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Die Erfindung betrifft ein CT-System.
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Ein derartiges CT-System (Computertomografie-System) ist in der
DE 10 2005 041 538 B4 beschrieben. Das bekannte CT-System umfasst einen stationären Teil und einen rotierbaren Teil, der in dem stationären Teil drehbar gelagert ist. In dem rotierbaren Teil sind zumindest ein durch eine Kuhlflüssigkeit gekühlter Röntgenstrahler und ein dem Röntgenstrahler gegenüberliegender Röntgendetektor sowie eine mit dem Röntgenstrahler über einen Kühlkreislauf fluidtechnisch gekoppelte Kühleinrichtung angeordnet. In dem stationären Teil ist ein Kühlluftkanal angeordnet, durch den Kühlluft in den rotierbaren Teil zuführbar ist. Weiterhin ist in dem stationären Teil ein Abluftkanal angeordnet, durch den erwärmte Abluft aus dem rotierbaren Teil abführbar ist.
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Der Röntgenstrahler weist ein Strahlergehäuse auf, in dem eine Röntgenröhre angeordnet ist. Die Röntgenröhre umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind. Die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung innerhalb der Röntgenröhre anfallende Wärme wird primär von der Anode aufgenommen. Die Röntgenröhre muss deshalb während des Betriebs durch eine zirkulierende Kühlflüssigkeit (z. B. Öl oder Wasser) entwärmt werden. Kommt es hierbei zu einem Bruch des Vakuumgehäuses, gelangt Kühlflüssigkeit an die heiße Anode und es kann innerhalb weniger Sekunden aus der überhitzten Kühlflüssigkeit eine größere Menge Dampf entstehen. Um einen derartigen Störfall zu bewältigen, sind bei luftgekühlten CT-Systemen Auffangbeälter und Ausgleichsbehälter vorgesehen. Dadurch ist ein größerer Bauraum erforderlich und der konstruktive Aufwand wird entsprechend erhöht.
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Weiterhin ist in der
US 2002/0 146 092 A1 ein Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse und einem Kühlsystem offenbart. Im Strahlergehäuse sind eine Hochleistungsröntgenröhre, ein Stator und andere elektrische Komponenten angeordnet. Das Kühlsystem umfasst einen Kühler, der räumlich getrennt vom Strahlergehäuse angeordnet ist. Der Kühler ist über eine erste und eine zweite Kühlmittelleitung mit einem im Strahlergehäuse angeordneten Kühlmodul verbunden. Im Strahlergehäuse zirkuliert ein erstes Kühlmittel, durch das die im Strahlergehäuse entstehende Wärme zumindest teilweise abgeführt wird. Ein im Kühler zirkulierendes zweites Kühlmittel wird über die erste Kühlmittelleitung in das Kühlmodul im Strahlergehäuse geführt. Im Kühlmodul nimmt das zweite Kühlmittel die Verlustwärme auf und wird über die zweite Kühlleitung in den Kühler zurückgeführt. Anschließend erfolgt in einem Wärmetauscher eine Rückkühlung des zweiten Kühlmittels, das damit erneut für die Kühlung zur Verfügung steht.
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Aus der
DE 103 42 435 A1 ist ein lecktoleranter Kühlmittelkreislauf für eine mobile chirurgische Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt. Die während des Betriebs des Röntgengenerators entstehende Verlustwärme wird mittels einer Kühlmittelpumpe und mittels Kühlmittelleitungen in ein Kühlaggregat transportiert, das in einem Gerätewagen angeordnet ist. Die Gehäusewände des Gerätewagens stehen mit dem Kühlmittel in Wärmekontakt und fungieren gegenüber der Umgebungsluft als Wärmetauscher. Aufgrund der Kühlmittelführung kann auch bei Auftreten eines Lecks in der Kühlmittelleitung die Zirkulation des Kühlmittels aufrechterhalten werden, ohne dass Kühlmittel an der Leckstelle austritt.
