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Die
Erfindung betrifft ein elastische Heizprofil zur Umhüllung und
Temperierung von medizinischen Instrumenten, umfassend zumindest
einen entlang der axialen Erstreckung des Heizprofils verlaufenden und
von außen
zugänglichen
Hohlraum zum Einlegen eines medizinischen Instruments und zumindest eine
sich über
die gesamte Länge
des Heizprofils erstreckende axial verlaufende Bohrung zur Aufnahme einer
Temperiereinrichtung.
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Mit
Hilfe derartiger Heizprofile werden medizinische Instrumente, beispielsweise
Infusionsschläuche,
und durch diese strömende
Flüssigkeiten oder
Gase gekühlt,
beheizt und/oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten.
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Ein
solches Heizprofil ist beispielsweise aus der
DE 827 702 bekannt geworden. Ein zur
Injektion von medizinischen Lösungen
verwendeter Schlauch ist über
seine gesamte Länge
von Kanälen
für den Umlauf
eines Wärmemittels
umgeben, wobei die Wärmemittelkanäle durch
einen oder mehreren Schläuche
gebildet werden. Zum nahezu gesamtumfänglichen Einschließen des
Injektionsschlauches werden mehrere Schläuchen durch Vulkanisieren miteinander
verbunden, was die Wärmeübertragung von
dem Heizprofil auf den Schlauch beeinträchtigen kann.
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Ein
weiteres in der
DE
4 241 830 A1 gezeigtes und beschriebenes Heizprofil ist
als einstückiger Mantel
ausgebildet und weist einen durchgehenden Kanal zur Aufnahme eines
Infusionsschlauchs auf. Der aufgenommene Infusionsschlauch ist im
Kanalinnern von einem elektrisch beheizbaren Wärmeübertragungskörper aus
Metall umschlossen, wodurch die Flexibilität des Heizprofils und seine
Anpassbarkeit an die Gegebenheiten am Einsatzort eingeschränkt werden
können.
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Die
DE 4 444 180 C2 zeigt
ein Heizprofil in Form eines geschlitzten Schlauches, in dem Heizdrähte oder
Heizfluidkanäle
eingebettet sind. Das Heizprofil wird als Abschnitt eines Endlosprofils
hergestellt, in das die Temperiereinrichtungen eingelegt, eingebettet
oder einvulkanisiert werden. Ein nachträgliches Einbringen der Temperiereinrichtung
in einen Abschnitt des Endlosprofils erfordert zusätzliche Fertigungsschritte,
wie ein Einziehen von Heizdrähten,
darüber
hinaus ist kein guter Wärmeübergang von
der Temperiereinrichtung auf das Heizprofil gewährleistet. Bei einem direkten
Einbringen der Heizdrähte,
beispielsweise durch Vulkanisieren, wird der Gesamt-Herstellungsaufwand
beispielsweise dadurch erhöht,
dass die Anschlussarbeiten für
die Freilegung der elektrischen Temperiereinrichtungen zeit- und
arbeitsintensiv sind.
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Eine
in der
DE 209 17 247
U1 offenbarte Weiterentwicklung dieses Heizprofils weist
Nuten zum Einlegen und zur Halterung des Infusionsschlauches auf.
Auf diese Weise wird ein guter Wärmeübergang
vom Heizprofil auf einen eingelegten Infusionsschlauch sichergestellt.
Werden wie aus der
DE
4 444 180 C2 bekannt Heizelemente in Bohrungen der Nutflanken
eingelegt, so ist der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von den Heizelementen zum
Heizprofil reduziert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem flexiblen Heizprofil
sowohl einen guten Wärmekontakt
zwischen der bzw. den Temperiereinrichtungen und dem Heizprofil
sicherzustellen als auch die Temperiereinrichtungen unabhängig vom
zu fertigenden Heizprofil bereitstellen.
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Die
Aufgabe wird mit einem Heizprofil der eingangs beschriebenen Art
gelöst,
das erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine axial verlaufende Bohrung
einen Bohrungsdurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser
einer in die Bohrung einzubringenden Temperiereinrichtung.
