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WO2006035005A1 - Temperatursensorvorrichtung - Google Patents

Temperatursensorvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2006035005A1
WO2006035005A1 PCT/EP2005/054801 EP2005054801W WO2006035005A1 WO 2006035005 A1 WO2006035005 A1 WO 2006035005A1 EP 2005054801 W EP2005054801 W EP 2005054801W WO 2006035005 A1 WO2006035005 A1 WO 2006035005A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature sensor
temperature
sensor device
unit
probe
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/054801
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eric Klemp
Gernot Schimetta
Wolfgang Schnell
Jörg ZAPF
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Publication of WO2006035005A1 publication Critical patent/WO2006035005A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/024—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2207/00—Application of thermometers in household appliances
    • G01K2207/02—Application of thermometers in household appliances for measuring food temperature
    • G01K2207/06—Application of thermometers in household appliances for measuring food temperature for preparation purposes

Definitions

  • the invention is based on a temperature sensor device according to the preamble of claim 1.
  • a temperature sensor device with a temperature probe which comprises a temperature sensor unit for detecting temperature information, which is dependent on a plurality of internal temperatures in different regions of the cooking product.
  • the temperature sensor device extrapolates a core temperature of the food from the time profile and from a spatial progression of the detected internal temperatures.
  • the core temperature represents a temperature information which is dependent on a plurality of detected internal temperatures in different regions of the cooking product.
  • the core temperature is transmitted via a communication cable to a central control unit of a cooking appliance comprising the temperature sensor device.
  • the object of the invention is, in particular, to provide a generic tempera ture sensor device with a temperature probe that is easy to clean and is also inexpensive and robust.
  • the invention is based on a temperature sensor device with a temperature probe and with a temperature sensor unit for detecting at least one temperature information which is dependent on at least two internal temperatures in different regions of a cooking product.
  • the temperature sensor unit comprises a passive communication unit for the wireless transmission of the temperature information.
  • a temperature sensor unit can be achieved with an easy-to-clean temperature probe, which is also inexpensive and robust.
  • the temperature probe can be removed for cleaning by a cooking appliance.
  • the term “provided” should also be understood to mean “designed” and “equipped.”
  • the temperature information may advantageously contain gradient information, so that an extrapolation of the internal temperature to regions of the food , whose internal temperature is not detected directly, can be made possible.
  • the temperature sensor unit is provided for detecting at least one temperature information which depends on at least three internal temperatures in three different regions of the cooking product.
  • an extremum of the internal temperature for example a minium, can be determinable.
  • a parabolic temperature profile can be assumed and a core temperature at a vertex of the parabola can be determined from the internal temperature values.
  • thermo probe has an energy storage unit which is able to store energy at least in the short term.
  • Embodiments of the invention are also conceivable in which the temperature probe uses a temperature gradient applied to the temperature probe in the sense of a heat engine for generating energy.
  • the use of solar cells to power the temperature probe is conceivable.
  • a particularly well stimulable from the outside energy storage unit can be achieved if the energy storage unit is provided for storing vibration energy.
  • the vibration energy in the form of mechanical vibration energy vorlie ⁇ conditions, for example in a spring-mounted mass, or in electromagnetic form, for example, as a vibrating charge density in an excited electromagnetic resonant circuit.
  • a vibration energy which can be determined particularly precisely with regard to its frequency can be achieved if the energy storage unit comprises at least one quartz crystal.
  • An assignment of frequencies to the detected internal temperatures can be achieved if the temperature probe has an energy storage unit for storing oscillation energy in at least two different frequencies.
  • an advantageously large amount of temperature information in the vibration energy can be stored, and the energy store can be advantageously used as an information store.
  • a spatial coding can be achieved if the temperature probe assigned to each region of the food, the internal temperature is detected, a characteristic frequency.
  • a separate translation of the detected internal temperatures into a coding frequency can be avoided if at least one frequency of the vibration energy of the energy storage unit is temperature-dependent.
  • Embodiments of the invention are also conceivable in which the temperature is stored in a modulation frequency which is superimposed on a temperature carrier which is independent of temperature.
  • a comfortable insertion of the temperature probe in the food without a large-scale damage to the food is achievable if the temperature probe has at least one skewer-shaped extension.
  • an immediate detection of the internal temperatures can be made possible, a falsification of the temperature information by long transmission paths can be avoided and installation space can be saved if the temperature sensor unit is integrated in the pike-shaped extension.
