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Die Erfindung betrifft ein Garsystem sowie einen kabellosen Temperaturfühler zur Verwendung in einem derartigen Garsystem.
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Zur Zubereitung von Lebensmitteln können verschiedene Arten von Küchengeräten verwendet werden, welche auch als Gargeräte bezeichnet werden können. Zu den Gargeräten gehören zum Beispiel die Backöfen, die Dampfgarer, die Mikrowellengargeräte sowie kombinierte Geräte hieraus. Derartige Gargeräte weisen einen im Betrieb geschlossenen Garraum auf, in welchem das zu garende Lebensmittel als Gargut aufgenommen und mit den entsprechenden Garprozessen gegart werden kann.
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Da sich bei derartigen Gargeräten das Gargut während des Garprozesses im geschlossenen Garraum befindet, wird es einem Benutzer erschwert, den Verlauf des Garprozesses zu überwachen. Insbesondere stehen dem Benutzer die Temperatur des Garguts und insbesondere die Temperatur im Inneren des Garguts, welche auch als Kerntemperatur bezeichnet werden kann, nicht zur Verfügung. Dies kann dem Benutzer die gewünschte bzw. erfolgreiche Durchführung des Garprozesses erschweren bzw. nicht zum gewünschten Ergebnis des Garprozesses führen.
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Für Backöfen und Dampfgarer ist es daher bekannt, einen Temperaturfühler als separates, kabelloses Gerät während eines derartigen Garprozesses zu verwenden. Derartige Temperaturfühler sind üblicherweise in der Form eines Stiftes oder Spießes ausgebildet und weisen eine Messspitze eines Temperatursensors auf, mit welcher der Temperaturfühler in das Gargut gesteckt wird. Derartige Temperaturfühler können daher auch als Garspieße bezeichnet werden.
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Der Temperaturfühler ist üblicherweise dazu ausgebildet, so dass die vom Temperatursensor im Inneren des Garguts erfasste Temperatur die Hochfrequenz-Charakteristik des Temperaturfühlers verändert. Wird nun vom Gargerät ein Signal in Form eines hochfrequenten Anregungssignals drahtlos an den Temperaturfühler ausgesendet und das hochfrequente Anregungssignals dort mittels einer Antenne empfangen, so führt dies seitens des Temperaturfühlers zu einer Resonanz. Entsprechend wird von der Antenne des Temperaturfühlers (typisch z.B. 10-100 °C) als Antwort ein hochfrequentes Signal ausgesendet, das von der Temperatur abhängt, welche vom Temperatursensor erfasst wird.
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Aufgrund des hochfrequenten Antwortsignals, welches vom Gargerät empfangen werden kann, kann somit auf die Temperatur des Gargutes geschlossen werden.
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Durch die frequenzabhängigen Anregungssignale schwingt beispielsweise ein üblicherweise verwendeter „surface acoustic wave“ (SAW) -Sensor auf dieser Frequenz. Je näher die Anregungsfrequenz an der Resonanzfrequenz des SAWs liegt, desto stärker ist das Schwingverhalten. Wenn die Anregung dann abgeschaltet wird, kommt es je nach Abstand von Anregungs- zu Resonanzfrequenz zu einem Ausschwingsignal. In dieser Zeit wird diese Frequenz von der Antenne abgestrahlt und von der Empfangselektronik auf Geräteseite empfangen. Durch eine Variation der Anregungsfrequenzen und Bewertung der empfangenen Ausschwingvorgänge kann die Resonanzfrequenz des SAW und damit die Temperatur bestimmt werden.
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Bei einem bekannten Verfahren wird dazu eine hochfrequente elektromagnetische Erregerwelle mittels einer Verarbeitungseinheit des Haushaltsgeräts erzeugt. Die vorher festgelegte Sendefrequenz ist aus einem Frequenzband, in dem die temperaturabhängigen Resonanzfrequenzen eines in einer Temperaturmesssonde integrierten LC-Resonanzkreises enthalten sind, die den bei dem Betrieb des Haushaltsgeräts an der Temperaturmesssonde zu erwartenden Temperaturen entsprechen. Während einer ersten Phase wird die Erregerwelle drahtlos auf den LC-Resonanzkreis der Temperaturmesssonde übertragen. Als Folge davon wird in dem LC-Resonanzkreis eine elektromagnetische Antwortwelle erzeugt, die während einer an die erste Phase unmittelbar anschließenden zweiten Phase drahtlos an die Verarbeitungseinheit rückübertragen wird. Der vorgenannte Verfahrensablauf wiederholt sich fortlaufend, wobei die Sendefrequenz in festgelegten Frequenzschritten erhöht wird, bis das Frequenzband durchlaufen ist. Die von der Verarbeitungseinheit empfangenen Antwortwellen werden in Antwortsignale umgewandelt und in einer Auswerteschaltung der Verarbeitungseinheit wird mittels eines Impulszählers die temperaturabhängige Resonanzfrequenz und damit die Temperatur an der Temperaturmesssonde ermittelt.
