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Die Erfindung betrifft ein Mikrotom zum Schneiden von histologischen Proben, das eine Schneideeinheit zum Schneiden der Proben, einen Probenhalter, an dem die Probe befestigbar ist, und eine Antriebseinheit zum Bewegen des Probenhalters relativ zur Schneideeinheit zum Schneiden der Probe umfasst. Ferner hat das Mikrotom eine Kühleinheit zum Kühlen mindestens eines Teilbereiches des Probenhalters, wobei diese Kühleinheit einen Kompressor zum Verdichten eines Kältemittels, ein Kapillarrohr zum Zuführen des Kältemittels von dem Kompressor zu dem Probenhalter und eine Rückführleitung zum Rückführen des Kältemittels von dem Probenhalter zu dem Kompressor umfasst.
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Mit Hilfe von Mikrotomen werden die einem Patienten entnommenen histologischen Proben, nachdem sie in Paraffin eingebettet wurden, in Dünnschnitte geschnitten, die anschließend auf Objektträgern aufgebracht werden und nach der Behandlung und dem Eindecken einem Mikroskop zur weiteren Untersuchung zugeführt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Kryostatmikrotom. Mit Kryostatmikrotomen werden gefrorene Proben geschnitten, die aus Zeitgründen den aufwendigen Präparationsprozess zur Paraffineinbettung nicht durchlaufen können. Je nach Umweltbedingungen kann es jedoch auch notwendig sein, die in Paraffin eingebetteten Proben zu Kühlen, damit ein unbrauchbares Schneidergebnis durch weiches Paraffin verhindert wird.
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Es sind Mikrotome bekannt, bei denen der Probenhalter, an dem die Probe befestigt ist, in einer gekühlten Kammer angeordnet sind, durch die ein gekühlter Luftstrom zur Kühlung geführt ist. Bei diesen Mikrotomen erfolgt nur eine relativ ungenaue, bei empfindlichen Proben häufig auch nicht ausreichende Kühlung. Um dies zu vermeiden, sind ebenfalls Mikrotome bekannt, bei denen eine Kompressionskältemaschine, wie diese beispielsweise aus handelsüblichen Kühlschränken bekannt ist, vorgesehen, durch die der Probenhalter aktiv gekühlt wird. Ein solches Mikrotom ist beispielsweise aus der
WO 2004/029588 A1 bekannt. Weitere Mikrotome mit unterschiedlichen Kühleinrichtungen sind aus der
DE 94 21 559 U1 , der
EP 1 811 280 A1 oder der
US 3 191 476 A bekannt.
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Zum Schneiden der Probe wird der Probenhalter relativ zu dem Schneideelement bewegt. Insbesondere führt der Probenhalter sowohl eine Schnittbewegung als auch eine Zustellbewegung aus. Durch das Bewegen des Probenhalters werden die Leitungen, durch die das Kältemittel der Kompressionskältemaschine geführt ist, ständig dynamisch beansprucht, was insbesondere bei den dünnen Kapillarrohren, über die das Kältemittel dem Probehalter zugeführt wird, zu einer raschen Materialermüdung und somit zu einem Brechen des Kapillarrohres führt. Somit müssen die Kapillarrohre häufig ausgewechselt werden, was mit entsprechendem Aufwand und Kosten verbunden ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Mikrotom zum Schneiden von histologischen Proben anzugeben, bei dem die Proben zuverlässig gekühlt werden können und das eine lange Lebensdauer hat.
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Diese Aufgabe wird durch ein Mikrotom mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Teilbereich des Kapillarrohres wendelförmig ausgebildet, so dass dieser bei dem Bewegen des Probenhalters über die Antriebseinheit zum Schneiden der Probe eine federnde Bewegung ausführt und somit die mechanische Beanspruchung des Kapillarrohres wesentlich geringer ist. Somit wird die Lebensdauer des Kapillarrohres erhöht, so dass dies erst nach einer deutlich höheren Anzahl von Schneidevorgängen ausgetauscht werden muss. Durch den wendelförmigen Teilbereich wird die Bewegung des Probenhalters ausgeglichen, ohne dass hierbei das Kapillarrohr stark mechanisch belastet wird.
