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Die Erfindung betrifft einen Ofen, insbesondere einen Backofen, mit einem im Ofen angeordneten Heizkörper mit einer metallischen Außenhülle, einem Halteflansch und einer Abfrageantenne eines drahtlosen Messsystems, insbesondere eines Temperaturmesssystems, zur Überwachung eines Ofengutes.
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Stand der Technik für Öfen mit einem drahtlosen Messsystem, insbesondere zur Temperaturüberwachung des Ofengutes, sind Geräte, in denen im Inneren des Ofens eine elektromagnetische Welle ausgestrahlt wird, die durch die Sensorbaugruppe moduliert oder deren Energie in der Sensorbaugruppe des Messsystems zwischengespeichert wird. Die in der Sensorbaugruppe gespeicherte Energie wird entweder dazu verwendet, eine aktive Elektronik zu speisen oder eine Eigenschwingung eines resonanten Sensors aufrecht zu erhalten. In jedem Fall wird eine Abfrageantenne im Inneren des Ofens zur Abstrahlung der Energie und zum Empfang des Sensorsignals benötigt.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 018 015 B3 offenbart ein Gargerät mit einer drahtlosen Messeinrichtung, bei dem die Sende- und Empfangsantenne der Messelektronik Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung des Innenraums ist. Einen Nachteil dieser Lösung bildet, dass ein zusätzliches Bauteil in das Gargerät integriert werden muss.
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Aus der
DE 10 2005 046 012 B3 ist eine Antennenanordnung für den Signalaustausch zwischen einer Sende- und Empfangseinrichtung eines Haushaltgerätes mit einem beheizbaren Behandlungsraum bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Empfangseinrichtung über eine gemeinsame Haltevorrichtung mit einem Heizelement an einer Behandlungsraumwand gehalten wird. Nachteil dieser Lösung ist zum einen, dass ein weiteres Bauteil in den Behandlungsraum integriert werden muss und zum anderen, dass die zusätzlich in den Bauraum integrierte Abfrageantenne zumindest teilweise der unmittelbaren Schmutzeinwirkung während eines Garvorgangs ausgesetzt ist.
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Des Weiteren ist aus
DE 10 2007 043 370 B3 ein Ofen mit einer Abfrageantenne bekannt, wobei auch hier nachteilig ein zusätzliches, als Antenne fungierendes, Bauteil in dem Behandlungsraum des Ofens angeordnet werden muss.
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Die
DE 10 2007 035 357 A1 präsentiert eine Antennenstruktur für ein Gargerät, die an der Wand des Gargeräts angeordnet ist, wobei die Antennen der Antennenstruktur so miteinander gekoppelt sind, dass die Längen der Leitungen zu den Antennen auf ganzzahlige Vielfache von λ/2 und/oder λ/4 abgestimmt sind. Auch bei diesem Lösungsvorschlag werden zusätzliche Bauteile im Garraum angeordnet.
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Aus der
DE 10 2009 027 920 A1 ist ein Gargerät mit einer drahtlosen Messeinrichtung bekannt, bei dem die Antenne Bestandteil des Lüfters oder des, den Lüfter antreibenden, Elektromotors ist. Nachteil dieser Lösung ist, dass der Lüfter hinter einer Prallwand angeordnet ist und deshalb zur Ankopplung der Antenne an den Sensor im Garraum die in der Prallwand vorhandenen Ansaug- und Austrittsöffnungen hierfür angepasst werden müssen. Dies erschwert die Auslegung dieser Öffnungen für ihren primären Zweck, der optimalen Luftverteilung im Backofen.
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In der
DE 10 2009 027 920 A1 wird weiterhin eine Antenne in der Hohlwelle des Elektromotors angeordnet vorgeschlagen.
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Hauptnachteil dieses Vorschlags ist die vorgesehene Signalankopplung mittels Schleifkontakten. Diese technische Lösung ist sowohl aufwendig als auch äußerst störanfällig.
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Die Nachteile der bekannten technischen Lösungen sind, dass entweder zusätzliche Bauteile in den Ofen zu integrieren sind, welche zumeist der unmittelbaren Schmutz- und Hitzeeinwirkung ausgesetzt sind und welche unter Umständen einen erheblichen Anschlussaufwand, beziehungsweise zusätzliche Anschlussvorrichtungen bedingen oder dass schon existierende Baugruppen für diese Zusatzfunktion modifiziert werden müssen, die dadurch komplizierter, störanfälliger und teuerer werden oder die eine Veränderung des thermische Verhaltens verursachen können. Somit kann mit den bekannten Lösungsansätzen kein drahtloses Messsystem einfach und platzsparend in einem schon thermisch optimierten bzw. in ein schon existierendes Gerät integriert werden.