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Das Gargerät kann dann die sensorisch erfasste Temperatur des Garguts dem Benutzer anzeigen. Derartige Möglichkeiten zur Kerntemperaturmessung im Gargut mittels drahtloser Temperaturmesstechnik in Backöfen und Dampfgareren werden aktuell am Markt in Serie angeboten. Für Mikrowellengeräte wird die Technik bisher jedoch nicht eingesetzt, da die hohen Mikrowellenleistungen, welche für das Garen des Garguts erforderlich sind, die drahtlose Temperaturmessung behindern und gegebenenfalls Schäden an dem Temperatursensor verursachen können. Doch gerade in Mikrowellengargeräten hat der Benutzer häufig nur eine schlechte Vorstellung von dem Zusammenhang zwischen Temperatur, Mikrowellenleistung, Garzeit und Gargut. Eine drahtlose Temperaturmesstechnik bei Mikrowellengargeräten könnte daher einen großen Nutzen beim Benutzer erzeugen.
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Es ist aus der Patentliteratur bekannt, sich mit der drahtlosen Temperaturmesstechnik in Mikrowellengargeräten zu befassen. In diesen Schriften werden Verfahren zur Unterdrückung der Mikrowellenleistung bei Mikrowellengargeräten mittels Lambda/4-Resonatoren als Mikrostreifenleitung beschrieben, so dass ein Mikrowellenfilter in den Abmessungen der Wellenlänge der Mikrowellenfrequenz zur Unterdrückung der Mikrowellenleistung bei dem Temperaturfühler verwendet werden kann. Durch die Bindung an die Wellenlänge der Mikrowellen ist die benötigte Filterabmessung jedoch verhältnismäßig groß und damit schwierig in den Temperaturfühler als Temperaturspieß zu integrieren. Diese Nachteile können Auswirkungen auf die Filterdämpfung zeigen und somit ggf. lediglich eine unzureichende Signaldämpfung ermöglichen.
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Entsprechende Temperaturfühler für Mikrowellengargeräte sowie entsprechende Mikrowellengargeräte sind bisher nicht am Markt verfügbar.
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Der Erfindung stellt sich das Problem, ein Garsystem der eingangs beschriebenen Art mit einem Mikrowellengargerät und mit einem separaten Temperaturfühler zur Verfügung zu stellen, ohne die zuvor beschriebenen Nachteile aufzuweisen. Insbesondere soll ein derartiger Temperaturfühler vor Mikrowellenstrahlung geschützt werden können. Dies soll insbesondere möglichst einfach, verlässlich, bauraumsparend, kostengünstig und bzw. oder langlebig erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Garsystemen geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Temperaturfühler sowie ein Garsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Somit betrifft die Erfindung ein Garsystem mit einem Mikrowellengargerät mit einem Garraum zur Aufnahme eines Garguts und mit wenigstens einem separaten Temperaturfühler, welcher ausgebildet ist, eine Temperatur des Garguts, vorzugsweise berührend, zu erfassen. Mit anderen Worten bilden wenigstens ein Mikrowellengargerät und ein Temperaturfühler, welcher ein separates Bauteil darstellt, zusammen das erfindungsgemäße Garsystem. Das Mikrowellengargerät kann lediglich zum Garen mittels Mikrowellen ausgebildet oder ein Kombinationsgerät zur Nutzung wenigstens auch eines weiteren Garverfahrens sein.
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Das Erfassen der aktuellen Temperatur des Garguts durch den Temperaturfühler erfolgt dabei sensorisch mittels eines entsprechenden Temperatursensors. Hierzu kann der Temperaturfühler in ausreichender Nähe des Garguts im Garraum angeordnet werden. Insbesondere kann der Temperaturfühler bzw. dessen Temperatursensor hierzu auf das Gargut gerichtet werden. Besonders bevorzugt kann der Temperaturfühler bzw. dessen Temperatursensor hierzu innerhalb des Garguts angeordnet werden, indem der Temperaturfühler bzw. dessen Temperatursensor insbesondere innerhalb des Garguts abgelegt oder in das Gargut hineingesteckt wird.
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Der Temperaturfühler weist neben dem Temperatursensor wenigstens eine Antenne auf, welche elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Ferner weist der Temperaturfühler wenigstens eine Filtereinheit auf, welche zwischen dem Temperatursensor und der Antenne angeordnet und ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich zwischen dem Temperatursensor und der Antenne zu dämpfen.