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Der wendelförmige Teilbereich des Kapillarrohres ist insbesondere schraubenförmig, beispielsweise ähnlich einer Schraubenfeder, geformt ist.
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Der wendelförmige Teilbereich ist insbesondere helixförmig ausgebildet und weist somit eine konstante Steigung auf. Somit wird bei der Schneidbewegung der wendelförmige Teilbereich gleichmäßig belastet, so dass keine Spannungsspitzen auftreten und somit dem Brechen des Kapillarrohres effektiv vorgebeugt wird.
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Der wendelförmige Teilbereich ist insbesondere in Form eines Federelementes ausgebildet, das während der Schneidbewegung elastisch verformt wird und nach dem Schneiden wieder seine ursprüngliche Form annimmt.
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Das Kältemittel ist, wenn es durch das Kapillarrohr gefördert wird, insbesondere flüssig.
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Der wendelförmige Teilbereich des Kapillarrohres weist eine Vielzahl von Windungen auf, wobei zwei benachbarte Windungen jeweils einen vorbestimmten Abstand zueinander haben. Über diesen Abstand wird sichergestellt, dass sich der wendelförmige Teilbereich verbiegen kann, ohne dass die Windungen sich hierbei gegenseitig behindern. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Windungen auch unmittelbar aneinander angrenzend ausgebildet sein, d. h. dass keine Abstände zwischen den Windungen des wendelförmigen Teilbereiches vorhanden sind.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das gesamte Kapillarrohr wendelförmig ausgebildet, so dass bei dem Biegen des Kapillarrohres durch die Bewegung des Probenhalters das Kapillarrohr auch bei häufigen Lastwechseln nicht so schnell bricht oder andere mechanische Beschädigungen aufweist.
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Der wendelförmige Teilbereich des Kapillarrohres ist insbesondere zu einem Bogen gekrümmt ausgebildet, so dass bei der Biegung durch die Bewegung des Probenhalters eine relativ gleichmäßige Verteilung der Belastung über das Kapillarrohr erfolgt und eine besonders gute federnde Wirkung des wendelförmigen Teilbereichs des Kapillarrohres auftritt.
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Durch die Windungen des wendelförmigen Teilbereichs ist ein Innenraum begrenzt, wobei durch diesen Innenraum vorzugsweise die Rückführleitung verläuft, so dass die Rückführleitung zum einen geschützt ist und zum anderen ein besonders kompakter Aufbau erreicht wird.
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Die Rückführleitung selbst ist insbesondere als ein Wellrohr und/oder ein Wellschlauch ausgebildet, so dass dieser die beim Schneiden der Probe auftretende Bewegung ausgleichen kann, ohne dass hierbei große Belastungen auftreten und es zu mechanischen Beschädigungen kommt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere Zuführleitung zum Zuführen von gasförmigen Kältemitteln zu dem Probenhalter vorgesehen, wobei auch diese weitere Zuführleitung insbesondere durch den Innenraum des wendelförmigen Teilbereiches des Kapillarrohres verläuft, so dass auch diese weitere Zuführleitung zum einen durch das Kapillarrohr geschützt und zum anderen ein besonders kompakter Aufbau erreicht ist. Bei dem gasförmigen Kältemittel, das durch die weitere Zuführleitung zugeführt wird, und bei dem Kältemittel, das verflüssigt über das Kapillarrohr dem Probenhalter zugeführt wird, handelt es sich insbesondere um das gleiche Kältemittel. Das über das Kapillarrohr zugeführte und das über die weitere Zuführleitung zugeführte Kältemittel werden vorzugsweise gemeinsam über die Rückführleitung zurückgeführt.
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Durch das über das Kapillarrohr zugeführte verflüssigte Kältemittel wird insbesondere eine Grundkühlung erreicht, die den Probenhalter konstant auf eine voreingestellte Temperatur herunterkühlt. Durch das gasförmige Kältemittel, das durch die weitere Zuführleitung zugeführt wird, erfolgt eine Art Feinsteuerung, durch die, wenn notwendig, eine geringfügige Änderung der Temperatur des Probenhalters möglich ist. Durch das gasförmige Kältemittel kann eine Änderung der Temperatur des Probenhalters wesentlich schneller und genauer erfolgen als über das verflüssigte Kältemittel, das über das Kapillarrohr zugeführt wird.