  • temperature probes with fork-like extensions which are provided for measuring the internal temperatures of the food in the region of the fork teeth.
  • a cost-saving design and an at least largely shielded from vapors and / or liquids from the food to be cooked interior of the spit-shaped extension is achievable when the temperature probe comprises a sealing device for sealing the spit-shaped extension.
  • thermo contact agent is intended to mean a means whose thermal conductivity exceeds a thermal conductivity of air.
  • 1 shows a cooking appliance with a temperature sensor device
  • Fig. 2 is a temperature probe of the temperature sensor device of Figure 1 in one
  • FIG. 3 shows a detail of a temperature probe of an alternative temperature sensor device
  • FIG. 4 shows a section of a temperature probe of a further alternative temperature sensor device.
  • FIG. 1 shows a cooking appliance 42a designed as oven with a microwave functionality with a temperature sensor device.
  • the temperature sensor device comprises a temperature probe 10a with a handle 24a and with a spit-shaped extension 18a.
  • a temperature sensor unit 12a which is provided for detecting internal temperatures in three different regions of a cooking product 14a, is integrated in the temperature probe 10a.
  • a communication unit comprises a passive induction unit 40a (FIG. 2) with a plurality of inductors integrated in the handle 24a and an active microwave transmitting and receiving unit 26a which integrates into a muffle of the cooking appliance 42a is and is suitable for reading the temperature detected by the temperature sensor unit 12a êttem ⁇ temperature.
  • FIG. 2 shows the temperature probe 10a in a longitudinal section.
  • the extension 18a is formed as a metal tube made of a stainless steel, the front, provided for introduction into the food 14a tip 28a is airtight welded and ground.
  • a wall thickness of the extension 18a is 0.2 mm and is as thin as possible given the requirement of sufficient stability so that a heat capacity of the stainless steel tube influences a temperature measurement as little as possible.
  • the wall thickness of the stainless steel tube can be between 0.15 and 0.3 mm.
  • an end 30a of the extension 18a opposite the tip 28a is sealed by a glass solder leadthrough 32a, so that a vacuum generated during a manufacturing process has an existence in an interior of the skewer-shaped extension 18a.
  • the glass solder lead-through 32a therefore forms a sealing device 20a.
  • the interior is filled with a noble gas, for example with argon, and has a defined negative pressure.
  • the circuit carrier 34a comprises printed conductors, which are not shown explicitly here, and three oscillating crystals 16a, 16a ', 16a ", which are provided for oscillating in each case at a defined resonant frequency and are therefore suitable as energy storage units for storing oscillation energy
  • Circuit carrier 34a is made of a cost-effective thick-film ceramic.
  • Each of the oscillating crystals 16a, 16a ', 16a has a characteristic natural frequency due to an individual dimension and is glued to the circuit carrier 34a by means of a high-temperature conductive adhesive 34a upset.
  • a wire bonding method or a soldering method for example with gold-containing solder pastes, is used.
  • a gold-indium or gold-germanium solder paste can be applied by stencil printing, and the wire bonds can subsequently be remelted.
  • the placement of the circuit substrate 34a takes place in several passes and Pintrans vide for application of the adhesive or the solder are used.
  • the circuit carrier 34a is printed with the conductive adhesive and equipped with the quartz crystals 16a, 16a ', 16a. "Subsequently, the components are tuned in a laser trimming method, whereby the resonant frequencies of the oscillating crystals 16a, 16a', 16a" are tuned and also Tracks and pads can be matched.
  • the circuit carriers 34a produced in the utility are ver ⁇ individualized and protected by a rack 22a made of sheet metal and introduced into the extension 18a, so that the quartz oscillators 16a, 16a ', 16a "are arranged equidistant and backlash in the interior of the extension 18a.
  • Subrack 22a serves as thermal contact means and establishes thermal contact between oscillating crystals 16a, 16a ', 16a "and various regions of an outer surface of extension 18. In operation, these regions come into contact with different regions of food item 14a and the internal temperature of Garguts 14a in the corresponding areas is transmitted via the outer surface of the extension 18a on the quartz oscillators 16a, 16a ', 16a ". As a result, a frequency is assigned to each region in the interior of the cooking product 14a whose temperature is detected, namely the natural frequency of the quartz crystal 16a, 16a ', 16a "arranged in the corresponding region.
