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Die Erfindung betrifft einen Kerntemperaturfühler mit einem rohrförmigen Fühlerrohr, mindestens einem Temperatursensor und mindestens einem elektrischen Leiter.
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Kerntemperaturfühler werden eingesetzt, um eine Kerntemperatur eines Garguts beim Garen in einem Backofen zu ermitteln und um den Garvorgang in Abhängigkeit von der Kerntemperatur zu steuern und gegebenenfalls zu regeln. Es gibt Mehrpunkt-Kerntemperaturfühler, welche mehrere Temperatursensoren, derzeit bis zu sechs Stück, besitzen. Mit diesen sollen Fehlsteckungen kompensiert werden, bei denen der Temperaturmesspunkt nicht in der Mitte bzw. im Kern des Garguts sitzt. Beispielsweise kann ein Durchstecken des Kerntemperaturfühlers dadurch erkannt werden, dass ein vorderster Temperatursensor eine höhere Temperatur (z.B. die Temperatur eines geheizten Garraums) misst als ein weiter hinten (in Richtung eines Griffs) angeordneter Temperatursensor.
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Typische Ausgestaltungen eines Kerntemperaturfühlers bestehen aus einem Fühlerrohr, insbesondere aus einem Metallrohr, und einem Griff. Die im Metallrohr eingesetzten Temperatursensoren sind Thermoelemente oder temperaturabhängige Widerstände, insbesondere Heißleiter oder NTC-Widerstände (NTC: „Negative Temperature Coefficient“). Es gibt auch Kerntemperaturfühler, bei denen anstelle eines Metallrohrs ein Rohr aus Kunststoff eingesetzt ist.
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Bei der Montage solcher Kerntemperaturfühler werden die temperaturabhängigen Widerstände an elektrische Leitungen gecrimpt, wobei die einzelnen Leitungen durch Isolationsschläuche gegeneinander und gegen das Metallrohr isoliert werden. Ein solcher Aufbau erfordert in der Fertigung reine Handarbeit durch Crimpen der Widerstände, der Leitungen und Überziehen der Isolationsschläuche. Eine solche Art des Aufbaus und die manuelle Fertigung sind kostenintensiv und fehleranfällig.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen Kerntemperaturfühler so auszugestalten, dass eine vereinfachte Montage des Kerntemperaturfühlers ermöglicht wird. Insbesondere soll dies mit einfachen Mitteln realisierbar sein, es sollen Herstellungskosten reduziert werden, es soll eine Prozesssicherheit bei der Fertigung verbessert werden und/oder es soll eine verbesserte, z.B. genauere, Temperaturabfühlung bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kerntemperaturfühler vorgeschlagen, aufweisend ein rohrförmiges Fühlerrohr, mindestens einen Temperatursensor und mindestens einen elektrischen Leiter. Der mindestens eine Temperatursensor und der mindestens eine Leiter sind auf einer Platine aufgebracht. Mit anderen Worten wird somit eine gemeinsame Platine für sowohl den mindestens einen Temperatursensor als auch für den mindestens einen elektrischen Leiter bereitgestellt, wobei der mindestens eine elektrische Leiter insbesondere als Leiterbahnen auf dem Trägermaterial der Platine vorliegt, z.B. dort aufgedruckt ist.
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Ein solcher Kerntemperaturfühler bzw. dessen Komponenten bieten eine Vielzahl von Vorteilen. So wird eine kostengünstige Montage und Herstellung durch eine maschinelle Fertigung der Platine mit Leiterbahnen, eine automatische Bestückung der Leiterbahnen bzw. Bestückungsplätze möglich. Dadurch wird eine hohe Qualität sichergestellt, da fehleranfällige manuelle Fertigungsschritte entfallen. Geeignet ist eine solche Platine insbesondere auch zur Anordnung einer großen Anzahl von Sensoren. Eine Position der Sensorelemente im Fühlerrohr oder Spieß ist bedingt durch deren Bestückung auf der Platine genau vorbestimmbar.