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Bohrungsdurchmesser
im Sinne der Erfindung ist der Innendurchmesser der Bohrung, den
diese im entspannten Zustand, das heißt ohne eingebrachte Temperiereinrichtung,
aufweist. Aufgrund des Untermaßes
der Bohrung im Vergleich zu dem maximalen Außendurchmesser der in die Bohrung einzubringenden
Temperiereinrichtung muss die Bohrung zur Einbringung der Temperiereinrichtung geweitet
bzw. gedehnt werden. Nach Einbringung der Temperiereinrichtung umschließt das elastische Material
des Heizprofils die Temperiereinrichtung bevorzugt vollwandig an
ihrer gesamten Umfangsfläche.
Durch die Eigenkompression der aufgeweiteten Bohrung entsteht eine
gesamtumfänglich
an der eingebrachten Temperiereinrichtung angreifende Radialkraft.
Die Temperiereinrichtung ist form- und/oder kraftschlüssig in
das flexible Heizprofil eingepresst. Auf diese Weise wird ein guter
Wärmekontakt
zwischen der Temperiereinrichtung und dem Heizprofil gewährleistet.
Darüber
hinaus ergibt sich der Vorteil, dass die Temperiereinrichtung ortsfest
im Heizprofil gehalten ist und aus diesem weder herausrutschen noch
herausfallen kann. Das erfindungsgemäße Heizprofil wird ohne jegliche
Temperiereinrichtung, typischerweise als Extrusionsprofil, hergestellt,
in das anschließend
die Temperiereinrichtungen eingepresst werden. Diese Herstellungsweise
erlaubt unabhängig
vom Heizprofil eine maschinelle Konfektionierung der Temperiereinrichtungen,
wodurch zeitraubende Handarbeit und zusätzliche Arbeitsschritte zur
Bereitstellung eines einsatzbereiten Heizprofils vermieden werden.
Das Material des flexiblen Heizprofils ist ein Kunststoff oder Gummi,
vorteilhafterweise Silikon. Die Länge des Heizprofils beträgt typischerweise
100–200
cm, der Durchmesser des einschichtigen Profils beträgt zirka
15 mm. Ein Temperiergerät
bzw. Temperiersystem umfasst erfindungsgemäß das elastische Heizprofil
und zumindest eine in das Heizprofil einzubringende Temperiereinrichtung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heizprofils
sind in dem Heizprofil mehrere Bohrungen, insbesondere mit unterschiedlichen
Bohrungsdurchmessern, vorgesehen. Die Bohrungen weisen in der Regel
einen runden Querschnitt auf, können
jedoch auch elliptisch ausgebildet sein oder eine eckige Querschnittsform
aufweisen. Die Bohrungen sind bevorzugt gleichverteilt um den von
dem Heizprofil umschlossenen Hohlraum angeordnet. In die Bohrungen
können
unterschiedliche Temperiereinrichtungen, wie Heizleiter und Temperatursensoren,
eingebracht werden. Das erfindungsgemäße Heizprofil kann bei dieser
Ausführungsform
in Zonen unterschiedlicher Heizleistung aufgeteilt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind in dem Heizprofil zumindest eine, bevorzugt zwei
Bohrungen vorgesehen, die bei einer Biegung des Heizprofils entlang
bzw. nahezu entlang einer neutralen Biegelinie (neutrale Faser) des
Heizprofils verlaufen. Die Anordnung einer Bohrung in der neutralen
Faser ist zweckmäßig, um
eine Längenkontraktion
bzw. Längendehnung
einer in die Bohrung eingebrachten Temperiereinrichtung beim Verbiegen
des Heizprofils zu umgehen. Ein Verbiegen des Heizprofils ist bei
seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch,
beispielsweise der Führung
eines Infusionsschlauches von einem die Infusion beinhaltenden Behältnis zu
einem Patienten, nahezu unvermeidlich. Durch eine Einbringung von
empfindlichen Temperiereinrichtungen in bei einer Biegung des Heizprofils
längeninvarianten
Bohrung werden große Belastungen
und insbesondere Beschädigungen
aufgrund einer Überstrapazierung
der empfindlichen Temperiereinrichtungen vermieden.