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Die weitere Zuführleitung ist insbesondere ebenfalls als Wellrohr und/oder Wellschlauch ausgebildet, so dass auch die weitere Zuführleitung die auftretende Bewegung bei geringer Beanspruchung ausführen kann.
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Das Kapillarrohr ist insbesondere aus einem Metall gefertigt, so dass es die Form, in der es bei der Fertigung geformt wird, bzw. in der es montiert wird, beibehält und nur die durch den schraubenförmigen Teilbereich mögliche elastische Bewegung beim Bewegen des Probenhalters ausführt.
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Das Kapillarrohr hat insbesondere einen Innendurchmesser zwischen 0,7 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,85 mm und 0,95 mm. Somit wird sichergestellt, dass sich das verflüssigte Kältemittel erst im Bereich des Probenhalters entspannt und verdampft und hierbei Wärme aufnimmt, so dass der Probenhalter gekühlt wird und nicht bereits das Kapillarrohr. Hierdurch wird ein Vereisen des Kapillarrohres vermieden. Bei den zuvor genannten sehr geringen Innendurchmessern wäre es nicht möglich, das Kapillarrohr als Wellrohr oder Wellschlauch auszubilden.
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Die Kühleinheit ist insbesondere in Form einer Kompressionskältemaschine ausgebildet, wie sie beispielsweise aus Kühlschränken bekannt sind. Die Kompressionskältemaschine umfasst den Kompressor, das als Drossel wirkende Kapillarrohr, eine Kondensationseinheit, die in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen zwischen dem Kompressor und dem Kapillarrohr angeordnet ist, und ein Verdampfungselement, das in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen zwischen dem Kapillarrohr und dem Kompressor angeordnet ist.
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Das gasförmige Kältemittel wird durch den Kompressor verdichtet, so dass es in der Kondensationseinheit kondensiert, wobei das Kältemittel Energie in Form von Wärme abgibt. Nachdem Durchströmen des Kapillarrohres entspannt sich das Kältemittel wieder, so dass es in dem stromabwärts des Kapillarrohres angeordneten Verdampfungselement verdampft und hierbei Wärme aufnimmt. Anschließend wird das verdampfte Kältemittel wieder über den Kompressor verdichtet, so dass es in der Kondensationseinheit wieder die aufgenommene Wärme abgibt.
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Der Probenhalter umfasst insbesondere ein Verdampfungselement, das als Verdampfungselement der Kompressionskältemaschine dient. Das Kapillarrohr mündet insbesondere in dieses Verdampfungselement, so dass sich das Kältemittel im Bereich des Verdampfungselementes entspannen kann, bevor es über die Rückführleitung, die ebenfalls mit dem Verdampfungselement verbunden ist, zum Kompressor zurückgeführt wird. Auch die weitere Zuführleitung, über die das gasförmige Kältemittel zur Feinsteuerung zugeführt wird, endet in dem Verdampfungselement. Das Verdampfungselement ist insbesondere in Form einer Kammer ausgebildet, die einen deutlich größeren Durchmesser als das Kapillarrohr aufweist.
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Bei dem Mikrotom weist die Antriebseinheit insbesondere ein Handrad auf, wobei bei einer manuellen Betätigung des Handrades der Probenhalter eine Schnittbewegung und eine Zustellbewegung ausführt. Durch die Schnittbewegung wird die in dem Probenhalter angeordnet Probe in Dünnschnitte zerschnitten, wohingegen durch die Zustellbewegung nach dem Erzeugen eines Dünnschnittes der Probenhalter quer zur Schnittrichtung bewegt wird, so dass bei einem ortsfesten Schneidelement der nächste Dünnschnitt durch eine entsprechende Schnittbewegung erzeugt werden kann.
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Bei dem Mikrotom handelt es sich insbesondere um ein Kryostatmikrotom.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schneiden von histologischen Proben;
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2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der Vorrichtung nach 1; und
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3 eine Seitenansicht des Ausschnitts nach 2.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zum Schneiden von histologischen Proben 12 dargestellt. Die Vorrichtung 10 wird insbesondere in Mikrotomen verwendet.