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Auf diese Art und Weise kann die Mikrowellenstrahlung im Betrieb des Mikrowellengargeräts sowohl vom Temperatursensor abgehalten werden, sodass ein Temperaturfühler vergleichbar wie bei Backöfen und Dampfgaren nun auch bei Mikrowellengargeräten trotz der dort im Betrieb auftretenden Mikrowellenstrahlung verwendet werden kann. Auf diese Art und Weise können die entsprechenden Eigenschaften und Vorteile von Temperaturfühlern auch auf Mikrowellengargeräte übertragen und dem Benutzer dort zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Filtereinheit als Keramikfilter ausgebildet. Unter einem Keramikfilter wird ein elektronisches Bauteil, insbesondere als SMD-Bauelement, verstanden, welches die erforderlichen Kapazitäts- und Induktivitätsstrukturen, insbesondere in Keramik-Schichten eingebettet und in einem Schichtstapel angeordnet, aufweist, um die gewünschte elektromagnetische Filterwirkung zu erreichen. Hierdurch kann eine derartige Filtereinheit einfach, kostengünstig, bauraumsparend und bzw. oder robust umgesetzt werden.
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Keramik-Filter sind besonders gut für die hier beschriebene Anwendung geeignet. Im Mikrowellenfrequenzbereich des Gargeräts treten hohe Leistungen auf, beispielsweise sendet ein Magnetron mit bis zu 1000 W Leistung. Dementsprechend wird bei diesen Frequenzen eine sehr hohe Filterdämpfung benötigt, beispielsweise eine Dämpfung auf unter 1 mW zum Schutz des SAW. Trotzdem darf sich der Filter bei der kleinen Größe nicht so stark erwärmen, dass es zu einem Defekt oder einer Störung der Anwendung kommt. Bei einer Ausgangsleistung von 1000 W des Magnetrons dürfen beispielsweise maximal 10 W (hohe Leistung) am Eingang des Filters zugelassen werden. Da der Filter den Großteil dieser Leistung reflektiert, bleibt die Erwärmung des Bauteils im geforderten Temperaturbereich. Sollte es aufgrund eines schlechten Arbeitspunktes (Spieß-Ausrichtung, Sendefrequenz) zu einer noch höheren Leistung kommen, kann der Keramikfilter kurzzeitig durch den Aufbau in einer Keramik auch höhere Leistungen vertragen. Trotz der hohen Dämpfung im Mikrowellenbereich ermöglicht der Filter einen ausreichend ungedämpften Betrieb der Funkanwendung im Sub-GHz-Bereich (beispielsweise 433 MHz) zur Übertragung der Temperaturinformationen.
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Die Sendefrequenz kann beispielsweise aus dem Frequenzband von etwa 433 MHz bis etwa 434 MHz gewählt werden und sich die in dem Frequenzband direkt benachbarten Sendefrequenzen um etwa 5 kHz oder weniger voneinander unterscheiden. Dieses Frequenzband ist in mehreren Staaten ohne Einschränkungen nutzbar. Ein weiteres vorteilhaftes Frequenzband wäre von etwa 868 MHz bis etwa 869 MHz, da hier die Antenne für das Senden der Erregerwelle und das Empfangen der Antwortwelle kleiner und damit platzsparender ausgebildet sein kann.
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Der Keramik-Filter bietet die Vorteile eines großen Eingangsleistungsbereichs, einer hohen Filterdämpfung, einer scharfen Filtercharakteristik, eines guten Durchlassverhaltens im Sub-GHz-Bereich, eines großen Temperaturbereichs für kurzzeitige Leistungsspitzen, kleiner Abmessungen zum Einbau in den Spieß, sowie geringer Kosten und guter Verfügbarkeit. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der Temperatursensor und die Antenne mittels Signalleitungen elektrisch leitfähig miteinander verbunden, wobei die Filtereinheit innerhalb der Signalleitungen zwischen dem Temperatursensor und der Antenne angeordnet ist. Die Signalleitungen können insbesondere durch ein Signalleitungspaar gebildet werden. Mit anderen Worten ist die Filtereinheit zum einen durch Signalleitungen elektrisch leitfähig mit der Antenne und zum anderen durch Signalleitungen elektrisch leitfähig mit dem Temperatursensor verbunden, so dass eine direkte elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Antenne und Temperatursensor durch die Filtereinheit unterbrochen wird. Hierdurch kann die Filterwirkung der Filtereinheit innerhalb der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Antenne und Temperatorsensor erzielt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Temperaturfühler als elektronische Bauteile nur den Temperatursensor, die Filtereinheit und die Antenne auf. Mit anderen Worten werden seitens des Temperaturfühlers keine weiteren elektronischen Bauteile als der Temperatursensor, die Filtereinheit und die Antenne verwendet. Dies kann die Umsetzung der Erfindung ermöglichen und den Aufwand hierfür geringhalten. Auch können der erforderliche Bauraum und bzw. oder die verursachten Kosten geringgehalten werden.