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Ferner ist in der
DE 103 04 661 A1 ein Kühlsystem für eine Gantry einer CT-Anlage beschrieben. Die CT-Anlage umfasst eine Röntgenquelle, die in einem Gantrygehäuse um eine Drehachse rotierbar gelagert ist. Das Gantrygehäuse ist mittels wenigstens eines Lagers an einem stationären Teil der CT-Anlage beweglich gelagert. Das Kühlsystem weist eine Kühlgaszuführeinrichtung auf, um im Bereich zumindest eines der Lager einen Kühlgasstrom von dem stationären Teil in das Gantrygehäuse und/oder aus dem Gantrygehäuse in den stationären Teil zu leiten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein luftgekühltes CT-System mit einem kompakten und konstruktiv einfachen Aufbau zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein CT-System gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen CT-Systems sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Das CT-System nach Anspruch 1 umfasst einen stationären Teil und einen rotierbaren Teil, der in dem stationären Teil drehbar gelagert ist, wobei in dem rotierbaren Teil zumindest ein durch eine Kühlflüssigkeit gekühlter Röntgenstrahler, ein dem Röntgenstrahler gegenüberliegender Röntgendetektor und eine mit dem Röntgenstrahler über einen Kühlkreislauf fluidtechnisch gekoppelte Kühleinrichtung angeordnet sind, und wobei in dem stationären Teil ein Kühlluftkanal, durch den Kühlluft in den rotierbaren Teil zuführbar ist, und ein Abluftkanal, durch den erwärmte Abluft aus dem rotierbaren Teil abführbar ist, angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist in dem Kühlkreislauf wenigstens ein Überdruckventil angeordnet, durch das die Kühlflüssigkeit in den Abluftkanal ableitbar ist.
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Kommt es bei dem erfindungsgemäßen Computertomografie-System (CT-System) während des Betriebs zu einem Bruch des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre, gelangt die im Strahlergehäuse zirkulierende Kühlflüssigkeit an die heiße Anode und aus der überhitzten Kühlflüssigkeit entstehen innerhalb weniger Sekunden größere Mengen Dampf. Die Druckverhältnisse im Strahlergehäuse und im Kühlkreislauf sowie in der Kühleinrichtung führen zu einem Ansprechen des Überdruckventils und der Dampf der überhitzten Kühlflüssigkeit tritt aus dem Überdruckventil aus und wird gezielt in den Abluftkanal abgelenkt, über den die erwärmte Abluft abgeführt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Dampf über den Abluftkanal auf konstruktiv einfache Weise definiert abgeführt. Personen innerhalb des CT-Systems (Patienten) oder Personen am CT-System (Bedienpersonen) werden hierbei nicht gefährdet. Darüber hinaus werden die Komponenten des CT-Systems, die außerhalb des Röntgenstrahlers liegen, z. B. Röntgendetektor, Hochspannungsgenerator und Steuerelektronik, nicht beschädigt. Ein Auffangbehälter bzw. ein Ausgleichsbehälter, der den konstruktiven Aufwand erhöhen und einen größeren Bauraum erfordern würde, ist ebenfalls nicht notwendig.
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Erfindungsgemäße CT-System weist somit einen kompakten und konstruktiv einfachen Aufbau auf.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des CT-Systems ist wenigstens ein Überdruckventil an einem anodenseitigen Teil des Röntgenstrahlers angeordnet, also in dem Bereich, in dem bei einem Bruch des Vakuumgehäuses der Druck der austretenden Kühlflüssigkeit am höchsten und damit die Dampfbildung am stärksten ist (Anspruch 2).
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Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorteilhaft sein, dass wenigstens ein Überdruckventil an der Kühleinrichtung angeordnet ist (Anspruch 3).
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Überdruckventil in zumindest einer Kühlflüssigkeitsleitung angeordnet, die zwischen dem Röntgenstrahler und der Kühleinrichtung verläuft (Anspruch 4). Auch diese Ausgestaltung ist alternativ oder zusätzlich realisierbar.
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Durch die Realisierung wenigstens einer der in den Ansprüchen 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen ist – abhängig von den jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten und den jeweils gestellten Anforderungen – für den Fachmann eine optimale Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall realisierbar.
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Falls es beispielsweise aus konstruktiven Gründen nicht möglich sein sollte, das Überdruckventil nahe genug an dem Abluftkanal anzuordnen, ist es vorteilhaft das Überdruckventil mit einem Dampfführungsrohr zu koppeln (Anspruch 5).
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Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders gut geeignet für ein CT-System, bei dem Wasser als Kühlflüssigkeit für den Röntgenstrahler verwendet wird (Anspruch 6). Die Kühlflüssigkeit kann hierbei ein Zusatzmittel enthalten (Anspruch 7). Bei Wasser als Kühlmittel ist das Zusatzmittel beispielsweise ein Antikorrosionsmittel (Anspruch 8) oder ein Frostschutzmittel (Anspruch 9).
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlluft Umgebungsluft und die erwärmte Abluft ist an die Umgebung abführbar (Anspruch 10). Es handelt sich also um ein offenes Luftkühlungssystem, bei dem während des Betriebs die Entwärmung der im rotierbaren Teil angeordneten Komponenten durch eine unmittelbare Kühlung erfolgt und die erwärmte Abluft an die Umgebung abgegeben wird.