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Unter einer Platine kann insbesondere ein flächiger Träger verstanden werden, auf dem insbesondere mindestens ein Bestückplatz für einen Temperatursensor sowie mindestens eine Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung des Bestückplatzes bzw. des daran angeordneten Temperatursensors angeordnet ist.
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Das Fühlerrohr ist insbesondere in Art eines Rohres ausgebildet, wobei eines seiner Enden geschlossen ist und als Spitze zuläuft, um in ein Gargut eingesteckt werden zu können. Das gegenüberliegende (griffseitige) Ende ist mit einem Griff verbunden.
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In dem Griff kann eine Elektronik, insbesondere Auswerteelektronik, aufgenommen sein. Eine solche Elektronik mag beispielsweise zur Bestimmung, Verarbeitung und/oder Bereitstellung von Messsignalen und/oder Messwerten des zumindest einen Temperatursensors dienen. Solche Signale oder Messwerte können per drahtloser oder leitungsgebundener Verbindung zu beispielsweise einem Gargerät (z.B. einem Backofen) übertragen werden, um eine Programmautomatik zu steuern.
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Alternativ mag die Platine direkt drahtlos oder drahtgebunden mit dem Gargerät gekoppelt sein, sich eine Elektronik, insbesondere Auswerteelektronik, also in dem Gargerät befinden, z.B. integriert in eine Steuereinrichtung.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Platine eine elastisch biegbare Platine ist. Eine solche Platine kann besonders einfach in das Fühlerrohr eingesetzt werden. Die Platine ist insbesondere zusammen mit daran angeordneten Bauelementen wie dem mindestens einen Temperatursensor elastisch biegbar.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Platine eine Trägerfolie als Grundkörper aufweist. Dies ergibt den Vorteil, dass die Platine besonders preiswert als auch hochgradig elastisch biegbar ist. Eine Dicke der Trägerfolie mag beispielsweise zwischen 50 und 200 Mikrometern betragen.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass ein Grundmaterial der Platine Polyimid ist oder zumindest aufweist. Polyimid weist die Vorteile einer hohen elastischen Biegbarkeit, hohen Temperaturbeständigkeit, guter Verarbeitbarkeit bei einer Bearbeitung und Bestückung und von geringen Kosten auf. Durch die Verwendung der elastisch biegbaren Platine wird insbesondere ein Einrollen der (bestückten) Platine und folgend ein Einsetzen oder Einführen in den Innenraum des rohrförmigen Fühlerrohres ermöglicht. Beim Einführen kann vorteilhafterweise auf ein Gleitmittel verzichtet werden, da die Platine entsprechend weit zusammengerollt bzw. gebogen werden kann, so dass deren gerollter Außendurchmesser ausreichend kleiner ist als der Innendurchmesser des Fühlerrohrs.
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Eine Weiterbildung besteht demgemäß darin, dass die fertige Platine (zusammen mit Leiterbahn(en) und Temperatursensor(en)) in das Fühlerrohr eingeschoben oder eingeführt ist.
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Es ist eine Ausgestaltung dazu, dass die elastisch biegbare Platine an eine Innenwandung des Fühlerrohres angeschmiegt ist. Verstanden wird darunter insbesondere, dass die Platine in dem gebogenen Zustand flächig an einer inneren Oberfläche des rohrförmigen Fühlerrohres anliegt. Dies kann insbesondere auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass sich die elastisch biegbare Platine nach einem Einrollen und Einsetzen in das Fühlerrohr in dem Fühlerrohr entspannen und damit wieder Entrollen kann. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sich ein direkter Kontakt zwischen der Platine und dem Fühlerrohr ergibt, was einen Wärmewiderstand zwischen dem mindestens einen auf der Platine befindlichen Temperatursensor und dem Fühlerrohr verringert und dadurch auf sehr einfach umsetzbare Weise eine Genauigkeit und Ansprechgeschwindigkeit des mindestens einen Temperatursensors erhöht.