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Je nach Impedanz der beteiligten Bauteile kann es jedoch sein, dass die Impedanzen von SAW, Filter und Antenne aneinander angepasst werden müssen. Dadurch sind dann noch weitere passive Komponenten (Kondensator(en) und/oder Induktivität(en)) zwischen den SAW und dem Filter einzufügen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Temperaturfühler eine Messspitze auf, wobei die Messspitze den Temperatursensor aufweist. Hierdurch kann der Temperatursensor gegenüber den übrigen Elementen und insbesondere elektronischen Bauteilen des Temperaturfühlers exponiert werden, um eine Temperatur außerhalb bzw. in der Umgebung des Temperaturfühlers möglichst direkt erfassen zu können. Dies kann die Qualität der sensorischen Temperaturerfassung verbessern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Messspitze ausgebildet, in das Gargut hinein gesteckt zu werden. Dies kann es ermöglichen, mit dem Temperatursensor des Temperaturfühlers die Temperatur im Inneren des Garguts, d.h. dessen Kerntemperatur, zu erfassen, was die Nutzung der erfassten Temperaturdaten des Garguts verbessern kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Temperatursensor ein akustischer Oberflächenwelle-Sensor. Unter einem akustischen Oberflächenwelle-Sensor als Körperschallsensor wird ein Surface-Acoustic-Wave-Sensor verstanden. Dies kann eine Möglichkeit sein, eine sensorische Erfassung der Temperatur des Garguts berührend durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Temperaturfühler ausgebildet, von dem Mikrowellengargerät elektromagnetisch angeregt zu werden und mittels der Antenne eine elektromagnetische Welle als Reaktion der Anregung auszusenden, deren Frequenz von der erfassten Temperatur des Temperatursensors abhängt. Hierdurch kann eine drahtlose Übertragung von Informationen, aus welchen sich auf die sensorisch erfasste Temperatur schließen lässt, zwischen dem separaten Temperaturfühler und dem Mikrowellengargerät auf einfache Art und Weise erfolgen. Insbesondere kann der Aufwand seitens des Temperaturfühlers geringgehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Mikrowellengargerät eine Sende-/Empfangseinheit mit einer Antenne auf, wobei die Sende-/Empfangseinheit ausgebildet ist, den Temperaturfühler elektromagnetisch anzuregen und von der Antenne des Temperaturfühlers eine elektromagnetische Welle als Reaktion der Anregung zu empfangen, wobei das Mikrowellengargerät ferner ausgebildet ist, aus der empfangenen elektromagnetischen Welle die Temperatur des Garguts zu bestimmen. Hierdurch kann eine einfache drahtlose Übertragung von Informationen wie zuvor beschrieben seitens des Mikrowellengeräts umgesetzt und ermöglicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Sende-/Empfangseinheit außerhalb des Garraums und die Antenne innerhalb des Garraums angeordnet.
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Alternativ ist auch denkbar, dass die Antenne außerhalb des Garraums angeordnet ist, beispielsweise in einem Türgriff.
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Die Erfindung betrifft auch einen Temperaturfühler zur Verwendung in einem Garsystem wie zuvor beschrieben, wobei der Temperaturfühler ausgebildet ist, eine Temperatur des Garguts, vorzugsweise berührend, zu erfassen, wobei der Temperaturfühler wenigstens einen Temperatursensor und eine Antenne aufweist, welche elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, und wobei der Temperaturfühler wenigstens eine Filtereinheit aufweist, welche zwischen dem Temperatursensor und der Antenne angeordnet und ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich zwischen dem Temperatursensor und der Antenne zu dämpfen. Hierdurch kann ein Temperaturfühler zur Verfügung gestellt werden, um das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Garsystem umsetzen und dessen Eigenschaften und Vorteile nutzen zu können.
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Die Erfindung betrifft auch ein Mikrowellengargerät zur Verwendung in einem Garsystem wie zuvor beschrieben mit einem Garraum zur Aufnahme eines Garguts und mit einer Sende-/Empfangseinheit mit einer Antenne, wobei die Sende-/Empfangseinheit ausgebildet ist, den Temperaturfühler elektromagnetisch anzuregen und von der Antenne des Temperaturfühlers eine elektromagnetische Welle als Reaktion der Anregung zu empfangen, wobei das Mikrowellengargerät ferner ausgebildet ist, aus der empfangenen elektromagnetischen Welle die Temperatur des Garguts zu bestimmen. Hierdurch kann ein Mikrowellengargerät zur Verfügung gestellt werden, um das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Garsystem umsetzen und dessen Eigenschaften und Vorteile nutzen zu können.