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Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform, die eine im Wesentlichen gleichwertige Alternative darstellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft über einen Wärmetauscher aus der erwärmten Ablauft erzeugbar ist (Anspruch 11). Hierbei handelt es sich um ein geschlossenes Luftkühlungssystem, in dem ein Wärmetauscher zur Rückkühlung der warmen Abluft eingesetzt wird.
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Nachfolgend werden zwei schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele eines CT-Systems gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 einen Schnitt entlang der Linie I-I in den CT-Systemen gemäß den 2 und 3,
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2 eine erste Ausführungsform eines CT-Systems und
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3 eine zweite Ausführungsform eines CT-Systems.
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Das in 1 dargestellte CT-System (Computertomografie-System) umfasst einen stationären Teil 1 und einen rotierbaren Teil 2, der über ein Rotationslager 22 in dem stationären Teil 1 drehbar gelagert ist. In dem rotierbaren Teil 2 sind ein Röntgenstrahler 3 und eine Strahlerblende 4 angeordnet. Der Röntgenstrahler 3 weist ein Strahlergehäuse 5 auf, in dem eine Röntgenröhre angeordnet ist, die aufgrund der gewählten Darstellung nicht sichtbar ist. Die Röntgenröhre umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind. Die von der Kathode erzeugten Elektronen werden in Richtung Anode beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen Röntgenstrahlung. Die in 1 nicht dargestellte Röntgenstrahlung tritt aus dem Röntgenstrahler 3 aus und durch die Strahlerblende 4 hindurch. Nach dem Verlassen der Strahlerblende 4 tritt die Röntgenstrahlung aus dem rotierbaren Teil 2 aus und durchstrahlt ein in 1 ebenfalls nicht dargestelltes Untersuchungsobjekt (z. B. Patient).
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Die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung innerhalb der Röntgenröhre anfallende Wärme wird primär von der Anode aufgenommen. Die Röntgenröhre muss deshalb während des Betriebs durch eine zirkulierende Kühlflüssigkeit entwärmt werden. Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kühlflüssigkeit Wasser.
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Im stationären Teil des CT-Systems sind ein Kühlluftkanal 6 sowie ein Abluftkanal 7 angeordnet. Über den Kühlluftkanal 6 wird Kühlluft in den rotierbaren Teil 2 zugeführt. Die Kühlluft entwärmt den Röntgenstrahler 3 und die Strahlerblende 4, nimmt also Wärme auf, und tritt anschließend als erwärmte Abluft in den Abluftkanal 7 ein und verlässt sodann den rotierbaren Teil 2.
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Kommt es während des Betriebs des Röntgenstrahlers 3 zu einem Bruch des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre, gelangt Wasser an die heiße Anode. Innerhalb weniger Sekunden verdampft ein nicht unerheblicher Teil der Kühlflüssigkeit (Wasser) und es entsteht eine größere Menge Dampf innerhalb des Strahlergehäuses 5.
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Um den bei einem Bruch des Vakuumgehäuses entstehenden Dampf 9 aus dem Strahlergehäuse 5 definiert abzuführen, weist das CT-System erfindungsgemäß wenigstens ein Überdruckventil 8 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einziges Überdruckventil 8 an einem anodenseitigen Teil des Röntgenstrahlers 3 angeordnet. Über das Überdruckventil 8 wird der Dampf 9 gezielt in den Abluftkanal 7 abgeleitet, über den die erwärmte Abluft abgeführt wird.
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In 2 und 3 ist jeweils ein luftgekühltes Computertomografie-System (CT-System) dargestellt. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein CT-System mit einer offenen Luftkühlung, wohingegen es sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 um ein CT-System mit einer geschlossenen Luftkühlung handelt.
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Bei dem in 2 dargestellten CT-System ist wiederum der stationäre Teil mit 1 und der rotierbare, im stationären Teil 1 drehbar gelagerte Teil mit 2 bezeichnet.
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In dem rotierbaren Teil 2 sind neben dem in 1 bereits beschriebenen Röntgenstrahler 3 mit der zugehörigen Strahlerblende 4 ein dem Röntgenstrahler 3 gegenüberliegender Röntgendetektor 10, eine mit dem Röntgenstrahler 3 über eine Kühlmittelzuleitung 11 und eine Kühlmittelableitung 12 fluidtechnisch gekoppelte Kühleinrichtung 13 (Strahlerkühler) sowie eine Steuerelektronik 14 und ein Hochspannungsgenerator 15 angeordnet, die im Folgenden in ihrer Gesamtheit auch als Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15 bezeichnet werden.
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Über die Kühlmittelzuleitung 11 wird die Kühlflüssigkeit dem Röntgenstrahler 2 zugeführt und über die Kühlmittelableitung 12 wird die erwärmte Kühlflüssigkeit in die Kühleinrichtung 13 zurückgeführt.