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße Heizprofil
aus einem wärmeleitenden
Material hergestellt. Das Heizprofil fungiert als Wärmeleiter
zwischen den in den Bohrungen eingebrachten Temperiereinrichtungen
und dem in dem Hohlraum aufgenommenen medizinischen Instrument.
Das medizinische Instrument, beispielsweise ein Infusionsschlauch,
wird über
die Temperiereinrichtung beheizt und/oder gekühlt. Die Temperatur in bzw.
an dem Infusionsschlauch kann über
Temperaturfühler
ermittelt werden. Die Heizleiter und Temperatursensoren sind zweckmäßigerweise
an eine Steuer- und
Regeleinheit angebunden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Heizprofil an der Außenoberfläche eine
Beschichtung aus einem wärmeisolierenden
Material auf, das bevorzugt materialschlüssig mit dem Material des Heizprofils
verbunden ist. Durch die als Isolierschicht dienende Beschichtung
werden Wärmeverluste
nach außen
bzw. unkontrollierte Wärmebeeinflussungen
von außen
nach innen zum zu erwärmenden
Medium im medizinischen Instrument vermieden. Um die Isolationswirkung
der Außenschicht
zu optimieren, wird diese unlösbar
mit dem wärmeleitenden
und/oder wärmespeichernden
Innenbereich des Heizprofils verbunden. Durch eine direkte, materialschlüssige Verbindung
beider Schichten wird bei einer Biegung des Heizprofils die Bildung
von Falten, welche die Isolationswirkung der Außenschicht beeinträchtigen
können,
auf ein Minimum reduziert. Die Beschichtung kann nachträglich, beispielsweise durch
Umschäumen,
aufgebracht werden. Es ist jedoch vorteilhaft, das Heizprofil zweischichtig
in einem Arbeitsvorgang aus zwei unterschiedlichen Materialien herzustellen,
indem die beiden Schichten zusammen extrudiert werden. Durch eine
solche Co-Extrusion entsteht eine direkte, unlösbare Verbindung zwischen der
isolierenden Außenschicht
und der wärmeleitenden
Innenschicht des Heizprofils, so dass die Isolationsschicht nur
schwer vom Heizprofil zu trennen ist und nicht nachträglich in
umständlicher Weise
an diesem fixiert werden muss. Die Beschichtung des Heizprofils
mit einem wärmeisolierenden Material
kann an Heizprofilen unterschiedlichster Art, unabhängig von
den erfindungsgemäßen Merkmalen des
Patentanspruchs 1 verwirklicht werden und stellt einen eigenständigen Erfindungsgedanken
dar. Erfindungsgemäß umschäumte und/oder
materialschlüssig
ummantelte elastische Heizprofile müssen keine Bohrung aufweisen,
um die Vorteile dieser Ausgestaltung aufzuweisen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heizprofils
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum als Nut zur Aufnahme
eines Infusionsschlauches oder eines Trokars ausgebildet ist. Der
Infusionsschlauch bzw. der Trokar kann über einen entlang der axialen
Erstreckung des Heizprofils verlaufenden Schlitz bzw. eine Öffnung in
den Hohlraum eingeführt
werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Hohlraum über eine
Schlitzung, welche zum Einlegen bzw. Einführen des Infusionsschlauches bzw.
