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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die dazu geeignet ist, eine Temperaturverteilung innerhalb eines Autoklaven für die Sterilisation medizinischer Instrumente, insbesondere für die Verwendung im zahnärztlichen Bereich, zu optimieren und auszugleichen.
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Stand der Technik
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Bei medizinischen Operationen, insbesondere bei zahnärztlichen Operationen, ist die Verwendung von Autoklaven kleiner Größe zum Sterilisieren kleiner Instrumente oder medizinischer Werkzeuge seit langem bekannt gewesen.
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Ein Beispielautoklav dieses Typs wird beispielsweise in der
EP 0 992 247 beschrieben.
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Die bekanntesten Operationsautoklaven weisen üblicherweise eine zylindrisch geformte Sterilisationskammer mit einem Volumen in der Größenordnung von 15-25 Litern auf, an die Hochtemperaturdampf beaufschlagt wird, der direkt in der Sterilisationskammer erzeugt wird oder von einer äußeren Quelle oder einem Generator eingeblasen wird.
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Die bekannten Methoden für die Erzeugung und Lieferung von Dampf für Sterilisatoren kleiner Größe beruhen hauptsächlich auf:
- 1. Dampferzeugung direkt in der Kammer, durch ein Heizelement, das in Wasser innerhalb der Sterilisationskammer eingetaucht ist;
- 2. Dampferzeugung innerhalb der Kammer, durch ein Heizelement, das außerhalb in Kontakt mit der Metallwand der Sterilisationskammer angeordnet ist, die Wärme und in die Sterilisationskammer injiziertes Wasser überführt;
- 3. Dampferzeugung mittels eines äußeren Generators und anschließendem Dampfeinströmen in die Sterilisationskammer.
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Die zuerst beschriebene Methode, die einen einfachen und effektiven direkten Transfer der elektrischen Widerstandswärme auf das Wasser ermöglicht, zeigt technische Begrenzungen aufgrund der Tatsache auf, dass:
- - es notwendig ist, eine große Menge Wasser in die Sterilisationskammer einzuführen, um ein Widerstandseintauchen während des Betriebs zu gewährleisten;
- - es die Gegenwart eines Sensors erfordert, um die Gegenwart von Wasser innerhalb der Sterilisationskammer zu detektieren, in dessen Abwesenheit das Heizelement einem Brennen unterliegen würde;
- - eine unausweichliche Korrosion des in Wasser eingetauchten Heizelements existiert;
- - es schwierig ist, eine einfache Wartung, beispielsweise eine vollständige Reinigung, aufgrund schwer zu erreichender Spalten durchzuführen;
- - das Heizelement sehr zerbrechlich ist.
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Die dritte beschriebene Methode erlaubt vorteilhafterweise, in die Kammer kompressierten Dampf einzulassen, was eine bestimmte Turbulenz erzeugt, die eine Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb der Kammer gewährleistet. Jedoch weist sie Beschränkungen auf, die mit den Herstellungs-, Betriebs-, Design- und Baukosten verknüpft sind, da sie einen kompressierten Behälter, der Leistungs- und Sicherheitsanforderungen, die per Gesetz und mögliche anwendbare, gegenwärtig durchgesetzte Richtlinien erforderlich sind, erfordert.
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Die zweite beschriebene Methode - auf die im folgenden in der Beschreibung Bezug genommen wird - erlaubt es, die zum Durchführen eines Sterilisationszyklus erforderliche Wassermenge zu optimieren und erfordert keinen äußeren kompressierten Behälter. Jedoch weist sie technische Beschränkungen auf, die mit der Bemessungsschwierigkeit des Heizelements verknüpft sind, das extern in Kontakt mit der Sterilisationskammer ist, mit der unausweichlichen Konsequenz einer Bildung - innerhalb des Sterilisationsraums - von lokalisierten „heißen“ Volumina an überhitztem Dampf und weniger warmen Bereichen; dieses ungleichmäßige Erwärmen ist als ein kritisches Problem zu betrachten, da der Sterilisationsbetrieb erfordert, eine vernünftige Sicherheit zu zeigen, dass minimale Expositionszeiten gegenüber dem Sterilisationsmittel (Dampf) für die gesamte, in die Sterilisationskammer eingeführte Beladung beobachtet werden.
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DE 22 52 694 A ,
DE 31 49 754 A1 und
DE 34 40 146 C1 offenbaren eine Sterilisationskammeranordnung für einen Autoklaven, die einen Sterilisationsbehälter mit einer leitfähigen Wand, ein externes bandförmiges Heizelement im unteren Bereich der Behälterwand, Mittel für die Injektion von Wasser sowie eine Ablenkplatte zur Verteilung des Dampfes im Bereich der beheizten Behälterwand sowie wenig davon beabstandet umfasst.
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US 3,717,434 A und
GB 2 021 953 A offenbaren Autoklaven für die Dampfsterilisation mit einer externen Dampferzeugung unter Verwendung einer Ablenkplatte zur Verteilung des Dampfes in einer Sterilisationskammeranordnung.
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Der Anmelder hat daher sich selbst die Aufgabe gestellt, die eben genannten negativen Erscheinungen zu überwinden, unter dem Versuch, stattdessen die positiven Aspekte eines Dampfgenerators, der außerhalb der Sterilisationskammer liegt, auszunutzen, um einen ausreichenden ökonomischen und sicheren Autoklaven zu erhalten, jedoch trotz allem eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur innerhalb der Sterilisationskammer zu garantieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein solches Ergebnis ist erreicht worden durch schlaues Ausnutzen thermodynamischer Konzepte, die die Simulation der Gegenwart eines Dampfgenerators als eine getrennte Komponente erlauben, auch sogar innerhalb der Sterilisationskammer, durch eine originelle Anordnung, die in ihren wesentlichen Merkmalen in den beigefügten Ansprüchen beschrieben wird.