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In jedem Fall kann die Antenne eines derartigen erfindungsgemäßen Temperaturfühlers oder eine bzw. jede Antenne eines derartigen erfindungsgemäßen Garsystems, d.h. die Antenne des Mikrowellengargerätes des Garsystems und bzw. oder die Antenne des Temperaturfühlers des Garsystems, eine Keramikantenne sein. Eine derartige Keramikantenne kann in einem ausreichenden Maße ein keramisches Material aufweisen, um für den Einsatz in einem Mikrowellengerät geeignet zu sein.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht jede Art von Antenne für entsprechende Mikrowellengeräte geeignet sein kann, um zum einen elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich des Mikrowellengargeräts zu empfangen sowie auszusenden und zum anderen von der Mikrowellenstrahlung bzw. von der Mikrowellenleistung, welche dem Erwärmen des Gargutes dient, nicht beschädigt oder sogar zerstört zu werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, falls beispielsweise bei 433 MHz eine gute Durchlass-Charakteristik und bei 2,4 GHz eine hohe und breitbandige Reflexionsdämpfung gefordert wird. Ist dies bei der verwendeten Antenne nicht gegeben, so kann aufgrund einer starken Mikrowellenleistung, beispielsweise bei 2,4 GHz, eine derart starke Erwärmung der Mikrowellen-Struktur der Antenne auftreten, dass die Antenne bzw. dessen Mikrowellen-Struktur beschädigt oder sogar zerstört werden kann.
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Somit können die Mikrowellenleistungen, beispielsweise die 2,4 GHz-Leistungen, nicht vollständig und breitbandig unterdrückbar sein und auf der Antennenstruktur im Betrieb des Mikrowellengeräts fortlaufend zu Erwärmungseffekten der Antennenstruktur führen, die sich je nach Arbeitspunkt der Mikrowellenleistung (Frequenz, Ausrichtung, etc.) stark unterscheiden können. Es kann daher vorteilhaft sein, falls die Antennenstruktur eine erhöhte thermische Masse besitzt, die zeitlich kurze Leistungssignale „verträgt“ und die daraus resultierende Temperaturerhöhung verringert, was durch den Einsatz eines keramischen Materials der jeweiligen Antenne erreicht werden kann.
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Entsprechend kann ein Temperaturfühler mit Keramikantenne in einer Ofenumgebung mit beispielsweise einem maximalen Temperaturbereich für die Antenne von etwa 250°C angewendet werden, ohne dass dieser Temperaturbereich sowie mögliche Temperaturerhöhungen infolge der Mikrowellenleistung an der Keramikantenne Schaden anrichten können. Dies gilt entsprechend für die Antenne des Mikrowellengeräts selbst.
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Somit können diese Anforderungen erfindungsgemäß dadurch erfüllt werden, indem die Antenne als Keramikantenne abschnittsweise bis im Wesentlichen aus einem keramischen Material ausgebildet wird. Entsprechend können durch den Einsatz von Keramik die Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit, die Leistungen und bzw. oder die Abmessungen der Antenne verbessert werden. Dies gilt sowohl für die zuvor beschriebene Antenne des Mikrowellengeräts als auch für die Antenne des Temperaturfühlers.
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Hierzu kann eine derartige Keramikantenne einen Keramik-Schichtstapel aufweisen bzw. hieraus bestehen, in dem eine Antennenstruktur aus elektrisch leitfähigem Material wie vorzugsweise Silber umgesetzt ist. Die Antennenstruktur kann vorzugsweise auf eine Sende-/Empfangsfrequenz von 433 MHz optimiert sein. Die Keramikantenne kann vorzugsweise an die Hochfrequenz-Bedingungen des Mikrowellengeräts bzw. Garsystems hinsichtlich der Umgebung, der Impedanz des Filters bzw. des Temperatursensors, vorzugsweise als SAW-Sensor, etc. angepasst sind.