Trokars durchtrennt wird, zugänglich
ist. Die Nut ist gegenstückartig,
das heißt,
in ihrer Formgebung angepasst zum einzulegenden medizinischen Instrument
ausgebildet und weist vorteilhafterweise ein Untermaß gegenüber den
Ausmaßen
des Instrumentes auf. Auf diese Weise wird beim Einführen des
Infusionsschlauches eine Spannung im Heizprofil erzeugt, welche
zu einer am Infusionsschlauch radial angreifenden Kraft führt. Der
Infusionsschlauch wird formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
im Heizprofil gehalten, wodurch sowohl ein guter Wärmekontakt zwischen
dem Heizprofil und dem Infusionsschlauch als auch eine ortsfeste
Anbringung des Heizprofils an dem Infusionsschlauch gewährleistet
wird. Die Nut ist derart ausgebildet, dass das Heizprofil den aufgenommenen
Infusionsschlauch nahezu an seiner gesamten Außenumfangsfläche umgreift
bzw. ummantelt und die Einlegeöffnung
wieder weitgehend geschlossen ist. Durch einen möglichst schmalen Öffnungsspalt
werden Wärmeverluste
beim Betrieb einer Heizeinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Heizprofil
durch den Spalt oder auch unkontrollierte Wärmeeintritte von außen durch
diesen Spalt weitgehend vermieden. Eine Isolierschicht ist vorteilhafterweise
bis zur Begrenzung der Einlegeöffnung
bzw. des Einlegespalts an der Außenoberfläche aufgebracht.
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Weiter
ist in zumindest einer Bohrung eine Temperiereinrichtung vorgesehen.
Die Temperiereinrichtung bzw. Temperiereinrichtungen sind vorteilhafterweise
als elektrische Heizeinrichtungen, wie Heizleiter oder Heizdrähte und/oder
als Sensoren, wie Temperaturfühler,
ausgebildet. Die Heizdrähte
sind typischerweise als Wendeln, bei Ein- und Rückleitung in einer Bohrung
als Doppelwendeln ausgeführt. Die
Temperatursensoren bzw. Temperaturfühler sind in der Regel als
NTC-Widerstände
ausgebildet. Durch die Wahl entsprechender Heiz- oder Kühleinrichtungen
sowie entsprechender Messeinrichtungen kann das erfindungsgemäße Heizprofil
anwendungsabhängig,
wie für
eine Heiz-, Kühl-
oder Isolierfunktion, fertig- und
bereitgestellt werden. Die Bohrungen können zudem als Fluidkanäle für Wärme- bzw.
Kältemittel
dienen. Dabei sind die Heizeinrichtungen vorteilhafterweise in Bohrungen
entlang der neutralen Biegelinien vorgesehen. Durch Einbringen in
eine bei Biegung des Heizprofils längeninvariante Bohrung, mit
anderen Worten entlang der neutralen Faser, wird ein dort eingebrachter
Heizleiter weitgehend frei von Biegebelastungen wie Dehnungen und
Stauchungen gehalten.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung
der Zeichnung. Das erfindungsgemäße Heizprofil
ist in Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung gezeigt. Die in den Figuren gezeigten Merkmale
sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Heizprofils;
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2 einen
Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Heizprofils;
und
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3 einen
Längsschnitt
durch das in 2 gezeigte erfindungsgemäße Heizprofil über einen kurzen
Abschnitt.
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In 1 ist
in perspektivischer Sicht ein Abschnitt eines im Wesentlichen zylinderförmigen Heizprofils 1 dargestellt.
Das Heizprofil 1 weist über
seine gesamte Länge
eine Öffnung 2,
einen Hohlraum 3 und axial verlaufende Bohrungen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f auf.
Der Hohlraum 3 wird bis auf eine Unterbrechung an der Öffnung 2 von
dem Heizprofil 1 kreisförmig
umschlossen. In die Profilwand sind die Bohrungen 4a, 4b,...
eingelassen, welche wie die Öffnung 2 und
der Hohlraum 3 entlang der Längenausdehnung des Heizprofils 1 in
axialer Richtung 100 ausgerichtet sind. Die Bohrungen 4a, 4b,...
sind in nahezu regelmäßigen Abständen um
den Hohlraum 3 angeordnet, wobei die Bohrungen 4a, 4c, 4d und 4f einen
Bohrungsdurchmesser aufweisen, der wie ein Bohrungsdurchmesser 110 der
Bohrung 4c, größer als
der Bohrungsdurchmesser der Bohrungen 4b und 4e,
wie ein weiterer Bohrungsdurchmesser 120' der Bohrung 4e, ist.