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Dies gilt insbesondere, falls sich der mindestens eine Temperatursensor auf einer dem Fühlerrohr zugewandten Seite der Platine befindet, da in diesem Fall eine direkte Kontaktierung des mindestens einen Temperatursensors mit dem Fühlerrohr möglich ist.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass eine Breite der elastisch biegbaren Platine mindestens so groß ist wie ein halber Innenumfang des (rohrförmigen) Fühlerrohrs. Aufgrund ihrer Elastizität und Dimension spannt sich die Platine dann sicher selber gegen die Innenseite des Fühlerrohres. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Breite der Platine größer oder gleich dem (ganzen) Innenumfang des Fühlerrohrs ist.
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Unter der Breite kann insbesondere eine Breite quer zu einer Längserstreckung des rohrförmigen Fühlerrohrs verstanden werden. Dadurch ist die Platine nach einer entsprechenden Biegung der Platine in das rohrförmige Fühlerrohr einführbar, wobei die Platine sich nach einem Loslassen aufgrund ihrer Elastizität mit den seitlichen Kanten gegen eine Innenwandung des rohrförmigen Fühlerrohres drückt und so eigenständig festlegt. Ermöglicht wird somit eine einfache Montage mit den Schritten Bestücken der Platine, Einrollen quer zur Längsrichtung der Platine, insbesondere vollständiges Einschieben in den rohrförmigen Innenraum des Fühlerrohres und Loslassen, so dass sich die Platine wieder teilweise entrollen kann.
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Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass die Platine mindestens eine endseitige Kontaktfläche aufweist, über die der mindestens eine Leiter an mindestens einen externen Leiter oder Anschlusskontakt angeschlossen ist. Eine solche Kontakt- bzw. Anschlussfläche auf der Platine ermöglicht eine elektrische Kontaktierung und zugleich Befestigung eines externen Leiters oder Anschlusskontaktes. Der externe Leiter kann beispielsweise zu einer im Griff befindlichen Elektronik führen. Auch kann der externe Leiter beispielsweise ein Kabel sein, dass mit einem Gargerät, insbesondere Backofen, zur Signalübertragung verbunden oder gekoppelt ist.
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Ein Anschlusskontakt mag beispielsweise als Element einer Elektronik dienen, welche sich im Griff befindet. Eine solche Elektronik kann insbesondere als eine Auswerte- und/oder Steuereinheit ausgebildet sein, um Messwerte des zumindest einen Temperatursensors zu ermitteln und zur weiteren Übertragung an eine übergeordnete Einheit wie ein Gargerät bereitzustellen.
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Eine Weiterbildung ist es, dass sich die Kontaktflächen endseitig an der Platine in einem Bereich befinden, welcher im endmontierten Zustand einem offenen Fühlerrohr- bzw. Rohrende benachbart angeordnet ist (griffseitiger Endbereich). Dies ermöglicht auch Zugriff von außen bei bereits ganz oder weit in das Rohr bzw. den Fühlerrohr eingeschobener Platine, um die Kontaktflächen mit einem Kabel oder einer Elektronik zu verbinden.
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Eine Ausgestaltung dazu ist, dass der mindestens eine externe Leiter oder Anschlusskontakt an die mindestens eine Kontaktfläche gecrimpt ist. Ermöglicht wird dadurch insbesondere ein automatisiertes bzw. maschinelles Kontaktieren (Ancrimpen) der Leitungsenden der Leiter, die von den Temperatursensoren wegführen, an die externen Leiter oder Anschlusskontakte. Fehleranfällige manuelle Anschlussschritte entfallen. Weitere Vorteile einer Crimp-Verbindung bestehen in dem geringen Raumbedarf und sowohl elektrisch sicherer Kontaktierung als auch mechanisch fester Verbindung. Insbesondere ist eine Crimp-Verbindung temperaturbeständig und ermöglicht somit den Einsatz auch bei höheren Temperaturen von beispielsweise 250°C in einem Backofen. Nicht ausgeschlossen sind jedoch andere Verbindungsmethoden, wie beispielsweise Steckverbindungen oder Lötverbindungen.
