektronik aufweisen
zur Auswertung der Temperatur bzw. des Temperatursensors. Da eine derartige
Elektronik unter Umständen hitzeempfindlich ist, sollte
sie sich in einem in das Gargut zu steckenden Endbereich befinden
bzw. nahe an diesem Endbereich oder dem darin angeordneten Temperatursensor.
Des Weiteren ist es möglich, die Elektronik als Hochtemperatur-Elektronik
auszubilden. Dazu bietet sich die SOI-Technologie an.
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Verwendbare
Thermogeneratoren werden beispielsweise von der Firma Mikropelt
GmbH, Freiburg, hergestellt. Ihre Leistung kann bei Temperaturunterschieden
von 10°C bis 20°C bei etwas mehr als einem mW
liegen, was für entsprechend ausgebildete Sendemittel ausreichend
sein kann. Wichtig bei einer Auswahl einer entsprechenden Photovoltaik
bzw. Solarzelle ist ebenfalls die Temperaturbeständigkeit bis
beispielsweise 250°C. Hier sind Solarzellen zu verwenden,
wie sie in der Raumfahrt eingesetzt werden.
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Vorteilhaft
kann für eine Messung der Temperatur möglichst
in der Mitte bzw. im Kern des Garguts vorgesehen sein, dass der
Temperatursensor weit vorne am Temperatursondenende angeordnet ist.
Dazu kann sie vorteilhaft eine Art Spitze aufweisen. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, mehrere
Temperatursensoren entlang des Gehäuses vorzusehen. Diese
werden dann alle von der Elektronik ausgewertet um sozusagen eine Art
Temperaturverlauf des Garguts von der Außenseite zum Kern
hin oder sogar durch diesen hindurch zu erhalten oder eine Art gemittelte
Temperatur zu messen. So kann auf alle Fälle auch relativ
genau die Kerntemperatur ermittelt werden als die wohl niedrigste
Temperatur im Gargut, unabhängig von der Einstecktiefe
der Temperatursonde. Die Auswertung mehrerer Temperatursensoren
durch die Elektronik stellt kein großes Problem dar.
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Wie
zuvor angesprochen, kann eine Elektronik entweder möglichst
nahe an einer Spitze eines Gehäuses und somit wahrscheinlich
weit im Inneren des Garguts angeordnet sein. So kann sie sich möglichst
weit inner halb des Garguts und somit in einem gegenüber
dem sonstigen Backofen kühleren Bereich befinden. Alternativ
kann eine Elektronik an der kühleren Scheibe angeordnet
werden, da auch diese eine Temperatur deutlich unterhalb der Temperatur des
Ofeninneren aufweist. Insbesondere bietet sich das bei einer scheibenartigen
Temperatursonde an.
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Ein
erfindungsgemäßer Ofen, der mit einer vorgenannten
Temperatursonde betrieben werden kann bzw. mit dieser eine Funktionseinheit
bildet, weist Empfangsmittel auf, um die von den Sendemitteln gesendeten
Temperaturinformationen zu empfangen. So kann der Ofen bzw. eine
Ofensteuerung die Temperaturinformation von dem Temperatursensor
in der Temperatursonde bzw. im Gargut empfangen und benutzen, beispielsweise
weiterverarbeiten, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Arbeitsfrequenz für die Sendemittel und Empfangsmittel
wird für die Übertragung solcher Temperaturinformationen
günstig gewählt. Die Reichweite braucht nicht
besonders groß zu sein, da insbesondere die Empfangsmittel
auch im Inneren des Ofens bzw. einer Ofenmuffel odgl. angeordnet
sein können. Die Arbeitsfrequenz kann in einem im wesentlichen
beliebigen Bereich gewählt werden. Da die Sendeleistung der
Sendemittel üblicherweise sehr gering ist, treten kaum
Funkwellen aus dem Ofen nach außen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung kann an dem Ofen, vorteilhaft in seinem
Innenraum, mindestens ein Aufbewahrungsbereich für die
Temperatursonde vorgesehen sein. Ein derartiger Aufbewahrungsbereich