  • the oscillating quartets 16a, 16a ', 16a are electrically conductively connected via wires to an induction unit 40a arranged in the grip 24a of the temperature probe 10a, which together with the oscillating quartz forms a passive communication unit.
  • 16a ', 16a is integrated into an independent electromagnetic resonant circuit whose natural frequency is modified by the vibration behavior of the respective quartz crystal 16a, 16a', 16a".
  • the transmitting and receiving unit 26a emits a microwave signal with a carrier frequency of 2.45 GHz into the interior of the cooking appliance 42a
  • the signal is integrated into the handle 24a of the temperature probe 10a
  • Antenna received and converted by means of a diode into a low-frequency signal that excites the quartz oscillators 16a, 16a ', 16a "or the resonant circuits to Eigen ⁇ vibrations.
  • the frequencies of the natural oscillations of the quartz oscillators 16a, 16a ', 16a have a substantially linear temperature dependence, and the signal emitted by the antenna is therefore modulated with three different frequencies, each assigned to one quartz oscillator 16a, 16a', 16a".
  • the transmitting and receiving unit 26a receives the temperature-dependent signal emitted by the antenna and extracts by means of an analyzing unit the frequencies of the oscillating crystals 16a, 16a ', 16a ", which receive a respective one by a mapping table stored in a memory unit of the transmitting and receiving unit 26a
  • the temperatures form temperature information which depends on the internal temperatures of the cooking product 14a in the regions of the oscillating crystals 16a, 16a ', 16a ".
  • An arithmetic unit of the transmitting and receiving unit 26a calculates from the temperatures a parabolic temperature profile along the extension 18a, which approximately describes an actual temperature profile along the extension 18a.
  • a parabolic test function it is also conceivable to use a different course of the test function which appears to be suitable for a person skilled in the art as one of three temperature values.
  • embodiments of the invention are conceivable in which the temperature sensor device, the internal temperatures of the cooking product 14a in more than three Detected areas and corresponding test functions with more than three free parameters are used.
  • the arithmetic unit From the approximately determined parabolic temperature profile, the arithmetic unit finally extracts a minimum temperature at the apex of the parabola, which can be used by a central control unit of the cooking appliance 42a to control and / or regulate a cooking process.
  • the minimum temperature is used as a measure of a Kerntempe ⁇ temperature of the food 14a.
  • FIGS. 1 and 2 show further embodiments of the invention.
  • the description is intended essentially to refer to differences from the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • reference is made to the description of FIGS. 1 and 2.
  • Analogous features are provided with the same reference numerals, with letters b and c being added to distinguish the exemplary embodiments.
  • FIG. 3 shows a region of a tip 28b of an extension 18b of a temperature probe 10b of an alternative temperature sensor device.
  • the tip 28b consists of a plug-like closure part, which is welded to a stainless steel tube of the extension 18b.
  • the weld is deburred in the manufacturing process.
  • the glass solder leadthrough 32b is first attached and only subsequently a circuit substrate 34b is introduced.
  • the extension 18b is subsequently sealed by the closure part, which therefore forms a sealing device 20b in this exemplary embodiment.
  • This method offers the advantage that it is possible to dispense with a selective, spatially limited heating of the extension 18b when attaching the glass solder leadthrough 32b.
  • FIG. 1 shows a region of a tip 28b of an extension 18b of a temperature probe 10b of an alternative temperature sensor device.
  • FIG 4 shows a region of an end 30c of an extension 18c of a temperature probe 10c of a further alternative temperature sensor device.
  • the end 30c is sealed with a prefabricated glass leadthrough 32c received in a sleeve 36c.
  • the sleeve 36c is connected in a gastight manner by means of electron beam or laser welding to a stainless steel tube of the extension 18c.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Temperatursensorvorrichtung mit einer Temperatursonde (10) und mit einer Temperatursensoreinheit (12) zum Erfassen von wenigstens einer Temperaturinformation, die von zumindest zwei Innentemperaturen in verschiedenen Bereichen eines Garguts (14) abhängig ist. Um eine gattungsgemäße Temperatursensorvorrichtung mit einer einfach zu reinigenden und zudem kostengünstigen und robusten Temperatursonde (10) bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinheit (12) eine passive Kommunikationseinheit (40) zur drahtlosen Übermittlung der Temperaturinformation umfasst.