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Noch eine Ausgestaltung dazu ist, dass die Platine im Bereich der zumindest einen Kontaktfläche auf beiden Seiten leitend beschichtet ist. Dadurch wird ein automatisches Crimpen erleichtert und besonders sicherer elektrischer Kontakt gewährleistet. Auch wird eine direkte Kontaktierung einer der Kontaktflächen mit einem elektrisch leitfähigen Fühlerrohr ermöglicht, wodurch insbesondere ein Masseanschluss bereitstellbar ist. Auch wird ein Eincrimpen in das Fühlerrohr mit gleichzeitiger Kontaktierung von Fühlerrohr, Kontaktfläche und/oder Schirmleitung eines externen elektrischen Leiters, z.B. eines Kerntemperaturfühlerkabels ermöglicht.
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Noch eine Ausgestaltung dazu ist, dass die Platine im Bereich mindestens einer solchen Kontaktfläche eine Öffnung aufweist, insbesondere freigestanzt ist. Freigestanzte Kontaktflächen erlauben das Ancrimpen der weiteren Leiter auch an Positionen der Platine, welche von dem stirnseitigen Rand beabstandet sind. Dies ermöglicht insbesondere auch eine räumliche Trennung der Kontaktflächen in der Längsrichtung, was einen Kurzschluss der Pegel der elektrischen Leiter verhindert.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die Öffnungen U-förmig die Kontaktfläche umgebend ausgebildet. Die Kontaktfläche kann damit in Art einer Lasche angehoben werden und von einem Steckverbinder oder einem Crimp-Gegenverbindungselement umgriffen werden.
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Eine weitere Ausgestaltung ist es, dass die Platine bzw. ihr Grundkörper aus einem temperaturbeständigen Material bestehen, insbesondere aus einem bis 250°C temperaturbeständigen Material. So können insbesondere typische Garraumtemperaturen in einem Backofen unbeschadet überstanden werden. Ein solches Material ist beispielsweise Polyimid.
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Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mehrere Temperatursensoren auf dem Träger entlang einer Längserstreckung des Fühlerrohres zueinander beabstandet angeordnet sind. Dies ermöglicht eine Auswertung von Wärmeprofilen quer durch ein Gargut und insbesondere eine Sicherstellung, dass eine Mindest-Gartemperatur überall im Gargut erreicht wird, selbst wenn das Fühlerrohr z.B. zu tief in das Gargut oder sogar durch das Gargut hindurch eingesteckt worden sein sollte. Gemäß einer Weiterbildung sind die Temperatursensoren dabei auf der Platine gleichbeabstandet zueinander angeordnet.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass mehrere Temperatursensoren auf dem Träger in Umfangsrichtung des Fühlerrohres verteilt angeordnet sind. Mit anderen Worten erfolgt eine Versetzung der Temperatursensoren in Umfangsrichtung des Fühlerrohres. Ist beispielsweise ein Kerntemperaturfühler nahe an einem Außenrand des Garguts eingesteckt, so kann ein Temperaturgefälle von der Außenseite des Garguts zum Innenraum hin erfasst werden.
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Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Fühlerrohr bzw. das Rohr insbesondere aus Edelstahl oder Kunststoff besteht. Jedoch sind auch andere geeignete und für den Einsatzzweck eines solchen Fühlerrohres in Verbindung mit Gargut geeignete verfügbare Materialien einsetzbar, z.B. Keramik
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt einen Kerntemperaturfühler mit nur schematisch skizziertem Griff; und
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2 zeigt eine Platine eines solchen Kerntemperaturfühlers mit darauf aufgebrachten elektronischen Komponenten.
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1 zeigt einen Kerntemperaturfühler 11 mit teilweise nur schematisch angedeuteten Komponenten. Der Kerntemperaturfühler 11 weist ein rohrförmiges Fühlerrohr 12 auf. Das Fühlerrohr 12 ist im Wesentlichen als hohles Rohr ausgebildet und weist an seinem vorderen Ende 35 einen geschlossenen und spitz zulaufenden Abschnitt zum Einstechen in abzufühlendes Gargut auf. Am gegenüberliegenden Ende ist das Fühlerrohr 12 offen, so dass durch eine Rohröffnung 32 Zugang zum Innenraum 33 des Fühlerrohres 12 besteht.