ist zumindest teilweise gegenüber dem Inneren des Ofens
abgeschirmt und weist eine Öffnung auf, um die Temperatursonde
darin einzubringen bzw. einzustecken. Durch die Abschirmung gegenüber dem
Inneren des Ofens wird erreicht, dass in dem Aufbewahrungsbereich
eine kühlere Temperatur als im sonstigen Ofeninnenraum
herrscht und hier die Temperatursonde, falls sie nicht zum Betrieb
des Ofens benötigt wird, ähnlich gelagert ist
wie wenn sie in ein Gargut eingeführt wäre, welches
ebenfalls kühler ist als das sonstige Ofeninnere. Beispielsweise kann
ein solcher Aufbewahrungsbereich als eine Art Tasche an einer Innenwand
des Innenraums des Ofens ausgebildet sein. Alternativ kann sich
ein länglicher Aufbewahrungsbereich weg von dem Ofeninnenraum
in das Gehäuse des Ofens hinein erstrecken, wo es ebenfalls
kühler ist als im Ofen bzw. in einer Ofenmuffel. Vorteilhaft
ist der Aufbewahrungsbereich gegenüber der Ofenmuffel thermisch
isoliert. Er sollte auch im Betrieb des Ofens mit hohen Temperaturen
kühler sein als 100°C, sodass empfindliche Teile
oder eine Elektronik der Temperatursonde geschont und nicht zerstört
wird. Auch kurzzeitige Überschwinger in der Temperatur
bis 120°C können vorkommen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Ofen eine Erkennungseinrichtung
am Aufbewahrungsbereich aufweisen. Dadurch kann im Ofenbetrieb erkannt
werden, ob sich die Temperatursonde darin befindet bzw. darin eingesteckt
ist, zumindest ein vorderer Bereich der Temperatursonde mit Elektronik
bzw. Temperatursensor. Diese Erkennungseinrichtung kann mit einer
Ofensteuerung verbunden sein und beim Betriebsverfahren für
den Ofen verhindern, dass der Ofen auf höhere Temperaturen
aufgeheizt wird, wenn die Temperatursonde nicht in dem Aufbewahrungsbereich
ist.
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Des
Weiteren kann eine Erkennungseinrichtung so ausgebildet sein, dass
sie erkennt, wenn keine Temperatursignale von dem Temperatursensor gesendet
werden bzw. von der Temperatursonde kommen. Hier können
nämlich drei Fälle vorliegen. Als erster möglicher
Fall befindet sich die Temperatursonde in dem Aufbewahrungsbereich,
was durch die Erkennungseinrichtung erkannt werden kann, und dann
ist ein beliebiger Betrieb des Ofens möglich. Als zweiter
möglicher Fall kann die Temperatursonde in ein Gargut eingesteckt
sein, und aufgrund des Temperaturunterschiedes senden die Sendemittel
Temperaturinformationen. Ein dritter möglicher Fall ist
derjenige, dass weder der erste noch der zweite Fall vorliegen.
Dies ist in aller Regel ein sogenannter Fehlerfall, bei spielsweise
wenn sich die Temperatursonde neben einem Gargut in dem Ofeninneren
befindet. Aufgrund des fehlenden Temperaturunterschiedes kann sie
dann keine Temperaturinformationen senden, da sie keine elektrische
Energie erzeugen kann. Insofern sollte eine Bedienperson darauf
hingewiesen werden, dass die Temperatursonde nicht funktionsfähig
ist. Des Weiteren besteht hier das Problem, dass die Temperatursonde
der Temperatur des Ofeninnenraums voll ausgesetzt ist und sich überhitzen
kann, wodurch Schäden oder eine Zerstörung entstehen
können. Auch hiervor ist die Temperatursonde zu schützen,
indem beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben wird und vorteilhaft
auch der Ofen keine zu hohen Temperaturen erreichen kann, beispielsweise
nicht mehr als 100°C.
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Die
Erkennungseinrichtung kann entweder eine Art mechanischen Schalter
aufweisen. Dieser kann betätigt werden durch Einstecken
der Temperatursonde in den Aufbewahrungsbereich bzw. beim Einführen
oder Entnehmen der Temperatursonde seinen Schaltzustand ändern.