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Der stationäre Teil 1 ist in einem Tragkörper 16 kraftschlüssig gehalten. Im Tragkörper 16 sind ein Kühlmodul 17 und ein Zuführungskanal 18 angeordnet.
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Das Kühlmodul 17 enthält einen Lüfter 19, der Umgebungsluft ansaugt und diese über den Zuführungskanal 18 als Kühlluft in den Kühlluftkanal 6 einbläst. Bei dieser Art der Luftkühlung handelt es sich also um ein offenes Kühlsystem, bei dem die im rotierbaren Teil 2 angeordneten Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15 während des Betriebs unmittelbar durch Umgebungsluft gekühlt werden.
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Die über den Kühlluftkanal 6 in den rotierbaren Teil 2 zugeführte Kühlluft (Umgebungsluft) entwärmt die im rotierbaren Teil 2 angeordneten Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15, insbesondere den Röntgenstrahler 3 und die Kühleinrichtung 13. Die Kühlluft nimmt hierbei Wärme auf und verlässt anschließend über den Abluftkanal 7 als erwärmte Abluft den rotierbaren Teil 2. Die erwärmte Abluft wird somit an die Umgebung abgegeben.
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Innerhalb des rotierbaren Teils 2 ist im Strahlgang zwischen dem Röntgenstrahler 3 und Röntgendetektor 10 ein Lagerungstisch 21 angeordnet, auf dem ein in 2 nicht dargestelltes Untersuchungsobjekt (z. B. Patient, Werkstück, Gepäck) gelagert werden kann.
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Bei dem CT-System gemäß 3 ist wiederum der stationäre Teil mit 1 und der rotierbare Teil mit 2 bezeichnet. Der rotierbare Teil 2 ist im stationären Teil 1 drehbar gelagert.
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In dem rotierbaren Teil 2 sind neben dem in 1 bereits beschriebenen Röntgenstrahler 3 mit der zugehörigen Strahlerblende 4 wiederum ein dem Röntgenstrahler 3 gegenüberliegen der Röntgendetektor 10, eine mit dem Röntgenstrahler 3 über eine Kühlmittelzuleitung 11 und eine Kühlmittelableitung 12 fluidtechnisch gekoppelte Kühleinrichtung 13 (Strahlerkühler) sowie eine Steuerelektronik 14 und ein Hochspannungsgenerator 15 angeordnet, die im Folgenden in ihrer Gesamtheit auch als Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15 bezeichnet werden.
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Über die Kühlmittelzuleitung 11 wird die Kühlflüssigkeit dem Röntgenstrahler 2 zugeführt und über die Kühlmittelableitung 12 wird die erwärmte Kühlflüssigkeit in die Kühleinrichtung 13 zurückgeführt.
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Der stationäre Teil 1 ist in einem Tragkörper 16 kraftschlüssig gehalten. Im Tragkörper 16 sind ein Kühlmodul 17 und ein Zuführungskanal 18 angeordnet.
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Im Kühlmodul 17 sind ein Lüfter 19 sowie ein Wärmetauscher 20 angeordnet. Der Lüfter 19 bläst über den Zuführungskanal 18 Kühlluft in den Kühlluftkanal 6.
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Die über den Kühlluftkanal 6 in den rotierbaren Teil 2 zugeführte Kühlluft entwärmt die im rotierbaren Teil 2 angeordneten Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15, insbesondere den Röntgenstrahler 3 und die Kühleinrichtung 13. Die Kühlluft nimmt hierbei Wärme auf und verlässt anschließend über den Abluftkanal 7 als erwärmte Abluft den rotierbaren Teil 2 und wird in das Kühlmodul 17 zurückgeführt. Im Kühlmodul 17 erfolgt eine Rückkühlung der erwärmten Abluft im Wärmetauscher 20. Nach der Rückkühlung der erwärmten Abluft steht diese wiederum als Kühlluft für die Entwärmung der im rotierbaren Teil 2 angeordneten Bauteile 3 und 4 sowie 10 bis 15 zur Verfügung.
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Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dieser Art der Luftkühlung um ein geschlossenes Luftkühlungssystem, in dem die Rückkühlung der warmen Abluft mittels eines Wärmetauschers vorgenommen wird.
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Innerhalb des rotierbaren Teils 2 ist im Strahlgang zwischen dem Röntgenstrahler 3 und Röntgendetektor 10 ein Lagerungstisch 21 angeordnet, auf dem ein in 3 nicht dargestelltes Untersuchungsobjekt (z. B. Patient, Werkstück, Gepäck) gelagert werden kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert ist, ist die Erfindung nicht durch die beiden in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch problemlos andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