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In den Innenraum 33 ist eine Platine 16 eingelegt. Die Platine 16 liegt einer innenseitigen Wandung des Fühlerrohres 12 an. Zum offenen Ende hin weist die Platine 16 eine erste Kontaktfläche 21 auf, welche zum Kontaktieren eines ersten externen Leiters (z.B. Kabels) oder Kontaktanschlusses (o.Abb.) dient. Durch eine beidseitige, insbesondere außenseitige elektrisch leitfähige Beschichtung der Kontaktfläche 21 kann ein unmittelbarer Kontakt der Kontaktfläche 21 mit der Innenwand des Fühlerrohres 12 gebildet sein. Im Fall einer elektrisch leitfähigen Innenwand des Fühlerrohres 12 ist somit beispielsweise ein Massekontakt hergestellt.
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Geschlossen wird der Fühlerrohr 12 in der Darstellung durch einen nur angedeutet eingezeichneten Griff 34, der auf die Rohröffnung 32 aufgesetzt ist und diese verschließt. Der Griff 34 kann insbesondere eine Elektronik aufweisen, welche zur Erfassung von Messdaten innenliegender Sensoren, zu deren Auswertung und/oder zu deren Weiterleitung an eine externe Steuereinheit, beispielsweise eines Gargeräts ausgebildet ist.
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2 zeigt eine solche Platine 16 in einem flächig ausgerollten Zustand. Die Platine 16 besteht aus einem hochtemperaturfesten, elastischen Grundmaterial, z.B. Polyimid, welches einerseits im flächigen Zustand eine Bearbeitung (Bedruckung, Bestückung mit elektronischen Komponenten usw.) zulässt und andererseits ausreichend flexibel oder biegbar ist, um zum Einführen in die Rohröffnung 32 des Fühlerrohres 12 ausreichend gebogen oder aufgerollt werden zu können.
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Auf der Platine 16 sind beispielhaft ein erster Temperatursensor 13, ein zweiter Temperatursensor 14 und ein dritter Temperatursensor 15 angeordnet. Diese sind insbesondere an Bestückplätzen angeordnet und sind mit jeweils zwei zugeordneten Kontaktflächen 24, 27; 25, 28 bzw. 26, 29 elektrisch leitend verbunden.
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Bei der beispielhaft dargestellten Ausgestaltung sind die drei Temperatursensoren 13, 14, 15 in einer Längsrichtung L zueinander gleichbeabstandet angeordnet. Die Längsrichtung L entspricht dabei einer Längsrichtung L des Fühlerrohres 12. Außerdem ist beispielhaft der dritte Temperatursensor 15 zusätzlich relativ zu dem ersten und zweiten Temperatursensor 13, 14 in Umfangsrichtung des Fühlerrohres 12 bzw. in Querrichtung auf der Platine 16 seitlich versetzt angeordnet.
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Der erste Temperatursensor 13 bzw. dessen Kontaktfläche am Bestückungsplatz 24 ist über einen ersten elektrischen Leiter 17 mit der ersten Kontaktfläche 21 verbunden. Der zweite Temperatursensor 14 bzw. dessen Kontaktfläche am Bestückungsplatz 25 ist über einen zweiten elektrischen Leiter 18 mit der zweiten Kontaktfläche 22 elektrisch leitfähig verbunden. Entsprechend ist der dritte Temperatursensor 15 bzw. dessen Kontaktfläche am Bestückungsplatz 26 über einen dritten elektrischen Leiter 19 mit der Kontaktfläche 23 verbunden. Die drei Kontaktflächen 21, 22, 23 dienen zum Anschluss eines externen Leiters oder Kontaktes der im Griff befindlichen Elektronik oder eines aus dem Kerntemperaturfühler 11 herausführenden Kabels.