Alternativ kann die Erkennungseinrichtung einen Näherungssensor
aufweisen, der insbesondere berührungslos arbeitet. Ein
derartiger Näherungssensor kann magnetisch arbeiten, beispielsweise
mit einem Hall-Sensor zum Erkennen eines speziell an der Temperatursonde
vorgesehenen Magneten oder induktiv oder kapazitiv, wobei derartige
Näherungssensoren für den Fachmann bekannt sind.
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Um
Energie zu sparen kann das Senden der Temperaturinformationen mittels
der Sendemittel entweder kontinuierlich erfolgen oder aber in bestimmten
Zeitabständen, insbesondere periodisch. Des Weiteren ist
es möglich, dass eine kurzzeitige Energiespeicherung in
der Temperatursonde stattfindet, beispielsweise über einen
temperaturfesten Kondensator. So kann für einen periodischen
Betrieb der Sendemittel während einer längeren
Zeit Energie gesammelt werden und diese dann in kürze rer
Zeit zum Senden verbraucht werden, beispielsweise alle ein bis 30
Sekunden gesendet wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Ofen so ausgebildet
sein, dass in ihm mehrere Temperatursonden betrieben werden können. Zur
Unterscheidung der jeweiligen Temperaturinformationen, die je nach
unterschiedlichem Gargut oder bisheriger Verweildauer dieses Garguts
im Ofeninneren ja unterschiedliche Temperaturen messen können,
können sie eine individuelle Kodierung aufweisen. Diese
Kodierung kann stets mit den Temperaturinformationen über
die Sendemittel mitgesendet werden und von den Empfangsmitteln erkannt
und unterschieden werden. So kann an einer Ofensteuerung beispielsweise
auch eingegeben werden, welches Gargut bzw. welches durch eine jeweilige,
mit einer Kennung versehene Temperatursonde bestückte Gargut
fertig ist und somit entfernt werden kann. Es kann auch vorgesehen
sein, dass ein Ofen sowohl mit einer spießähnlichen
Temperatursonde als auch einer flachen, scheibenartigen Temperatursonde
betrieben werden kann. So kann je nach Gargut der dafür
optimale Temperatursensor verwendet werden, also beispielsweise
ein spießähnlicher Temperatursensor für
Braten und eine scheibenartige Temperatursonde für eine
Pizza odgl.. Durch unterschiedliche Frequenzkodierung kann eine
Ofensteuerung erkennen, welche Temperatursonde gerade im Einsatz
ist und kann eventuell eine Korrektur der gesendeten Temperaturwerte
vornehmen. Eine weitere Möglichkeit zur Kodierung kann
im Senden mit verschiedenen Frequenzen liegen.
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Eine
Verschlüsselung der Temperaturinformation kann anstelle
eines Signals, welches die exakte Temperaturinformationen enthält,
auch durch Variation von Sendeintervallen erfolgen. So kann beispielsweise
alle fünf bis zehn Sekunden ein kurzes Signal gesendet
werden, welches dann eine Temperatur von 50°C bedeutet,
eine Temperatur von 70°C kann durch ein kurzes Funksignal
alle sieben Sekunden gesendet werden usw..
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können, für die hier Schutz beansprucht
wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie
Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen
gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Temperatursonde
mit Thermogenerator, die in ein Gargut eingesteckt ist,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Ofens mit einem Aufbewahrungsbereich für die Temperatursonde,
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3 eine
Abwandlung der Temperatursonde aus 1 mit einer
oberen Scheibe der Energieerzeugung, die umgebogen ist bis in die
Ebene der unteren Scheibe,
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4 eine
Abwandlung des erfindungsgemäßen Ofens ähnlich 2 mit
scheibenartigen Temperatursonden und
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5 eine
vergrößerte Darstellung einer scheibenförmigen
Temperatursonde ähnlich 4 im Schnitt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Temperatursonde 11 dargestellt,
die nach Art eines sogenannten Bratenspießes aufgebaut
ist. Die Temperatursonde 11 weist ein längliches,
rohrartiges Gehäuse 12 auf, das nach vorne in
einer Spitze 13 mündet. Diese ist in einen Braten 15 als
Gargut eingesteckt. Dabei weist das Gehäuse einen Gehäusemantel 17 aus
einem für Betriebsbedingungen eines Bratenspießes
geeigneten Materials auf, beispielsweise aus Kupfer für
eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, eventuell
auch beschichtet oder mit einer dünnen Edelstahlhülle
versehen für Lebensmittelhygiene. An das Gehäuse 12 schließt
sich eine scheibenförmige Energieerzeugung 19 an.