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Darüber hinaus ist aus Druckschrift
DE 29 35 282 A1 ein Ofen mit einer Abfrageantenne bekannt, wobei die Abfrageantenne durch einen Heizkörper des Ofens gebildet wird. Der Nachteil an der hier aufgezeigten Lösung besteht insbesondere darin, dass für der Heizkörper auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Ofens gehaltert wird und somit ebenfalls zwei getrennte Halteeinrichtungen vorgesehen werden müssen. Insbesondere ist eine einfache Montage der Abfrageantenne, bei einer anschlussseitigen Vorkonfektionierung der Abfrageantenne, bei der hier aufgezeigten Lösung nicht möglich.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik, einen Ofen mit einer Abfrageantenne eines drahtlosen Messsystems bereitzustellen, bei welchem die Abfrageantenne ohne zusätzliche Bauteile im Inneren des Ofens ausgebildet wird, die Abfrageantenne besonders einfach in den Ofen integrierbar und anschließbar ausgebildet ist, die thermische Auslegung des Ofens durch die Abfrageantenne des Messsystems nicht beeinflusst wird und bei welchem eine einfache Austauschbarkeit und Nachrüstbarkeit der Abfrageantenne gegeben ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Ofen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Ofen weist einen, im Behandlungsraum des Ofens angeordneten, Heizkörper mit einer metallischen Außenhülle, einen Halteflansch sowie eine Abfrageantenne eines drahtlosen Messsystems zur Überwachung des Ofengutes, im Falle von Lebensmitteln auch als Gargut bezeichnet, auf. Bei der Überwachung des Ofengutes handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um die Erfassung der Temperatur in dessen Inneren und somit, im Falle von Lebensmitteln, dessen Gartemperatur.
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Die Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems wird erfindungsgemäß besonders vorteilhaft durch den Heizkörper des Ofens selbst gebildet.
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Heizkörper mit metallischer Außenhülle werden auch als Rohrheizkörper bezeichnet. Der Heizkörper ist mit zwei vorzugsweise parallelen Anschlussenden ausgebildet und erfindungsgemäß über seine metallische Außenhülle derart an dem Halteflansch befestigt, dass die beiden parallelen Anschlussenden des Heizkörpers so eng beieinander liegen, dass diese in dem gemeinsamen Halteflansch angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist es vorzugsweise möglich, den Heizkörper mit dem Halteflansch so vorzukonfektionieren, dass beide Elemente vor dem Einsetzen in das Gehäuseinnere des Ofens zu einer Baugruppe vereint werden und die gesamte Baugruppe in einer entsprechend korrespondierenden Ausnehmung der Behandlungsraumwandung befestigt wird. Alternativ ist es von der Erfindung jedoch auch umfasst, dass der Halteflansch integraler Bestandteil der Behandlungsraumwandung ist.
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Die Abfrageantenne ist Bestandteil eines drahtlosen Messsystems. Durch diese wird während des Betriebs des drahtlosen Messsystems ein Abfragesignal, beispielsweise an eine, in das Gargut eingebrachte, Sensorbaugruppe, ausgegeben. Nach dem Empfang des Abfragesignals wird durch die Sensorbaugruppe ein Temperatursignal ausgegeben, welches von der Abfrageantenne empfangen und auswert- beziehungsweise weiterverwendbar zur Verfügung gestellt wird.
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Die Abfrageantenne wird durch die metallische Außenhülle des Heizkörpers gebildet. Es wurde als besonderer Vorteil dabei gefunden, dass ein üblicher Heizkörper und sogar ein bereits in einem Ofen vorhandener Heizkörper mit sehr geringem Aufwand in seinem Aufbau so modifizierbar ist, dass dieser als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems angewendet werden kann. Hierzu reicht es aus, dass die Außenhülle einseitig gegenüber dem Halteflansch elektrisch isoliert ausgeführt wird. Dies bedeutet, dass die metallische Außenhülle an zumindest einem Anschlussende des Heizkörpers elektrisch isoliert von dem Halteflansch ausgeführt ist.