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Die Vorrichtung 10 weist einen Probenhalter 14 auf, an dem die Probe 12 zum Schneiden befestigbar ist. Über eine Antriebseinheit 16 kann der Probenhalter 14 relativ zu einem Schneidelement 18 bewegt werden, so dass der Probenhalter 14, und somit auch die Probe 12, zum einen eine durch den Doppelpfeil P1 angedeutete Schnittbewegung und zum anderen eine quer zur Schnittbewegung P1 gerichtete Zustellbewegung P2 ausführt. Über die Schnittbewegung P1 werden der Probenhalter 14, und somit die Probe 12, derart bewegt, dass die Probe 12 an einer Schneide des Schneidelementes 18 vorbeigeführt wird und hierbei ein Dünnschnitt von der Probe 12 abgeschnitten wird. Nach dem Abschneiden eines Dünnschnitts erfolgt eine Bewegung des Probenhalters 14 in die Zustellrichtung P2, so dass anschließend durch das erneute Ausführen der Schnittbewegung P1 ein weiterer Dünnschnitt von der Probe 12 abgeschnitten werden kann. Zum Schneiden wird der Probenhalter 14 etwa um eine Strecke von 60 mm und zum Zustellen insgesamt um eine Strecke von etwa 25 mm bewegt.
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Die Antriebseinheit 16 weist insbesondere ein Handrad und einen Kupplungsmechanismus, über den das Handrad mit dem Probenhalter 14 verbunden ist, auf. Bei einer manuellen Betätigung des Handrades wird die Drehbewegung des Handrades über den Kupplungsmechanismus derart auf den Probenhalter 14 übertragen, dass er die Schnittbewegung P1 und die Zustellbewegung P2 ausführt und somit die Probe 12 mikrotomiert wird.
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Ferner weist die Vorrichtung 10 eine als Kompressionskältemaschine ausgebildete Kühleinheit 20 auf. Die Kühleinheit 20 umfasst einen Kompressor 22, eine Kondensationseinheit 24, ein Kapillarrohr 25, ein Verdampfungselement 26 und eine Rückführleitung 28. Über den Kompressor 22, die Kondensationseinheit 24, das Kapillarrohr 25, das Verdampfungselement 26 und die Rückführleitung 28 ist ein geschlossener Kreislauf ausgebildet, durch den ein Kältemittel geführt ist. Als Kältemittel werden beispielsweise Ammoniak, Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenwasserstoffe verwendet.
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Durch den Kompressor 22 wird das Kältemittel verdichtet, so dass es sich unter Wärmeabgabe im Bereich der Kondensationseinheit 24 verflüssigt, wobei das Kapillarrohr 25 als eine Drossel wirkt. Nachdem das verflüssigte Kältemittel durch das Kapillarrohr 25 geströmt ist, entspannt sich das verflüssige Kältemittel in dem Verdampfungselement 26, wobei es Wärme aufnimmt und somit den das Verdampfungselement 26 umgebenden Bereich kühlt. Das verdampfte, nun gasförmige, Kältemittel wird über die Rückführleitung 28 wieder zu dem Kompressor 22 zurückgeführt, so dass es erneut verdichtet und unter Wärmeabgabe verflüssigt werden kann.
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Das Verdampfungselement 26 ist im Bereich des Probenhalters 14, insbesondere als ein Teil des Probenhalters 14 ausgebildet, so dass über die Kühleinheit 20 der Probenhalter 14 und somit die Probe 12 gekühlt werden.
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Ferner weist die Kühleinheit 20 eine weitere Zuführleitung 30 auf, über die ein gasförmiges Kältemittel, das auch als Heizgas bezeichnet wird, dem Probenhalter 14 zuführbar ist. Insbesondere mündet die weitere Zuführleitung 30 ebenfalls in dem Verdampfungselement 26. Über das gasförmige, über die weitere Zuführleitung 30 zugeführte Heizgas ist eine Feinsteuerung der Kühlung des Probenhalters 14 möglich, so dass diese einfach und schnell auf eine voreingestellte Temperatur geregelt werden kann. Durch den geschlossenen Kreislauf der Kompressionskältemaschine erfolgt dagegen eine gleichbleibende konstante Kühlung des Probenhalters 14.