Diese wiederum trägt eine Endkappe 22, in der
Sendemittel 21 nach Art einer Antenne odgl. angeordnet
sind um sie zu schützen.
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In
der Spitze 13 der Temperatursonde 11 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet,
der mit einer Elektronik 25 verbunden ist. Die Elektronik 25 ist
dabei dazu ausgebildet, den Temperatursensor 24 auszuwerten
und Temperaturinformationen über die Verbindung zu den
Sendemitteln 21 auszustrahlen bzw. an entsprechende Empfangsmittel
zu senden. Die Elektronik 25 ist zwar dadurch, dass sie
auch weit vorne an der Spitze 13 sitzt, vor allzu hohen
Temperaturen geschützt, wenn sie in den Braten 15 eingesteckt
ist. Es ist jedoch vorteilhaft vorgesehen, sie in der vorgenannten
SOI-Technologie auszuführen, sodass sie hohen Temperaturen
standhält. Im Verlauf zwischen Spitze 13 und Energieerzeugung
könnten noch weitere Temperatursensoren vorgesehen sein, wie
zuvor angesprochen.
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Die
an dem Gehäuse 12 angeordnete Energieerzeugung 19 ist
insgesamt scheibenartig ausgebildet. Sie weist eine erste Scheibe 27 und
eine dazu planparallele zweite Scheibe 28 auf. Die beiden Scheiben 27 und 28 weisen
einen geringen Abstand zueinander auf. Beide Scheiben sind hier
gleich geformt, insbesondere als Kreisringscheiben, und kön nen
aus dem gleichen Material bestehen, vorteilhaft gut wärmeleitendem
Material wie Kupfer, welches beschichtet oder mit einer Edelstahlplattierung
versehen sein kann. Die zweite Scheibe 28 ist dabei mittels einer
Verschweißung 29 mit dem hinteren Ende des Gehäuses 12 verbunden,
wobei eine derartige Verschweißung 29 nicht nur
der mechanischen Befestigung dienen kann, sondern auch eine möglichst
gut wärmeleitende Verbindung zwischen Gehäuse 12 und
zweiter Scheibe 28 herstellen. Insofern ist es auch möglich,
anstelle der Verschweißung 29 eine Art breiten
Flansch odgl. vorzusehen für eine möglichst gut
wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden Teilen. Nach
hinten ist die erste Scheibe 27 mit der Endkappe 22 verbunden.
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Zwischen
den Scheiben 27 und 28 ist ein Thermogenerator 31 bzw.
mehrere Thermogeneratoren vorgesehen. Nach außen ist dieser
bzw. der zwischen den Scheiben 27 und 28 gebildete
Zwischenraum durch eine für den Ofenbetrieb geeignete Dichtung 32 abgedichtet.
Der Thermogenerator 31 ist dabei an seiner Oberseite möglichst
gut bzw. wärmeleitend mit der ersten Scheibe 27 verbunden,
welche die Warmseite bildet. An seiner Unterseite ist er mit der
zweiten Scheibe 28 verbunden, welche die Kühlseite
bildet.
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Die
Funktion der Energieerzeugung 19 ist folgendermaßen:
Bei Betrieb des Ofens mit eingeschobenem Braten 15, in
den die Temperatursonde 11 eingesteckt ist, erfasst der
Temperatursensor 24 die Temperatur im Inneren des Bratens 15 bzw.
die sogenannte Kerntemperatur. Während sich die Umgebung
im Ofen betriebsgemäß auf beispielsweise 200°C
erhöht, und dadurch auch der herausstehende Teil der Temperatursonde 11 erwärmt
und vor allem die erste Scheibe 27 als Warmseite, befindet
sich das Gehäuse 12 zu einem überwiegenden
Teil in dem kühleren Braten 15. Die durchgezogen
dargestellten breiten Pfeile stellen die Warmseite dar. Die Kerntemperatur
des Bratens 15 steigt üblicherweise selbst bei
längerer Bratdauer nicht über 90°C, so dass
das Gehäuse 12 zumindest vorne an der Spitze 13 die
gleiche Temperatur aufweist.