Description

Temperatursensorvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Temperatursensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 199 45 021 C2 ist eine Temperatursensorvorrichtung mit einer Temperatur¬ sonde bekannt, die eine Temperatursensoreinheit zum Erfassen von Temperaturinforma¬ tionen umfasst, die von mehreren Innentemperaturen in verschiedenen Bereichen des Garguts abhängig ist. Die Temperatursensorvorrichtung extrapoliert aus dem zeitlichen Verlauf und aus einem räumlichen Verlauf der erfassten Innentemperaturen eine Kern- temperatur des Garguts. Die Kerntemperatur stellt eine Temperaturinformation dar, die von mehreren erfassten Innentemperaturen in verschiedenen Bereichen des Garguts ab¬ hängig ist. Die Kerntemperatur wird über ein Kommunikationskabel an eine zentrale Steu¬ ereinheit eines die Temperatursensorvorrichtung umfassenden Gargeräts übermittelt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Tempera¬ tursensorvorrichtung mit einer Temperatursonde bereitzustellen, die leicht zu reinigen ist und zudem kostengünstig und robust ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteran¬ sprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Temperatursensorvorrichtung mit einer Temperaturson¬ de und mit einer Temperatursensoreinheit zum Erfassen von wenigstens einer Tempera- turinformation, die von zumindest zwei Innentemperaturen in verschiedenen Bereichen eines Garguts abhängig ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinheit eine passive Kommunikations¬ einheit zur drahtlosen Übermittlung der Temperaturinformation umfasst. Dadurch kann eine Temperatursensoreinheit mit einer einfach zu reinigenden Temperatursonde erreicht werden, die zudem kostengünstig und robust ist. Auf ein schwierig zu reinigendes Kom¬ munikationskabel, das zudem starkem Verschleiß ausgesetzt ist, kann vorteilhaft verzieh- tet werden. Insbesondere kann die Temperatursonde zur Reinigung von einem Gargerät entfernt werden.
Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Durch ein Erfassen von zumindest zwei, verschiedenen Bereichen des Garguts zugeordneten Innentemperaturen kann die Temperaturinformation vorteilhaft eine Gradienteninformation enthalten, so dass eine Extrapolation der Innentemperatur auf Bereiche des Garguts, deren Innentemperatur nicht unmittelbar erfasst wird, ermöglicht werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Temperatursensorein¬ heit zum Erfassen von wenigstens einer Temperaturinformation vorgesehen ist, die von zumindest drei Innentemperaturen in drei verschiedenen Bereichen des Garguts abhängig ist. Dadurch kann vorteilhaft ein Extremum der Innentemperatur, beispielsweise ein Mini¬ mum, bestimmbar sein. Es kann beispielsweise ein parabelförmiger Temperaturverlauf angenommen werden und aus den Innentemperaturwerten eine Kerntemperatur in einem Scheitelpunkt der Parabel bestimmbar sein.
Eine externe Energieversorgung kann vereinfacht und stabilisiert werden, wenn die Tem¬ peratursonde eine Energiespeichereinheit aufweist, die zumindest kurzfristig Energie zu speichern vermag. Es sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Temperatursonde einen an der Temperatursonde anliegenden Temperaturgradienten im Sinne einer Wärmekraftmaschine zur Erzeugung von Energie nutzt. Auch der Einsatz von Solarzellen zur Energieversorgung der Temperatursonde ist denkbar.
Eine besonders gut von außen anregbare Energiespeichereinheit ist erreichbar, wenn die Energiespeichereinheit zum Speichern von Schwingungsenergie vorgesehen ist. Dabei kann die Schwingungsenergie in der Form von mechanischer Schwingungsenergie vorlie¬ gen, beispielsweise in einer federnd gelagerten Masse, oder in elektromagnetischer Form, beispielsweise als schwingende Ladungsdichte in einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis. Eine hinsichtlich ihrer Frequenz besonders präzise bestimmbare Schwingungsenergie kann erreicht werden, wenn die Energiespeichereinheit zumindest einen Schwingquarz umfasst.
Eine Zuordnung von Frequenzen zu den erfassten Innentemperaturen ist erreichbar, wenn die Temperatursonde eine Energiespeichereinheit zum Speichern von Schwin¬ gungsenergie in zumindest zwei verschiedenen Frequenzen aufweist. Dadurch kann eine vorteilhaft große Menge von Temperaturinformation in der Schwingungsenergie gespei¬ chert werden, und der Energiespeicher ist vorteilhaft als Informationsspeicher nutzbar. Dabei kann eine räumliche Kodierung erreicht werden, wenn durch die Temperatursonde jedem Bereich des Garguts, dessen Innentemperatur erfasst wird, eine charakteristische Frequenz zugeordnet ist.