Beidseits des Heizprofils 1 sind eine erste Temperiereinrichtung 5c und
eine zweite Temperiereinrichtung 5e gezeigt. Eine Außenoberfläche 6 des
Heizprofils 1 weist eine wellige Kontur auf.
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Die
erste Temperiereinrichtung 5c ist als Temperatursensor
mit einem ersten Außendurchmesser 120 ausgebildet.
Die zweite Temperiereinrichtung 5e ist ein Heizleiter mit
einem zweiten Außendurchmesser 120'. Das Heizprofil 1 ist
als Rohling, das heißt,
ohne in ihn eingebrachte Temperiereinrichtungen 5c und 5e,
und die Bohrungsdurchmesser 110 und 110' sind im entspannten,
kompressionsdruckfreien Zustand gezeigt. Der Bohrungsdurchmesser 110 der
Bohrung 4c ist kleiner als der erste Außendurchmesser 120 der
ersten Temperiereinrichtung 5c, so dass die Bohrung 4c zum
Einbringen der ersten Temperiereinrichtung 5c aufgeweitet bzw.
aufgedehnt werden muss. Ein entsprechendes Größenverhältnis zeigen der weitere Bohrungsdurchmesser 110' der Bohrung 4e und
der zweite Außendurchmesser 120' der zweiten
Temperiereinrichtung 5e.
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Das
in 2 im Querschnitt gezeigte Heizprofil 1' unterscheidet
sich von dem in 1 gezeigten darin, dass an der
Außenoberfläche 6,
welche einen Innenbereich 7 des Heizprofils 1' definiert,
eine Beschichtung 8 vorgesehen ist. Die durch Umschäumen des
Innenbereichs 7 aufgebrachte Beschichtung 8 besteht
aus einem wärmeisolierenden
Material. In das Heizprofil 1' ist ein medizinisches Instrument 9,
hier ein Infusionsschlauch mit kreisförmigem Querschnitt, eingelegt.
Zum Einlegen bzw. Eindrücken
des medizinischen Instruments 9 wird die Öffnung 2 durch
eine Öffnungskraft
in Öffnungsrichtung 130 und 130' geweitet. Aufgrund
der Materialspannungen im Heizprofil 1' entsteht eine Rückstellkraft
in Schließrichtung 140 und 140', welche die Öffnung 2 nach
einem Einlegevorgang weitgehend wieder verschließt. Das Material und die Form
des Heizprofils 1' sind
derart gewählt,
dass das medizinische Instrument 9 formschlüssig vom
Innenbereich 7 ummantelt wird und eine Radialkraft (beispielsweise
mit Pfeil 160 angedeutet) auf das medizinische Instrument 9 einwirkt.
Aufgrund dieses Kraftschlusses ist das medizinische Instrument 9,
der Infusionsschlauch, rutschsicher in dem Heizprofil 1' gehalten.
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In
das Heizprofil 1' sind
als Temperatursensoren ausgebildete Temperiereinrichtungen 5a, 5c, 5d und 5f sowie
als Heizleiter ausgebildete Temperiereinrichtungen 5b und 5e eingebracht.
Die als Temperatursensoren ausgebildeten Temperiereinrichtungen 5a, 5c, 5d und 5f weisen
jeweils einen Sensorkopf 50, wie beispielsweise an der
Temperiereinrichtung 5d gezeigt, auf, der zur Mitte des
Heizprofils 1' und
dem dort eingelegten medizinischen Instrument 9 gerichtet
ist. Das elastische, dehnbare Heizprofil 1' liegt form- und kompressionskraftschlüssig an
den Temperiereinrichtungen 5a, 5b,... an und fixiert
sie auf diese Weise im Heizleiter 1'. Die radial gerichtete Kompressionskraft
ist an der ersten Temperiereinrichtung 5c beispielsweise
durch den Pfeil 150 angedeutet an.