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Durch
die wärmeleitende Ausbildung des Gehäusemantels 17 sowie
die möglichst gut wärmeleitende Verbindung 29 zur
zweiten Scheibe 28 als Kühlseite wird diese in
gewissem Umfang gekühlt, wie durch die gestrichelten breiten
Pfeile dargestellt ist, welche die Kühlseite darstellen
sollen.
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Somit
ist also die zweite Scheibe 28 etwas kühler als
die erste Scheibe 27. Dadurch ist von der Warmseite des
Thermogenerators 21 zur Kühlseite hin eine Temperaturdifferenz
gegeben, welche gemäß dem vorgenannten Seebeck-Effekt
zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden kann, welche über
leitende Verbindungen zu der Elektronik 25 geführt
wird. Damit kann die Elektronik 25 betrieben werden und
vor allem die Temperaturinformation des Temperatursensors 24 über
die Sendemittel 21 aussenden.
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Selbstverständlich
sind zahlreiche Variationen der Energieerzeugung 19 mit
einem Thermogenerator möglich. Ein Thermogenerator könnte
zumindest mit seiner Kühlseite noch näher an dem
Braten 15 sein, um eine noch stärkere Temperaturdifferenz zu
erhalten. Variationen davon sind für den Fachmann leicht
vorstellbar.
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Alternativ
zu einer Energieerzeugung 19 mit einem Thermogenerator 31 könnte
an einer ähnlich scheibenförmig bzw. flächig
ausgebildeten Energieerzeugung Solarzellen vorgesehen sein, wie
sie vorstehend genannt worden sind. Insbesondere sind sie anstelle
der ersten Scheibe 27 vorgesehen, also an der von der Spitze 13 wegweisenden
Seite um nach oben von einer Ofenbeleuchtung gut bestrahlt werden
zu können. Wie eingangs erläutert, könnte
bei Solarzellen die scheibenförmige Energieerzeugung 19,
welche dann ein Träger für die Solarzellen ist,
einen Winkel abweichend von 90° zur Längsachse
des Gehäuses 12 einnehmen, um durch Drehen der
Temperatursonde 11 um ihre Längsachse eine möglichst gute
Ausrichtung zu einer Ofenbeleuchtung zu haben. Auch dies ist für
den Fachmann jedoch leicht zu realisieren.
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In 2 ist
eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen
Ofen 35 dargestellt, der eine Ofenmuffel 36 aufweist
und als Backofen ausgebildet ist. In der Ofenmuffel 36 befindet
sich eine obere Beheizung 38a und eine untere Beheizung 38b sowie
ein Tragblech 39, welches eine Bratenform 40 mit dem
Braten 15 trägt. Des Weiteren ist eine Ofenbeleuchtung 41 vorgesehen,
wie dies üblich ist mit einer entsprechend temperaturfesten
Lampe. Schließlich ist noch eine Ofensteuerung 42 vorgesehen,
welche u. a. mit den Beheizungen 38a und 38b verbunden ist.
Des Weiteren ist die Ofensteuerung 42 mit Empfangsmitteln 44 verbunden,
welche beispielsweise an der Innenwand der Ofenmuffel 36 angeordnet
sein können.