Eine separate Übersetzung der erfassten Innentemperaturen in eine kodierende Frequenz kann vermieden werden, wenn zumindest eine Frequenz der Schwingungsenergie der Einergiespeichereinheit temperaturabhängig ist. Dabei sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Temperatur in einer Modulationsfrequenz, die einer tem¬ peraturunabhängigen Trägerfrequenz überlagert ist, gespeichert ist.
Ein bequemes Einführen der Temperatursonde in das Gargut ohne eine großräumige Beschädigung des Garguts ist erreichbar, wenn die Temperatursonde zumindest einen spießförmigen Fortsatz aufweist. Dabei kann ein unmittelbares Erfassen der Innentempe¬ raturen ermöglicht werden, eine Verfälschung der Temperaturinformation durch lange Übertragungswege vermieden werden und Bauraum eingespart werden, wenn die Tem¬ peratursensoreinheit in den spießförmigen Fortsatz integriert ist. Es sind auch Tempera- tursonden mit gabelartigen Fortsätzen denkbar, die zur Messung der Innentemperaturen des Garguts im Bereich der Gabelzacken vorgesehen sind.
Eine kostensparende Bauweise und ein zumindest weitgehend von Wrasen und/oder Flüssigkeiten aus dem Gargut abgeschirmter Innenraum des spießförmigen Fortsatzes ist erreichbar, wenn die Temperatursonde eine Versiegelungsvorrichtung zum Versiegeln des spießförmigen Fortsatzes umfasst. - A -
Eine gute Übereinstimmung einer erfassten Temperatur mit einer tatsächlichen Innentem¬ peratur des Garguts kann erreicht werden, wenn die Temperatursensorvorrichtung zu¬ mindest ein Wärmekontaktmittel zum Herstellen eines Wärmekontakts zwischen dem Gargut und der Temperatursensoreinheit aufweist. Als Wärmekontaktmittel soll ein Mittel bezeichnet werden, dessen Wärmeleitfähigkeit eine Wärmeleitfähigkeit von Luft über- steigt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich¬ nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei¬ bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite¬ ren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Gargerät mit einer Temperatursensorvorrichtung,
Fig. 2 eine Temperatursonde der Temperatursensorvorrichtung aus Figur 1 in einer
Schnittdarstellung,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Temperatursonde einer alternativen Temperatursen¬ sorvorrichtung und
Fig. 4 einen Ausschnitt einer Temperatursonde einer weiteren alternativen Tempe¬ ratursensorvorrichtung.
Figur 1 zeigt ein als Backofen mit einer Mikrowellenfunktionalität ausgebildetes Gargerät 42a mit einer Temperatursensorvorrichtung. Die Temperatursensorvorrichtung umfasst eine Temperatursonde 10a mit einem Griff 24a und mit einem spießförmigen Fortsatz 18a. Eine Temperatursensoreinheit 12a, die zum Erfassen von Innentemperaturen in drei verschiedenen Bereichen eines Garguts 14a vorgesehen ist, ist in die Temperatursonde 10a integriert. Eine Kommunikationseinheit umfasst eine passive Induktionseinheit 40a (Figur 2) mit mehreren, in den Griff 24a integrierten Induktivitäten und eine aktive Sende- und Empfangseinheit 26a für Mikrowellen, die in eine Muffel des Gargeräts 42a integriert ist und die zum Auslesen der von der Temperatursensoreinheit 12a erfassten Innentem¬ peratur geeignet ist.
Figur 2 zeigt die Temperatursonde 10a in einer Längsschnittdarstellung. Der Fortsatz 18a ist als Metallrohr aus einem rostfreien Edelstahl ausgebildet, dessen vordere, zur Einfüh- rung in das Gargut 14a vorgesehene Spitze 28a luftdicht verschweißt und angeschliffen ist. Eine Wandstärke des Fortsatzes 18a beträgt 0,2 mm und ist unter der Vorgabe hinrei¬ chender Stabilität möglichst dünn gewählt, so dass eine Wärmekapazität des Edelstahl¬ rohrs eine Temperaturmessung möglichst wenig beeinflusst. Je nach Härte des ausge¬ wählten Materials und dem Anwendungsbereich der Temperatursensorvorrichtung kann die Wandstärke des Edelstahlrohrs zwischen 0,15 und 0,3 mm betragen.