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In 3 ist
ein Längsschnitt
durch das Heizprofil 1' gezeigt.
Das sich in axialer Richtung 100 erstreckende Heizprofil 1' ist gebogen,
wodurch ein Stauchungsbereich 10 und ein Dehnungsbereich 11 im
Heizprofil 1' definiert
werden. Im Stauchungsbereich 10 wird das Heizprofil 1' aufgrund einer
Druckbelastung (wie mit Pfeilpaar 170 veranschaulicht)
gestaucht. Im Dehnungsbereich wird das Heizprofil 1' aufgrund einer
Zugbelastung (wie mit Pfeilpaar 180 gezeigt) gedehnt. Eine
an der Grenzlinie bzw. Grenzfläche
zwischen dem Stauchungsbereich 10 und dem Dehnungsbereich 11 verlaufende
neutrale Biegelinie 12 wird durch die Biegung des Heizprofils 1' nicht in seiner
Länge verändert, weshalb
die entlang der neutralen Biegelinie 12 angeordnete Temperiereinrichtung 5b kaum
gestaucht oder gedehnt wird und somit weitgehend frei von Biegebelastungen
gehalten wird.
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Durch
die Einbringung einer Temperiereinrichtung (wie die Temperiereinrichtung 5b in 3) aus
einem Material, dessen Elastizität
weit unter der des Materials des Heizprofils liegt, kann die bei
einer Biegung des Heizprofils längeninvariante
neutrale Faser (neutrale Biegelinie 12) festgelegt werden.
Die Festigkeit und Flexibilität
der Temperiereinrichtung wird dabei derart gewählt, dass bei einer anwendungsabhängigen Biegung
bzw. Krümmung
des Heizprofils die Temperiereinrichtung dem Biegeverlauf weitestgehend
unverändert
folgt, während
das umliegende Material des Heizprofils gedehnt bzw. gestaucht wird
(Stauchungsbereich 10 und Dehnungsbereich 11).
Das Heizprofil wird zudem in axialer Richtung weder gestreckt noch
gestaucht, mit anderen Worten in seiner Länge nicht variiert. In allen anderen,
d.h., außerhalb
der neutralen Faser liegenden Bohrungen sind flexible Zuleitungen
vorgesehen. Die Festlegung einer neutralen Faser über eine im
Vergleich zum Heizprofil starre Temperiereinrichtung ist unabhängig von
einem Heizprofil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 an Heizprofilen unterschiedlichster
Art verwirklichbar und stellt einen eigenen Erfindungsgedanken dar.
An dem erfindungsgemäß in seinem
Biegeverhalten bestimmten Heizprofil ist zumindest eine Bohrung
zur Aufnahme einer Temperiereinrichtung vorgesehen. Es ist darüber hinaus
denkbar, an dem Heizprofil mehrere, bevorzugt zwei neutrale Biegelinien über entsprechende
Temperiereinrichtungen im Heizprofil zu definieren.
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Bei
einem elastischen Heizprofil 1 sind die Temperiereinrichtungen 5c, 5c zur
Beheizung und/oder Kühlung
eines in einem Hohlraum 3 des Heizprofils 1 einlegten
medizinischen Instruments in Bohrungen 4a, 4b, 4c,...
vorgesehen, deren Bohrungsdurchmesser 110, 110' kleiner ist
als der Außendurchmesser 120, 120' der in die
Bohrungen 4a, 4b, 4c,... einzubringenden
Temperiereinrichtungen 5c, 5e. Ein Form- und/oder
Kraftschluss zwischen dem Heizprofil 1 und den aufgenommenen
Temperiereinrichtungen stellt einen guten Wärmekontakt sicher. Darüber hinaus
wird der Herstellungsaufwand für
ein gebrauchsfertiges Heizprofil bzw. eine Temperiereinrichtung
reduziert.