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Rechts
in der Ofenmuffel 36 ist ein vorgenannter Aufbewahrungsbereich 46 für
eine Temperatursonde 11 dargestellt mit einer Kammer 47,
die sich ein Stück in die Ofenmuffel 36 erstreckt
und vor allem aus dieser herausläuft. Sie ist von der Ofenmuffel 36 aus
durch eine Kammeröffnung 48 erreichbar zum dargestellten
Einstecken der Temperatursonde 11a. Des Weiteren ist die
Kammer 47 sowohl durch ihren konstruktiven Aufbau, der
hier nicht näher dargestellt ist, als auch durch ihren
Verlauf im wesentlichen außerhalb der Ofenmuffel 36 so
ausgebildet, dass eine Temperatur darin erheblich niedriger ist
als in der Ofenmuffel 36 selber, vorteilhaft 120°C
oder sogar nur 100°C nicht übersteigt. Dies wird
nachfolgend noch näher erläutert. Des Weiteren
ist an der Kammer 47 ein Schalter 50 mit einem
Schaltarm 51 vorgesehen. Schalter 50 und Schalterarm 51 sind
so ausgebildet, dass bei leerer Kammer 47 bzw. ohne Temperatursonde 11 der
Schaltarm 51 beispielsweise nach unten hängt.
Durch Einstecken der Temperatursonde 11a wird er nach rechts
ausgelenkt und betätigt den Schalter 50. Die Ofensteuerung 42 ist
mit dem Schalter 50 elektrisch verbunden und registriert so
dessen Schaltzustand und damit auch, wenn durch Auslenkung des Schaltarms 51 nach
links oder nach rechts der Schalter betätigt wird bzw.
eine Temperatursonde 11 in die Kammer 47 eingesteckt
ist oder nicht.
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Damit
zeigt also die 2 mit der Temperatursonde 11a den
eingangs genannten ersten Fall, dass nämlich die Temperatursonde 11a in
der Kammer 47 als Aufbewahrungsbereich 46 eingesteckt
ist, weil sie nicht benötigt wird. Gleichzeitig wird dadurch erreicht,
dass die Temperatursonde 11a bzw. eine darin enthaltene
Elektronik 25 vor Übertemperatur geschützt
ist durch die niedrigere Temperatur in der Kammer 47 und
damit nicht beschädigt wird. Die Ofensteuerung 42 erkennt
diesen ersten Fall über den Betätigungszustand
des Schalters 50.
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Der
eingangs genannte zweite Fall mit der in den Braten 15 eingesteckten
Temperatursonde 11b führt dazu, dass aufgrund
der zu 1 beschriebenen Temperaturdifferenz elektrische
Energie von dem Thermogenerator 31 erzeugt wird und die
Temperatursonde 11b Temperaturinformationen über
die Sendemittel 21 an die Empfangsmittel 44 sendet.
Die Ofensteuerung 42 erhält diese Temperaturinformationen
von den Empfangsmitteln 44 und wertet sie aus, beispielsweise
für ein Automatikprogramm zum Garen des Bratens 15.
Durch das Einstecken der Temperatursonde 11b in den Braten 15 bleibt
hier die Elektronik 25 unterhalb einer kritischen Temperatur.
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Der
eingangs genannte dritte Fall ist durch die Temperatursonde 11c veranschaulicht.
Hier ist die Temperatursonde 11c sozusagen vergessen worden
bzw. liegt auf dem Backblech 39. Dadurch ist sie der Temperatur
in der Ofenmuffel 36 voll ausgesetzt und sie bzw. die Elektronik 25 könnte
bei Betrieb beschädigt werden durch zu starkes Aufheizen.
Dieser dritte Fall, kann dadurch erkannt werden, dass auch nach
einigen Minuten eine Temperaturdifferenz an der Temperatursonde
fehlt und somit der Thermogenerator keine Energie erzeugen kann
zum Senden von Temperaturinformationen. Werden also keine Temperaturinformationen
an den Empfangsmitteln 44 empfangen und hat auch der Schalter 50 kein
Einstecken der Temperatursonde 11 in den Aufbewahrungsbereich 46 registriert,
erkennt dies die Ofensteuerung 42 als diesen dritten Fall.
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Der
dritte Fall wird sozusagen dadurch definiert, wenn weder der erste
noch der zweite Fall vorliegen. Die Ofensteuerung 42 verhindert
ein Aufheizen des Ofens auf eine für die Elektronik 25 schädliche
Temperatur. Gleichzeitig kann eine Art Warnsignal an eine Bedienperson
angezeigt werden.