Ein der Spitze 28a entgegengesetztes Ende 30a des Fortsatzes 18a ist durch eine Glas¬ lotdurchführung 32a abgedichtet, so dass ein während eines Herstellungsprozesses er¬ zeugtes Vakuum in einem Innenraum des spießförmigen Fortsatzes 18a Bestand hat. Die Glaslotdurchführung 32a bildet daher eine Versiegelungsvorrichtung 20a. In einer Aus¬ gestaltung der Erfindung ist der Innenraum mit einem Edelgas, beispielsweise mit Argon, gefüllt und weist einen definierten Unterdruck auf. Beim Anbringen der Glaslotdurchfüh¬ rung 32a wird durch die Wahl eines geeigneten Schweißverfahrens und ggf. durch eine selektive Kühlung des Fortsatzes 18a sichergestellt, dass ein im Innenraum des Fortsat- zes 18a angeordneter und im Folgenden näher beschriebener Schaltungsträger 34a nicht überhitzt und dass der Fortsatz 18a nur im Bereich der Glaslotdurchführung 32a selektiv erwärmt wird.
Der Schaltungsträger 34a umfasst im Nutzen aufgebrachte, hier nicht explizit dargestellte Leiterbahnen und drei Schwingquarze 16a, 16a', 16a", die zum Schwingen in jeweils ei¬ ner definierten Resonanzfrequenz vorgesehen sind und dadurch als Energiespeicherein¬ heiten zum Speichern von Schwingungsenergie geeignet sind. Der Schaltungsträger 34a ist aus einer kostengünstigen Dickschichtkeramik gefertigt.
Jeder der Schwingquarze 16a, 16a', 16a" weist durch eine individuelle Abmessung eine charakteristische Eigenfrequenz auf und ist mittels eines hochtemperaturtauglichen, leit¬ fähigen Klebstoffs mit dem Schaltungsträger 34a verklebt. Der leitfähige und hochtempe- raturtaugliche Klebstoff ist in einem Schablonendruckverfahren auf den Schaltungsträger 34a aufgebracht. Dabei sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen ein Drahtbondverfahren oder ein Lötverfahren, beispielsweise mit goldhaltigen Lotpasten, zum Einsatz kommt. Es kann eine Gold-Indium- oder Gold-Germanium-Lotpaste im Schablonendruck aufgebracht werden, und die Drahtbonden können anschließend um¬ schmolzen werden. Ferner ist es denkbar, dass die Bestückung des Schaltungsträgers 34a in mehreren Durchgängen erfolgt und Pintransverfahren zum Auftrag des Klebstoffes oder des Lots zum Einsatz kommen.
Im Herstellungsprozess wird der Schaltungsträger 34a mit dem leitfähigen Klebstoff be¬ druckt und mit den Schwingquarzen 16a, 16a', 16a" ausgestattet. Anschließend werden die Bauteile in einem Lasertrimmverfahren abgestimmt, wobei die Resonanzfrequenzen der Schwingquarze 16a 16a', 16a" gestimmt werden und auch Leiterbahnen und Pads abgestimmt werden können. Die im Nutzen gefertigten Schaltungsträger 34a werden ver¬ einzelt und mittels eines Baugruppenträgers 22a aus Blech geschützt und in den Fortsatz 18a eingeführt, so dass die Schwingquarze 16a, 16a', 16a" äquidistant und spielfrei im Innern des Fortsatzes 18a angeordnet sind.
Der Baugruppenträger 22a dient als Wärmekontaktmittel und stellt einen Wärmekontakt zwischen den Schwingquarzen 16a, 16a', 16a" und verschiedenen Bereichen einer Au¬ ßenfläche des Fortsatzes 18a her. Im Betrieb kommen diese Bereiche mit verschiedenen Bereichen des Garguts 14a in Kontakt, und die Innentemperatur des Garguts 14a in den entsprechenden Bereichen überträgt sich über die Außenfläche des Fortsatzes 18a auf die Schwingquarze 16a, 16a', 16a". Dadurch ist jedem Bereich im Innern des Garguts 14a, dessen Temperatur erfasst wird, eine Frequenz zugeordnet, und zwar die Eigenfre¬ quenz des im entsprechenden Bereich angeordneten Schwingquarzes 16a, 16a', 16a".