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Somit kann durch die Verwendung eines entsprechenden Keramikfilters gegenüber anderen Antennen die Reflexions-Dämpfung, vorzugsweise bei 2,4 GHz, deutlich erhöht werden. Vorzugsweise kann gleichzeitig das Übertragungsverhalten der Antenne bzw. der Antennen, vorzugsweise bei 433 MHz, der Funkspieß-Anwendung nicht signifikant beeinträchtigt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Keramikantenne eine Surface-Mounted-Device, SMD, -Antenne. Dies kann sowohl für die Antenne des Mikrowellengargerätes als auch für die Antenne des Temperaturführers gelten. Dies kann die Produktionskosten des Funkspieß-Systems, d.h. des Temperaturfühlers oder des Garsystems mit Mikrowellengerät und Temperaturfühler, reduzieren, da eine SMD-Keramikantenne automatisiert auf eine Leiterkarte des Temperaturfühlers bzw. des Mikrowellengeräts bestückt werden kann. Hierdurch kann ein manuelles Verlöten von Komponenten entfallen. Auch kann die bestückte Leiterkarte vergleichsweise bauraumsparend ausgebildet werden und somit insbesondere in das Gehäuse des Temperaturführers vereinfacht eingeschoben werden. Insbesondere kann ein Aufwickeln der Leiterstruktur der Antenne entfallen, was Bauraum und bzw. oder Aufwand sparen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leiterkarte, bevorzugt eine FR4-Leiterkarte oder eine Leiterkarte aus einem hochtemperaturbeständigen, bevorzugt keramischen, Material, vorgesehen, auf welcher die Keramikantenne als bestücktes SMD angeordnet ist. Dies kann sowohl für die Antenne des Mikrowellengargerätes als auch für die Antenne des Temperaturführers gelten. Dies kann die Temperaturbeständigkeit des Temperaturfühlers bzw. der Antenne des Mikrowellengeräts entsprechend erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die SMD-Keramikantenne eine dreidimensional verlaufende Leiter- bzw. Antennenstruktur auf, welche im Wesentlichen in ein keramisches Material eingebettet ist. Dies kann sowohl für die Antenne des Mikrowellengargerätes als auch für die Antenne des Temperaturführers gelten. Hierdurch kann eine vergleichsweise lange Antennenstruktur vergleichsweise kompakt ausgebildet werden. Auch kann der Gestaltungsspielraum der Antennenstruktur gegenüber einem zweidimensionalen Verlauf erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leiterkarte aus einem hochtemperaturbeständigen, bevorzugt keramischen, Material vorgesehen und eine Antennenstruktur der Keramikantenne ist, die in das hochtemperaturbeständige, bevorzugt keramische, Material der Leiterkarte im Wesentlichen eingebettet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann dabei sowohl die Vorder- als auch die Rückseite der Leiterkarte verwendet werden, um Teile der Antennenstruktur anzuordnen. Insofern ist die Antennenstruktur dann dreidimensional angeordnet, mit einer Abmessung entsprechend der Leiterkartendicke. Dies kann sowohl für die Antenne des Mikrowellengargerätes als auch für die Antenne des Temperaturführers gelten.
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Dies kann eine alternative Möglichkeit zur Umsetzung einer Keramikantenne darstellen. Dabei kann die Leiterkarte abschnittsweise oder vollständig aus dem hochtemperaturbeständigen bzw. keramischen Material bestehen bzw. kann der Temperaturfühler bzw. das Mikrowellengerät zur Aufnahme elektronischer Komponenten neben der Leiterkarte aus dem hochtemperaturbeständigen bzw. keramischen Material noch wenigstens eine weitere Leiterkarte aufweisen, wobei vorzugsweise lediglich eine Leiterkarte aus hochtemperaturbeständigem bzw. keramischem Material vorgesehen ist, um dessen Eigenschaften und Vorteile zu nutzen, was auch den Herstellungsaufwand geringhalten kann.
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Insbesondere kann hierdurch der Gestaltungsspielraum des Herstellers des Temperaturfühlers und bzw. oder des Garsystems bzw. dessen Mikrowellengeräts erhöht werden, da auf eine Keramikantenne als Zukaufteil, welche wie angeboten verwendet werden muss oder nur zeit- und kostenaufwendig anwendungsspezifisch von Antennenhersteller angepasst werden kann, verzichtet werden kann. Dies kann sowohl für das Design als auch für die Parametrierung der Keramikantenne als eingebettetes Element der Leiterkarte gelten. Durch das Einbetten der Antennenstruktur in das Material der Leiterkarte kann die Antennenstruktur nicht nur gehalten bzw. positioniert, sondern auch vor äußeren Einflüssen bzw. vor Zugriff geschützt werden.
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Ferner kann dies den Bauraum sehr geringhalten, was in jedem Fall insbesondere dahingehend vorteilhaft ist, dass der Bauraum innerhalb des Temperaturfühlers bzw. des Spießes sehr begrenzt ist und dementsprechend die Abmessungen der Antennenstruktur in jedem Fall ausreichend geringgehalten werden sollen, um eine Platzierung der Antenne innerhalb des Spießes zu ermöglichen bzw. zu begünstigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellengargeräts mit Gargut und erfindungsgemäßem Temperaturfühler im geschlossenen Garraum; und
- 2 eine seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers.
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Die o.g. Figur wird in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X oder als Länge X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung (nicht dargestellt), welche auch als Breite bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann und der Richtung der Schwerkraft entspricht. Die Längsrichtung X und die Querrichtung bilden gemeinsam die Horizontale, welche auch als horizontale Ebene bezeichnet werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Mikrowellengargerät 1 weist ein Außengehäuse 10 auf, welches auch als äußeres Gehäuse 10 bezeichnet werden kann und das Mikrowellengargerät 1 im Wesentlichen nach außen abschließt bzw. umschließt. Innerhalb des Außengehäuses 10 ist ein Innengehäuse 12 angeordnet, welches auch als inneres Gehäuse 12 bezeichnet werden kann. Das Innengehäuse 12 schließt in der Längsrichtung X nach vorne hin, d.h. aus Sicht eines Benutzers, sowie nach oben und nach unten in der vertikalen Richtung Z mit dem Außengehäuse 10 ab, sodass zwischen dem Außengehäuse 10 und im Innengehäuse 12 ein Zwischenraum 13 gebildet wird, welcher auch als Gehäuseraum 13 bezeichnet werden kann. Dieser Zwischenraum 13 stellt das Innere des Mikrowellengargeräts 1 dar.