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Dabei ist die Isolierung der metallischen Außenhülle des Heizkörpers besonders vorteilhaft so ausgebildet, dass die metallische Außenhülle des Heizkörpers an dem isolierten Anschlussende durch den isolierten Abschnitt des Halteflansches und somit aus dem Behandlungsraum des Ofens herausgeführt wird. Es müssen somit als besonderer Vorteil keine zusätzlichen Anschlussvorrichtungen des drahtlosen Messsystems in das Innere des Ofens und somit in den Behandlungsraum eingebracht werden. Zudem unterliegt das Anschlussfeld nicht der vollen thermischen Beaufschlagung wie in dem Behandlungsraum. Zudem bleibt die mechanische Halte- und Schutzfunktion der metallischen Außenhülle auch an dem isolierten Anschlussende nutzbar.
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Des Weiteren müssen in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausführung des Rohrheizkörpers lediglich etwaige Abstandshalter auf der metallischen Außenhülle des Heizkörpers aus Metall entfernt oder durch isolierende Abstandshalter ersetzt werden.
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Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, alle metallischen Abstandshalter durch isolierende Abstandselemente zu ersetzen. Es müssen lediglich so viele metallische Abstandshalter ersetzt werden, dass zwischen dem isolierten Anschlussende und dem ersten elektrisch nicht isolierenden Abstandhalter, welcher einen Kontaktpunkt zur Masse bildet, eine minimal erforderliche, wirksame Länge der metallischen Außenhülle als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems bereit gestellt wird.
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Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß auch möglich, den Heizkörper komplett von der Behandlungsraumwandung des Ofens und somit von der Masse zu isolieren, was je nach Anwendungsfall, insbesondere je nach benötigter Länge der Abfrageantenne, zweckmäßig sein kann. Hierbei wird zusätzlich auch an dem zweiten Anschlussende des Heizkörpers die metallische Außenhülle elektrisch von dem Halteflansch isoliert.
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Für die Isolierung des Heizkörpers, sowohl im Bereich des Halteflansches, als auch in Bezug auf die isolierenden Abstandselemente, kommen erfindungsgemäß sämtliche nicht elektrisch leitfähigen Werkstoffe in Betracht, welche darüber hinaus über eine ausreichende Wärmebeständigkeit verfügen.
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Der, in dem Ofen vorhandene, Heizkörper wird zu dessen Verwendung als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems mit einer Messelektronik, auch als Abfrageelektronik bezeichnet, verbunden. Die Abfrageelektronik ist im vorliegenden Fall integraler Bestandteil des drahtlosen Messsystems.
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Dabei ermöglicht die eng beieinanderliegende, vorzugsweise parallele Anordnung der freien Enden des Heizkörpers in dem Halteflansch als besonderen Vorteil einen einfachen Anschluss eines Koaxialkabels an die freien Enden des Heizkörpers. Der Anschluss des Koaxialkabels erfolgt dabei bei einem einseitig elektrisch isolierten Heizkörper erfindungsgemäß derart, dass der Innenleiter des Koaxialkabels mit der metallischen Außenhülle an dem elektrisch isolierten Anschlussende des Heizkörpers verbunden wird. Die metallische Außenhülle an dem nicht elektrisch isolierten Anschlussende des Heizkörpers wird mit dem Außenleiter des Koaxialkabels verbunden, wodurch der Außenleiter des Koaxialkabels über den Halteflansch mit der Behandlungsraumwandung und somit mit der Masse verbunden ist.
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Die Erfindung stellt somit einen Ofen bereit, bei dem der ohnehin vorhandene Heizkörper als Abfrageantenne eines drahtlosen Messsystems arbeitet, wobei zum einen keine zusätzlichen, als Abfrageantenne fungierenden, Elemente in dem Behandlungsraum angeordnet werden müssen und wobei zum anderen der Anschluss der Abfrageantenne an die Leitung von der erforderlichen Messelektronik durch die eng beieinanderliegend angeordneten, vorzugsweise parallelen Anschlussenden des Heizkörpers besonders einfach und mit wenig Anschlussaufwand bewirkt wird. Da keine weiteren Bauteile erforderlich sind, wird das verfügbare Volumen des Behandlungsraumes nicht reduziert. Es besteht auch fertigungstechnologisch ein Vorteil durch ein gemeinsames Anschlussfeld sowohl für das Heizelement als auch für die Abfrageantenne. Der Verdrahtungsaufwand kann so optimiert werden. Zudem können zumindest abschnittsweise die Leitungen für den Anschluss des Heizelements und für den Anschluss der Abfrageantenne gemeinsam in dem Ofen verlegt werden.