Durch die Glaslotdurchführung 32a sind die Schwingquarze 16a, 16a', 16a" über Drähte elektrisch leitend mit einer im Griff 24a der Temperatursonde 10a angeordneten Indukti¬ onseinheit 40a verbunden, die zusammen mit den Schwingquarzen eine passive Kommu¬ nikationseinheit bildet. Jeder der Schwingquarze 16a, 16a', 16a" ist in einen unabhängi- gen elektromagnetischen Schwingkreis integriert, dessen Eigenfrequenz durch das Schwingungsverhalten des jeweiligen Schwingquarzes 16a, 16a', 16a" modifiziert ist. In der Herstellung wird nach dem Einführen des Baugruppenträgers 22a in den Fortsatz 18a und dem Versiegeln des Fortsatzes 18a durch die Glaslotdurchführung 32a eine Ver¬ bindung zwischen den Schwingquarzen 16a, 16a', 16a" und der Induktionseinheit 40a bzw. einer Antenne im Griff 24a hergestellt und die Induktionseinheit 40a und das Ende 30a des Fortsatzes 18a werden mit einem hochtemperaturtauglichen Kunststoff umhüllt. Eine besonders dichte Umhüllung in einem kostengünstigen Verfahren kann durch An¬ wendung eines Spritzgussverfahrens erreicht werden.
Zum Anregen der Schwingquarze 16a, 16a', 16a" emittiert die Sende- und Empfangsein¬ heit 26a ein Mikrowellensignal mit einer Trägerfrequenz von 2,45 GHz in den Innenraum des Gargeräts 42a. Das Signal wird von einer in den Griff 24a der Temperatursonde 10a integrierten Antenne empfangen und mittels einer Diode in ein niederfrequentes Signal umgewandelt, das die Schwingquarze 16a, 16a', 16a" bzw. die Schwingkreise zu Eigen¬ schwingungen anregt.
Die Frequenzen der Eigenschwingungen der Schwingquarze 16a, 16a', 16a" weisen eine im Wesentlichen lineare Temperaturabhängigkeit auf. Das von der Antenne emittierte Signal ist daher mit drei verschiedenen, jeweils einem Schwingquarz 16a, 16a', 16a" zu¬ geordneten Frequenzen moduliert. Die Sende- und Empfangseinheit 26a empfängt das von der Antenne emittierte, temperaturabhängige Signal und extrahiert mittels einer Ana- lyseeinheit die Frequenzen der Schwingquarze 16a, 16a', 16a", denen durch eine in einer Speichereinheit der Sende- und Empfangseinheit 26a gespeicherte Zuordnungstabelle jeweils eine Temperatur zugeordnet ist. Die Temperaturen bilden Temperaturinformatio¬ nen, die von den Innentemperaturen des Garguts 14a in den Bereichen der Schwingquar¬ ze 16a, 16a', 16a" abhängig sind.
Eine Recheneinheit der Sende- und Empfangseinheit 26a berechnet aus den Temperatu¬ ren einen parabelförmigen Temperaturverlauf entlang des Fortsatzes 18a, der einen tat¬ sächlichen Temperaturverlauf entlang des Fortsatzes 18a näherungsweise beschreibt. Anstatt einer parabelförmigen Testfunktion ist auch der Einsatz eines anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verlaufs einer von drei Temperaturwerten bestimm¬ ten Testfunktion denkbar. Ferner sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Temperatursensorvorrichtung die Innentemperaturen des Garguts 14a in mehr als drei Bereichen erfasst und entsprechend Testfunktionen mit mehr als drei freien Parametern zum Einsatz kommen.
Aus dem näherungsweise bestimmten parabelförmigen Temperaturverlauf extrahiert die Recheneinheit schließlich eine Minimaltemperatur im Scheitelpunkt der Parabel, die von einer zentralen Steuereinheit des Gargeräts 42a zum Steuern und/oder Regeln eines Garprozesses nutzbar ist. Die Minimaltemperatur wird dabei als Maß für eine Kerntempe¬ ratur des Garguts 14a herangezogen.