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In 2 ist eine schematische, perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der Vorrichtung 10 nach 1 gezeigt. 3 zeigt eine Seitenansicht des Ausschnitts nach 2. Das Kapillarrohr 25 weist einen wendelförmigen Teilbereich 32 auf, wobei mindestens ein Abschnitt dieses wendelförmigen Teilbereiches 32 bogenförmig ausgebildet ist. Dieser bogenförmige Abschnitt ist insbesondere in Form eines Halbkreises ausgebildet, wie dies in 3 ersichtlich ist.
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Durch das wendelförmige Ausbilden des Teilbereiches 32 wird erreicht, dass das Kapillarrohr 25 beim Ausführungen der Schnittbewegung P1 und/oder der Zustellbewegung P2 eine geringe mechanische Belastung erfährt, da der wendelförmigen Teilbereich 32 bei der Bewegung mitfedert und somit nur geringe mechanische Spannungen, insbesondere Biegespannungen, auftreten. Somit wird auch bei häufigem Lastwechseln eine längere Lebensdauer des Kapillarrohres 25 erreicht, so dass das Kapillarrohr 25 seltener ausgewechselt werden muss.
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Unter der wendelförmigen Ausführung des Teilbereichs 32 wird insbesondere verstanden, dass dieser Teilbereich ähnlich einer Schraubenfeder helixförmig ausgebildet ist. Der wendelförmige Teilbereich 32 hat eine Vielzahl von Windungen, von denen eine beispielhaft mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet ist. Durch die Windungen 36 des wendelförmigen Teilbereichs 32 ist ein Innenraum 38 begrenzt, durch den die Rückführleitung 28 und die weitere Zuführleitung 30 geführt sind. Somit sind die Rückführleitung 28 und die weitere Zuführleitung 30 zum einen durch das Kapillarrohr 25 geschützt und zum anderen ist ein besonders einfacher kompakter Aufbau erreicht. Das über die weitere Zuführleitung 30 zugeführte Heizgas wird insbesondere ebenfalls über die Rückführleitung 28 von dem Probenhalter 14 abtransportiert.
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Das Kapillarrohr 25 ist insbesondere aus einem Metall ausgebildet und hat einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 0,8 mm und 1 mm, so dass zuverlässig verhindert wird, dass sich das über den Kompressor 22 verdichtete Kältemittel bereits im Bereich des Kapillarrohres 25 entspannt. Somit wird eine effektive Kühlung des Probenhalters 14 erreicht und ein Vereisen des Kapillarrohres 25 vermieden.
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Die Rückführleitung 28 und die weitere Zuführleitung 30 sind als Wellschläuche ausgebildet, so dass sich auch diese bei der Schnittbewegung P1 und der Zustellbewegung P2 gut verformen können und bei den häufigen Lastwechseln ebenfalls nicht beschädigt werden. Die Rückführleitung 28 und die weitere Zuführleitung 30 haben einen Durchmesser, der wesentlich größer ist als der Innendurchmesser des Kapillarrohres 25.
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Das Kapillarrohr 25, die Rückführleitung 28 und die weitere Zuführleitung 30 sind insbesondere an einem Halteelement 34 der Vorrichtung 10 befestigt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Rückführleitung 28 und/oder die weitere Zuführleitung 30 auch nicht durch den Innenraum 38 des Kapillarrohres 25 verlaufen, sondern außerhalb des Kapillarrohres 25 verlegt sein. Ebenso ist alternativ möglich, dass kein Heizgas verwendet wird, so dass keine weitere Zuführleitung 30 notwendig ist.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der wendelförmige Teilbereich 32 des Kapillarrohres 25 auch nicht bogenförmig ausgebildet sein, sondern beispielsweise geradlinig verlaufen. Ebenfalls ist es möglich, dass der wendelförmige Teilbereich 32 nicht helixförmig ausgebildet ist, sondern eine unregelmäßige Steigung aufweist. Ebenso können, anders als in den 2 und 3 gezeigt, die Windungen 36 einander kontaktieren und somit keine Abstände zueinander aufweisen. Durch die in den 2 und 3 gezeigte Ausführungsform, bei der zwischen zwei benachbarten Windungen 36 jeweils ein vorbestimmter Abstand ist, wird erreicht, dass das Kapillarrohr 25 sich besser verformen kann.