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Von dem Innengehäuse 12 wird ferner im Wesentlichen ein Innenraum 11 umschlossen, in welchem ein Garprozess mittels Mikrowellenstrahlung durchgeführt werden kann. Der Innenraum 11 kann entsprechend auch als Garraum 11 bezeichnet werden. Der Innenraum 11 ist in der Längsrichtung X für einen Benutzer von der Vorderseite des Mikrowellengargeräts 1 durch eine Durchgangsöffnung (nicht bezeichnet) als Zugangsöffnung hindurch zugänglich, welche durch eine Klappe 14 oder durch eine Tür 14 vom Benutzer geöffnet und geschlossen werden kann. Auf einer Gargutaufnahme 15 des Garraums 11 kann ein Gargut 3 bei geöffneter Tür 14 angeordnet und bei geschlossener Tür 14 mittels Mikrowellenstrahlung gegart werden.
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Im Zwischenraum 13 ist eine Steuerungseinheit 16 angeordnet, welche das Mikrowellengargerät 1 betreiben bzw. steuern kann. Im Zwischenraum 13 ist ferner eine Sende-/Empfangseinheit 17 angeordnet, welche über eine Filtereinheit 19 mit einer Antenne 18 verbunden ist, welche in den Garraum 11 hineinragt. Mittels der Antenne 18 können von der Sende-/Empfangseinheit 17 elektromagnetische Welle in Form von hochfrequenten Impulsen in den Garraum 11 ausgesendet und elektromagnetische Welle aus dem Garraum 11 empfangen werden, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Die Filtereinheit 19 funktioniert analog zu der Filtereinheit 24 wie vorstehend und nachstehend beschrieben. D.h., sie ist ausgebildet, elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich des Mikrowellengargeräts 1 zu dämpfen, um die Sende-/Empfangseinheit 17 vor zu großer Einkoppelung von Energie zu schützen, und um im Frequenzbereich der Anregung und der drahtlosen Übertragung der Temperaturinformationen zumindest im Wesentlichen durchzulassen.
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Um die Temperatur im Inneren des Garguts 3 während des Garprozesses sensorisch erfassen zu können, wird ein Temperaturfühler 2 in das Gargut 3 hineingesteckt, siehe 1. Der Temperaturfühler 2 kann auch als Speisethermometer 2 oder als Garspieß 2 bezeichnet werden. Das Mikrowellengargerät 1 und der Temperaturfühler 2 bilden zusammen ein erfindungsgemäßes Garsystem 1, 2.
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Der Temperaturfühler 2 weist ein Gehäuse 20 auf, welches mit einer Messspitze 21 in der länglichen Erstreckungsrichtung des Temperaturfühlers 2 auf der einen Seite abschließt. Die Messspitze 21 weist ein Temperatursensor 22 auf und zeigt aus dem Gehäuse 20 nach außen heraus, sodass der Temperatursensor 22 der Messspitze 21 bei Verwendung in direktem berührenden Kontakt mit dem Gargut 3 steht und sich somit die physikalischen Eigenschaften des Temperatursensors 22 der Messspitze 21 in Abhängigkeit der Temperatur des Garguts 3 verändern können. Diese temperaturabhängigen Veränderungen der Messspitze 21 können vom Temperatursensor 22 zum Beispiel als akustischer Oberflächenwelle-Sensor 22 sensorisch erfasst werden.
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Der Temperaturfühler 2 weist ferner innerhalb des Gehäuses 20 eine Antenne 25 in Form einer Keramikantenne auf, welche mittels Signalleitungen 23 in Form eines Signalleitungspaars 23 elektrisch leitfähig mit dem Temperatursensor 22 verbunden ist. Zwischen der Keramikantenne 25 und dem Temperatursensor 22 ist eine Filtereinheit 24 in Form eines Keramikfilters 24 angeordnet, so dass elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich, welche im Garraum 11 zum Garen des Garguts 3 erzeugt werden, von dem Keramikfilter 24 gedämpft und hierdurch von dem Temperatursensor 22 ferngehalten werden können. Hierdurch kann ein derartiger Temperaturfühler 2 in einem Mikrowellengerät 1 verwendet werden, ohne durch die Mikrowellenstrahlung beschädigt oder zerstört zu werden.