Es ist denkbar, dass eine Vorverarbeitung der Temperaturinformationen bereits in der Temperatursonde 10a stattfindet. Dies kann beispielsweise durch eine Verknüpfung der den Schwingquarzen 16a, 16a', 16a" zugeordneten Schwingkreise oder durch eine effek¬ tive Mittelung der Temperaturen durch einen verschiedene Bereiche des Fortsatzes 18a verknüpfenden Wärmeleiter erreicht werden.
Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. In der Beschrei¬ bung soll im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eingegangen werden. Bezüglich gleich bleibender Merkmale wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 verwiesen. Analoge Merkmale werden mit glei¬ chen Bezugszeichen versehen, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele Buchstaben b und c beigefügt sind.
Figur 3 zeigt einen Bereich einer Spitze 28b eines Fortsatzes 18b einer Temperatursonde 10b einer alternativen Temperatursensorvorrichtung. Die Spitze 28b besteht aus einem stopfenartigen Verschlussteil, das mit einem Edelstahlrohr des Fortsatzes 18b ver- schweißt ist. Die Schweißnaht wird im Herstellungsprozess entgratet. Im Herstellungspro- zess wird zunächst die Glaslotdurchführung 32b angebracht und erst nachträglich ein Schaltungsträger 34b eingeführt. Der Fortsatz 18b wird anschließend durch das Ver¬ schlussteil versiegelt, das daher in diesem Ausführungsbeispiel eine Versiegelungsvor¬ richtung 20b bildet. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass auf eine selektive, räumlich begrenzte Erwärmung des Fortsatzes 18b beim Anbringen der Glaslotdurchführung 32b verzichtet werden kann. Figur 4 zeigt einen Bereich eines Endes 30c eines Fortsatzes 18c einer Temperatursonde 10c einer weiteren alternativen Temperatursensorvorrichtung. Das Ende 30c ist mit einer vorgefertigten, in einer Hülse 36c gefassten Glaslotdurchführung 32c versiegelt. Die Hülse 36c ist mittels Elektronenstrahl- oder Laserschweißen mit einem Edelstahlrohr des Fort¬ satzes 18c gasdicht verbunden.
Bezugszeichen
10 Temperatursonde
12 Temperatursensoreinheit
14 Gargut
16 Energiespeichereinheit
18 Fortsatz
20 Versiegelungsvorrichtung
22 Baugruppenträger
24 Griff
26 Sende- und Empfangseinheit
28 Spitze
30 Ende
32 Glaslotdurchführung
34 Schaltungsträger
36 Hülse
40 Induktionseinheit
42 Gargerät

Claims

Patentansprüche
1. Temperatursensorvorrichtung mit einer Temperatursonde (10) und mit einer Tempe¬ ratursensoreinheit (12) zum Erfassen von wenigstens einer Tempera-turinformation, die von zumindest zwei Innentemperaturen in verschiedenen Bereichen eines Gar- guts (14) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheit
(12) eine passive Kommunikationseinheit (40) zur drahtlosen Übermittlung der Temperaturinformation umfasst.
2. Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheit (12) zum Erfassen von wenigstens einer Temperaturin¬ formation vorgesehen ist, die von zumindest drei Innentemperaturen in drei ver¬ schiedenen Bereichen eines Garguts (14) abhängig ist.
3. Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursonde (10) eine Energiespeichereinheit auf¬ weist.
4. Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit zum Speichern von Schwingungsenergie vorgesehen ist.
5. Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit zumindest einen Schwingquarz (16, 16', 16") umfasst.
6. Temperatursensorvorrichtung zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Energiespeichereinheit zum Speichern von Schwingungsenergie in zumindest zwei verschiedenen Frequenzen vorgesehen ist.
7. Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperatursonde (10) jedem Bereich des Garguts (14), dessen Innen¬ temperatur erfasst wird, eine Frequenz zugeordnet ist.
8. Temperatursensorvorrichtung zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass zumindest eine Frequenz der Schwingungsenergie der Energiespei¬ chereinheit temperaturabhängig ist.
9. Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursonde (10) zumindest einen spießförmigen
Fortsatz (18) aufweist.
10. Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheit (12) in den spießförmigen Fortsatz (18) integriert ist.
11. Temperatursensorvorrichtung zumindest nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Versiegelungsvorrichtung (20) zum Versiegeln des spießförmigen Fortsatzes (18).
12. Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet durch zumindest ein Wärmekontaktmittel (22) zum Herstellen eines Wär¬ mekontakts zwischen dem Gargut (14) und der Temperatursensoreinheit (12).
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