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Da
der dritte Fall mit der Temperatursonde 11c bei einer photovoltaischen
Energieerzeugung nicht auf gleiche Art und Weise realisiert werden kann,
da diese nicht von einer Temperaturdifferenz abhängt, ist
hier eine Alternative notwendig. Vorteilhaft wird hier durch die
Energiegewinnung an der photovoltaischen Energieerzeugung bereits
eine Temperatur an dem Temperatursensor gemessen. Übersteigt
seine Temperatur einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 70°C
oder 80°C, so schaltet die Ofensteuerung wie im bestimmungsgemäßen Betrieb
ab. Gleichzeitig kann ein entsprechendes Warnsignal dadurch generiert
werden, dass die Temperatur noch weiter ansteigt und dies in Zeichen
dafür ist, dass die Temperatursonde nicht in einem Braten
stecken kann.
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Ein
derartiger Temperatursensor hinten an der Temperatursonde hätte
auch den Vorteil, dass er allgemein als Temperatursensor für
das Innere der Ofenmuffel 36 an einem relativ zentralen
Ort verwendet werden kann, wo normalerweise kein Temperatursensor
vorhanden ist. Insofern könnten dessen Temperaturinformationen
allgemein für den Betrieb des Ofens 35, insbesondere
mit einem Automatikprogramm, hilfreich und nützlich sein.
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In 3 ist
ein Teil einer Abwandlung einer Temperatursonde 111 ähnlich
derjenigen aus 1 dargestellt. Allerdings ist
hier als Unterschied eine erste Scheibe 127 als Warmseite
an ihrer Oberseite geschlossen, weist also keinen Durchgang für
eine Antenne an einem hinteren Ende auf. Am Außenrand ist
die erste Scheibe 127 nach innen um 180° umgebogen
bzw. umgebördelt und verläuft ein Stück
nach innen. Mittels einer Dichtung 132, die thermisch möglichst
gut isolieren sollte, hält sie eine zweite Scheibe 128 fest
und bildet mit ihr, ähnlich wie in 1 dargestellt,
ein Gehäuse für die Energieerzeugung 119.
Die zweite Scheibe 128 bildet die Kaltseite.
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Zwischen
den Scheiben 127 und 128 sind Thermogeneratoren 131 vorgesehen,
und zwar verteilt um eine untere Öffnung in der zweiten
Scheibe 128, welche ähnlich wie in 1 mit
einem rohrartigen Gehäusemantel 117 über
die Verschweißung 129 verbunden ist. Des Weiteren
ist die Elektronik 125 an der zweiten Scheibe 128 angebracht,
die kühler ist als die erste und in der Regel ausreichend
kühl, um die Elektronik 125 nicht zu beschädigen.
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Die
Fläche der ersten Scheibe 127 ist stark vergrößert
im Verhältnis zu 1, und zwar
nahezu verdoppelt. Dies ermöglicht eine bessere und schnellere
Aufheizung der ersten Scheibe 127 auf eine Ofentemperatur.
Die zweite Scheibe 128 ist verkleinert, was wiederum den
Einfluss der Ofentemperatur auf sie als Kaltseite verringert und
diese somit noch kühler bleibt. So ist also durch die Ausbildung
der beiden Scheiben 127 und 128 eine erzielbare
Temperaturdifferenz für die Thermogeneratoren 131 größer und
somit die Energieausbeute besser.
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Bei
der zweiten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung
gemäß 4 ist eine scheibenartige Temperatursonde 211 in
einem Ofen 235 vorgesehen. Oberhalb einer unteren Beheizung 238b trägt ein
Backblech 240 eine Pizza 215 als Gargut. Sowohl durch
die untere Heizung 238b als auch durch eine nicht dargestellte
obere Heizung des Backofens 235 wird der Innenraum 236 erwärmt
wie sonst üblich beim Zubereiten von Pizza.
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Da
bei einem Gargut wie beispielsweise der Pizza 215 eine
spießartige Temperatursonde ähnlich 1 nicht
eingesteckt werden könnte, sind hier die vorbeschriebenen
scheibenartigen Temperatursonden 211a oder 211b vorgesehen.