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Da ein derartiger Heizkörper in nahezu jedem, im Haushalt oder in der Industrie verwendeten Ofen vorhanden ist, wird es durch die Erfindung besonders vorteilhaft ebenfalls ermöglicht, dass diese Öfen über den vorab dargestellten Weg auf einfache und kostengünstige Weise mit einem drahtlosen Messsystem nachrüstbar sind. Vorzugsweise wird dazu ein Austausch gegen einen erfindungsgemäß vorkonfektionierten Heizkörper mit isoliertem Anschlussende mit im übrigen gleichen Einbaumaßen vorgenommen.
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Auch bei einer Neukonzeption eines Ofens bietet der aufgezeigte Lösungsansatz den Vorteil, dass die Zusatzfunktion des Heizkörpers als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems die thermische Auslegung des Ofens nicht beeinflusst und somit bei dieser nicht beachtet werden muss, was sich wiederum positiv auf die Entwicklungskosten eines derartigen Ofens auswirkt.
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Insbesondere bei der Verwendung einer Arbeitsfrequenz für das drahtlose Messsystem, dessen Wellenlänge im Bereich der Dimensionen des Ofenraums liegt, arbeitet die Abfrageantenne des Systems als ein Teil eines kapazitiven oder induktiven Übertragers und nicht als Antenne im eigentlichen Sinne. Zur besseren Verständlichkeit der Ausführungen werden jedoch in dieser Beschreibung die üblichen Bezeichnungen Abfrage- und Sensorantenne verwendet. Da es technisch also um die Optimierung eines Übertragers geht, spielen die Dimensionen der Abfrageantenne für die Energieübertragung zur Anregung oder zur Versorgung des drahtlosen Messsystems nur eine untergeordnete Rolle. Es ist wichtiger, das Energieübertragungssystem aus Abfrageantenne und Sensorantenne im Ofen hinsichtlich der Leistungsübertragung zu optimieren.
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Durch die Verhinderung von Kurzschlüssen, also elektrischen Verbindungen zwischen Abschnitten der metallischen Außenhülle über Abstandshalter wird als Vorteil erreicht, dass die gesamte Länge der metallischen Außenhülle als Abfrageantenne wirksam wird und dadurch das Übertragungsverhalten verbessert werden kann.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Isolierung der metallischen Außenhülle des Heizkörpers gegenüber dem Halteflansch an dem elektrisch isolierten Anschlussende zugleich eine mechanisch feste Verbindung ausbildet. Als besonderer Vorteil wird dadurch neben der elektrischen Isolierung zugleich die Haltefunktion zwischen Außenhülle und Halteflansch nicht beeinträchtigt.
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Der erfindungsgemäß verwendete Isolator besteht in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung aus einem Keramikmaterial. Das Keramikmaterial weist neben einer schlechten elektrischen Leitfähigkeit auch eine hohe Wärmefestigkeit bei gleichzeitiger mechanischer Stabilität auf, wodurch es sich besonders vorteilhaft als Isolator für die Außenhülle des Heizkörpers eignet.
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In einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten Anschlussende des Heizkörpers auch dessen zweites Anschlussende elektrisch gegenüber dem Halteflansch isoliert. Damit kann auch das zweite Anschlussende ohne notwendigen Massekontakt betrieben werden.
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Um das Energieübertragungssystem aus Abfrageantenne und Sensorantenne im Ofen hinsichtlich der Leistungsübertragung zu optimieren, wird in einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung eine Anpassschaltung zwischen der Abfrageelektronik des drahtlosen Messsystems und dem elektrisch isolierten Ende des Heizkörpers angeordnet. Dabei wird durch die Anpassschaltung insbesondere die Impedanz der Abfrageantenne an die Abfrageelektronik angepasst. Dies kann beispielsweise durch ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Impedanz der Abfrageantenne an die Abfrageelektronik erfolgen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Länge der Anschlussleitung so optimiert wird, dass eine möglichst gute Leistungsanpassung erfolgt.