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Die Keramikantenne 25 ist gemeinsam mit dem Keramikfilter 24, den Temperatursensor 22 sowie dem Signalleitungspaar 23 auf einer Leiterkarte 26, auf einer Leiterplatte 26, auf einer Platine 26 bzw. auf einer gedruckten Schaltung 26 angeordnet, welche aus FR4 besteht. Hierzu sind die Keramikantenne 25, der Keramikfilter 24 und der Temperatursensor 22 als SMD-Bauteile ausgebildet und durch automatisierte Bestückung auf der Leiterplatte 26 angeordnet, welche das Signalleitungspaar 23 als elektrische Leiterbahnen 23 aufweist, siehe 2.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Leitkarte 26 keramisch auszubilden, was für die betrachtete Anwendung hinsichtlich der dort herrschenden Temperaturen vorteilhaft sein kann. In diesem Fall können die Keramikantenne 25, der Keramikfilter 24 und der Temperatursensor 22 ebenfalls als SMD-Bauteile ausgebildet und durch automatisierte Bestückung auf der keramischen Leiterplatte 26 angeordnet werden, welche das Signalleitungspaar 23 als elektrische Leiterbahnen 23 aufweist.
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Es ist jedoch auch möglich und vorteilhaft, die Leiterbahnen (nicht dargestellt) der Keramikantenne 25 in das keramische Material der Leiterkarte 26 einzubetten und nach außen elektrisch leitfähig mit dem Signalleitungspaar 23 zu verbinden. Dies kann deutlich Bauram, insbesondere in der Länge und in der Höhe des Temperaturfühlers 2, sparen. Auch kann dies die Herstellungskosten verringern und bzw. oder den Gestaltungsspielraum des Designs und der Auslegung der Keramikantenne 25 für den Hersteller des Temperaturfühlers 2 bzw. des Garsystems 1, 2 erhöhen.
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Ggfs. kann auch die Antenne 18 des Mikrowellengeräts 1 wie die Keramikantenne 25 des Temperaturfühlers 2 ausgebildet sein.
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Das Erfassen der Temperatur des Garguts 3 erfolgt in jedem Fall derart, dass, wie bereits erwähnt, von der Antenne 18 des Mikrowellengeräts 1 hochfrequente elektromagnetische Impulse in den Garraum 11 ausgesendet werden. Diese hochfrequenten elektromagnetischen Impulse regen die Keramikantenne 25 des Temperaturfühlers 2 zu Resonanzen an, welche jedoch von der Temperatur des Temperatursensors 22 abhängen. Somit werden von der Keramikantenne 25 des Temperaturfühlers 2 elektromagnetische Wellen zurück zur Antenne 18 des Mikrowellengeräts 1 ausgesendet, aus deren Amplitude sich auf die Temperatur des Temperatursensors 22 schließen lässt.
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Seitens des Mikrowellengerätes 1 können die empfangenen elektromagnetischen Wellen bzw. deren Amplituden ausgewertet und hieraus die Temperatur des Garguts 3 bestimmt werden. Dies kann beispielsweise seitens der Steuerungseinheit 16 erfolgen. Die Steuerungseinheit 16 kann die bestimmte Temperatur des Garguts 3 dann zum Beispiel einem Benutzer über ein Anzeigeelement (nicht dargestellt) des Mikrowellengerätes 1 zur Information anzeigen. Hierdurch kann der Benutzer auch bei einem Mikrowellengargerät 1 über die aktuelle Temperatur des Garguts 3 informiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- X
- Längsrichtung; Tiefe; Länge
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- 1,2
- Garsystem
- 1
- Mikrowellengargerät
- 10
- Außengehäuse; äußeres Gehäuse
- 11
- Innenraum; Garraum
- 12
- Innengehäuse; inneres Gehäuse
- 13
- Zwischenraum; Gehäuseraum
- 14
- Klappe; Tür
- 15
- Gargutaufnahme
- 16
- Steuerungseinheit
- 17
- Sende-/Empfangseinheit
- 18
- Antenne; Keramikantenne; SMD-Keramikantenne; eingebettete Keramikantenne
- 19
- Filtereinheit; (SMD-)Keramikfilter
- 2
- Temperaturfühler; Speisethermometer; Garspieß
- 20
- Gehäuse
- 21
- Messspitze
- 22
- Temperatursensor; akustischer Oberflächenwelle-Sensor
- 23
- Signalleitungen; Signalleitungspaar; elektrische Leiterbahnen
- 24
- Filtereinheit; (SMD-)Keramikfilter
- 25
- Antenne; Keramikantenne; SMD-Keramikantenne; eingebettete Keramikantenne
- 26
- (FR4-/keramische) Leiterkarte, Leiterplatte, Platine bzw. gedruckte Schaltung
- 3
- Gargut