Die Temperatursonde 211a wird mit ihrer Unterseite, welche
einer Kaltseite entspricht, direkt auf die Pizza aufgelegt. Die
Temperatursonde 211b, die von unten an dem Backblech 240 befestigt
ist, wird mit ihrer Kaltseite nach oben, also zur Pizza 215 hin,
angeordnet. Eine Anordnung einer Temperatursonde 211b an
der Unterseite des Backblechs 240 kann entweder durch eine
mechanische Halterung in beliebiger Form erfolgen oder durch eine
magnetische Halterung. Alternativ kann eine Temperatursonde auch
fest in ein Backblech integriert bzw. eingebaut sein.
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Aus 5 ist
der genaue Aufbau einer solchen scheibenartigen Temperatursonde 211 zu
ersehen. Eine erste Scheibe 227 bildet die Warmseite. Sie
ist, ähnlich wie in 1, über
Dichtungen 232 mit einer zweiten Scheibe 228 verbunden,
welche eine Kaltseite bildet. Zwischen den Scheiben sind zwei oder
noch mehr Thermogeneratoren 231 angeordnet, die mit einer
Elektronik 225 zur Energieversorgung verbunden sind. Des
Weiteren enthält die Elektronik 225 auch eine
Sendeeinrichtung und ist mit der ersten Scheibe 227 als
Antenne verbunden.
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In 5 ist, ähnlich
wie in 1, durch durchgezogene und gestrichelte Pfeile
eine Wärmeeinwirkung auf die Warmseite der ersten Scheibe 227 und
eine Kühlung der Kaltseite der zweiten Scheibe 228 durch
Auflegen auf die Pizza 215 dargestellt. Zwar ist hier davon
auszugehen, dass eine Temperaturdifferenz geringer sein kann als
bei einer einzusteckenden, spießartigen Temperatursonde.
Allerdings ist immer noch eine Kühlung durch das flächige
Auflegen der Temperatursonde 211 auf die Pizza 215 gegeben.
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Dadurch,
dass die Elektronik 225 wie in 3 an der
zweiten Scheibe 228 angeordnet ist und etwas Abstand zu
der ersten Scheibe 227 aufweist, bleibt sie kühl.
Unter Umständen kann es aber notwendig werden, eine genannte
temperaturfeste Elektronik zu verwenden. Durch die Anbringung des
Temperatursensors 224 an der zweiten Scheibe 228,
wel che thermisch mit der Pizza direkt oder über das Blech 240 gekoppelt
ist, kann er deren Temperatur relativ genau erkennen. Unter Umständen
können hier in der Elektronik 225 oder einer Ofensteuerung auch
noch Korrekturfaktoren verwendet werden.
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Aus 4 ist
auch zu erkennen, dass zumindest bei Anordnung einer Temperatursonde 211a oben
auf der Pizza 215 eine Energieerzeugung auch über
eine vorbeschriebene Photovoltaik erfolgen könnte, wobei
dann bei der Temperatursonde 211 gemäß 5 die
erste Scheibe 227 eine entsprechende Solarzellenbelegung
aufweist. Des Weiteren ist das Senden der Temperaturinformationen
nach oben vom Backblech 240 weg kein Problem. Für
eine Temperatursonde 211b unter dem Backblech 240 ist
entweder ein spezielles Backblech vorzusehen, welches das Senden
der Temperaturinformationen nicht behindert. Alternativ könnte
ein weiterer Empfänger unterhalb des Backblechs 240 im
Ofen 235 vorgesehen sein. Bei der Temperatursonde 211b bzw.
ihrer Anordnung unter dem Backblech 240 ist die Verwendung
einer photovoltaischen Energieerzeugung weniger vorteilhaft.
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Schließlich
ist es möglich, dass in einem Ofen verschiedenartige Temperatursonden
betrieben werden können, also sowohl spießartige
Temperatursonden 11 gemäß 2 zum
Einstecken in Gargut als auch flache bzw. scheibenartige Temperatursonden 211 gemäß 4 zum
Auflegen. Über eine Kodierung ihrer Funksignale bzw. Temperaturinformationen
können sie unterschieden werden und der Ofen kann sich
mit seiner Ofensteuerung selbsttätig darauf einstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 687666
A [0002]
- - EP 1624724 A [0003]