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Ein erfindungsgemäßer Ofen weist in einer besonders bevorzugten Variante mehrere Heizkörper auf, welche als Abfrageantennen eines drahtlosen Messsystems fungieren. Hierdurch kann insbesondere die Signalübertragung in dem Gehäuseinneren eines großen Ofens verbessert werden. Zudem können beispielsweise mehrere Ofengüter mittels separater Systeme unabhängig voneinander überwacht werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Abfrageelektronik des drahtlosen Messsystems und dem elektrisch isolierten Ende des Heizkörpers eine Überspannungsschutzschaltung angeordnet ist.
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Der als Abfrageantenne arbeitende Heizkörper ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung als Ringheizkörper ausgebildet. Bei einem solchen Ringheizkörper handelt es sich um ringförmige Umluft- oder Heissluftheizkörper.
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Der als Abfrageantenne arbeitende Heizkörper ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung als großflächiger Grillheizkörper ausgebildet.
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Das drahtlose Messsystem weist in einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung mindestens eine Sensorbaugruppe mit einem Speicher für die Feldenergie auf, wobei dieser entweder zur Versorgung einer aktiven Sensorelektronik oder in Form eines Resonators zur Aufrechterhaltung der Schwingung auf der temperaturabhängigen Eigenfrequenz dient.
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Darüber hinaus weist das drahtlose Messsystem in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung mindestens eine Sensorbaugruppe zur temperaturabhängigen Modulation des Anregungsfeldes, wie bei RFID-Transpondern üblich, auf.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ofens mit einem drahtlosen Messsystem ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
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1 Ofen mit Heizkörper und drahtlosem Messsystem,
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2 Heizköper als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems,
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3 Heizköper mit Anpassschaltung als Abfrageantenne des drahtlosen Messsystems.
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1 ist eine stark vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Ofens 1, in der nur die, für das Verständnis der Erfindung maßgeblichen, Teile des Ofens dargestellt werden. Sie zeigt den prinzipiellen Aufbau des Ofens 1 mit einem, im Behandlungsraum des Ofens 1 angeordnetem Heizkörper 2 als Abfrageantenne eines drahtlosen Mess-, insbesondere Temperaturmesssystems.
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Die metallische Außenhülle ist an dem einen Anschlussende des Heizkörpers 2 mit einem Heizkörperflansch 3 verbunden; an dem andere Anschlussende ist die metallische Außenhülle dieses Heizkörpers 2 durch einen Isolator 4 vom Halteflansch 3 elektisch isoliert.
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Die Sensorbaugruppe 5 des drahtlosen Messsystems wird in einer typischen Gebrauchslage gezeigt.
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2 zeigt den gesondert den Heizkörper 2, dessen eines Ende direkt mit dem Halteflansch 3 verbunden ist, während das andere Ende durch einen Isolator 4 im Halteflansch fixiert ist. Dabei ist die metallische Außenhülle auch an dem isolierten Ende durch den Isolator 4 und durch den Halteflansch 3 geführt und steht so auf der dem Behandlungsraum abgewandten Seite des Halteflansches als unmittelbarer elektrischer Anschluss zur Verfügung. Die Anschlussleitung 6 ist an Laschen an der metallischen Außenhülle des Heizkörpers 2 befestigt. Dabei ist die Anschlussleitung 6 als Koaxialleitung ausgebildet, wobei der Signalausgang der Abfrageelektronik auf dem Mittelleiter liegt. Der Mittelleiter der Koaxialleitung ist an dem isolierten Ende das Heizkörpers 2 mit dessen metallischer Außenhülle verbunden, während der Schirm der Koaxialleitung an dem nicht isolierten Ende des Heizkörpers mit dessen metallischer Außenhülle verbunden ist und damit auf Masse liegt.
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In 3 ist zwischen dem Heizkörper 2 und der Anschlussleitung 6 eine Anpassschaltung 7 schematisch dargestellt.
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Die Erfindung ist nicht nur auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise kann auch in technischen Öfen dieses Prinzip vorteilhaft angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ofen
- 2
- Heizkörper
- 3
- Halteflansch
- 4
- Isolator
- 5
- Sensorbaugruppe
- 6
- Anschlussleitung
- 7
- Anpassschaltung