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Außerdem sind die drei Temperatursensoren 13, 14, 15 über deren jeweils weitere Kontaktfläche an deren Bestückplätzen 27, 28, 29 untereinander mit einem vierten elektrischen Leiter 20 verbunden.
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Während die erste Kontaktfläche 21 zum Anschluss eines externen Leiters im Bereich einer Stirnseite der Platine 16 die gesamte Stirnseite überdeckend und vorzugsweise beidseitig der Platine 16 ausgebildet ist, sind die beiden weiteren Kontaktflächen 22, 23 zum Anschließen externer Leiter in Längsrichtung der Platine 16 von der ersten Kontaktfläche 21 und untereinander beabstandet angeordnet. Zur Erleichterung einer Kontaktierung durch insbesondere Crimpen ist ein Teil der Kontaktflächen 22, 23 von einer U-förmigen Öffnung 30 bzw. 31 umgeben. Die beiden Kontaktflächen 22, 23 sind ebenfalls bevorzugt beidseitig elektrisch leitfähig beschichtet. Bei direktem Anliegen der Platine 16 im montierten Zustand an einem leitfähigen Innenrohr des Fühlerrohres 12 kann aber auch vorgesehen sein, dass diese oder alle der Kontaktflächen 21–29 auf der dem Rohr zugewandten Seite elektrisch nicht leitfähig beschichtet sind, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
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Wie aus 2 erkennbar ist, ist eine Breite b der Platine 16 in deren Richtung quer zur Längsrichtung größer als ein halber Innenumfang U, also U > 0,5·π·d, wobei d den gezeigten Innendurchmesser des Fühlerrohres 12 darstellt. Dadurch ist die Platine 16 nur in einem gebogenen bzw. zumindest teilweise eingerollten Zustand in den Innenraum 33 des Fühlerrohres 12 einführbar. Nach Lösen der sie einrollenden Kraft rollt sich die Platine 16 wieder auf und schmiegt sich dadurch an der Innenwandung des Fühlerrohres 12 an.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Neben dem Einsatz eines elektrisch leitfähigen Rohres für das Fühlerrohr kann auch ein Kunststoffrohr eingesetzt sein.
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Insbesondere können außer Temperatursensoren auch weitere Sensortypen zur Erfassung anderer physikalischer Parameter auf der Platine angeordnet sein.
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Zur Montage der Temperatursensoren auf der Platine ist eine Bestückung gemäß üblicher Verfahren der Halbleitertechnologie realisierbar. Insbesondere können Leiterbahnen und Bestückungsplätze aufgedruckt sein, jedoch sind prinzipiell auch andere Herstellungsverfahren realisierbar, welche die Platine mit den Leitern bzw. Leiterbahnen und daran angeschlossenen Temperatursensoren fertigen lassen. Neben den dargestellten drei Temperatursensoren können auch mehr oder weniger Temperatursensoren auf der Platine angeordnet sein.
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Neben direkten Kontaktierungen der Kontaktflächen mit dem Außenrohr bzw. Fühlerrohrrohr und Crimpverbindungen sind auch andere Verbindungsarten zur elektrischen Kontaktierung der zum Anschluss an externe Komponenten und/oder im Griff befindliche elektronische Komponenten vorgesehenen Kontaktflächen umsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Kerntemperaturfühler
- 12
- rohrförmiger Fühlerrohr
- 13
- erster Temperatursensor
- 14
- zweiter Temperatursensor
- 15
- dritter Temperatursensor
- 16
- Platine
- 17
- erster elektrischer Leiter
- 18
- zweiter elektrischer Leiter
- 19
- dritter elektrischer Leiter
- 20
- vierter elektrischer Leiter
- 21–23
- Kontaktfläche für externen Leiter
- 24–29
- Kontaktfläche an Bestückplatz
- 30
- Öffnung
- 31
- Öffnung
- 32
- Rohröffnung
- 33
- Innenraum
- 34
- Griff
- 35
- vorderes Ende des Fühlerrohrs
- b
- Breite der Platine
- d
- Innendurchmesser des Fühlerrohres
- L
- Längsrichtung