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Insbesondere wird gemäß einer ersten Erscheinung der Erfindung eine Anordnung einer Sterilisationskammer für einen Autoklaven bereitgestellt, die einen Sterilisationsbehälter mit einer leitfähigen Wand und ein bandförmiges Heizelement umfasst, bereitgestellt mit einem externen Heizelement, das wenigstens in der Nähe eines unteren Bereichs der Behälterwand angeordnet ist, wobei ferner ein Mittel für die Injektion von Wasser in den Behälter bereitgestellt ist, wobei eine Ablenkplatte ferner bereitgestellt ist, die innerhalb des Behälters und in einem kurzen Abstand von seiner inneren Oberfläche wenigstens in dem unteren Bereich der Wand angeordnet ist, wobei die Platte eine komplementäre Krümmung mit derjenigen der Behälterwand aufweist und die Platte kontinuierlich für die gesamte Tiefe des Behälters ist und sich quer in einem Bogen eines Kreises proportional zu der Größe des Heizelements erstreckt.
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Gemäß einer zweiten Erscheinung ist die Ablenkplatte in einem Abstand von der inneren Oberfläche des Behälters zwischen 1 und 3 mm, bevorzugt etwa 2 mm, angeordnet.
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Gemäß einer dritten Erscheinung definiert die Platte, unter Berücksichtigung des seitlichen Randes derselben, eine Art eines geradlinigen Schlitzes (5), der in der Richtung der Kammertiefe, benachbart zur Kammerwand, angeordnet ist.
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Gemäß einer vierten Erscheinung weist die Platte einen erhöhten Rand auft, der sich scharf von dem Endrand der Platte, typischerweise durch eine Stufe, abtrennt.
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Gemäß einer fünften Erscheinung ist die Ablenkplatte komplementär zu und verbunden mit einem einsatztragenden Korb, der möglicherweise aus dem Autoklavenbehälter entfernt oder in diesen wieder eingeführt werden kann. In einem solchen Falle weist die Platte bevorzugt erhöhte Seitenränder auf, an denen der einsatztragende Korb befestigt werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Erscheinung ist die Ablenkplatte durch die gleiche dünne Wand eines einsatztragenden Korbes definiert, um innerhalb der Sterilisationskammer installiert zu werden.
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Gemäß einer weiteren Erscheinung der Erfindung wird ein einsatztragender Korb für eine Anordnung, wie oben detailliert beschrieben, bereitgestellt, umfassend eine Seitenwand, die im wesentlichen wie eine Platte geformt ist, entwickelt auf einem Zylinder und bereitgestellt mit einem Abstandsmittel, das dazu geeignet ist, einen Abstand zwischen der gleichen Seitenwand des Korbes und der inneren Oberfläche einer Sterilisationskammer zu definieren.
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Schließlich wird gemäß einer letzten Erscheinung ein Autoklav für die Sterilisation von medizinischen Werkzeugen bereitgestellt, umfassend eine Anordnung, wie sie oben detailliert beschrieben ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Anordnung und des Autoklaven gemäß der Erfindung werden in jedem Falle offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben, die beispielhaft gegeben wird und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt wird, in denen:
- 1 eine perspektivische schematische Ansicht ist, die eine Sterilisationskammer unter Standardbedingungen zeigt;
- 2 eine Ansicht ähnlich zu 1 ist, wobei die Sterilisationskammer teilweise durch eine Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung aufgenommen ist;
- 3 eine schematische Ansicht in einem Querschnittsabschnitt ist, die den Betrieb der Anordnung der Erfindung zeigt;
- 4 eine Ansicht ähnlich zu 2 ist, wobei die Sterilisationskammer durch die Ablenkvorrichtung aufgenommen ist, integriert mit einem einsatztragenden Korb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
- 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung ist, definiert durch einen kreisförmigen einsatztragenden Korb.
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1 zeigt eine Sterilisationskammer, die einen Operationsautoklaven veranschaulicht. Eine solche Kammer ist im wesentlichen als ein zylindrischer Behälter 1, druckfest versiegelbar, mit Metallwänden einer geeigneten Dicke, offen zur Vorderseite, geformt. Als eine Tatsache ist der zylindrische Behälter innerhalb eines Autoklaven montiert, wobei die zentrale Symmetrieachse im wesentlichen horizontal ist, so dass sein Beladen/Entleeren mit einer horizontalen Bewegung durch das Öffnen auf der Vorderseite (die eine der zwei Grundflächen der zylindrischen Form darstellt) stattfindet.
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Insbesondere kann aus der Vorderseitenöffnung die zu steriliserende Ladung eingeführt/entfernt werden (typischerweise Werkzeuge und Handstücke für einen zahnärztlichen Gebrauch). Die Vorderseitenöffnung kann dann geschlossen werden, in einer versiegelbaren und druckfesten Art und Weise, durch eine Tür (nicht gezeigt), die im allgemeinen an einer Seite aufschwenkbar ist.
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In dem unteren Teil und in der Rückwand (die andere Grundfläche der zylindrischen Form) der Sterilisationskammer sind Beschickungs- und Entleerungsöffnungen für Verfahrensfluide bereitgestellt.
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Auf der äußeren Oberfläche der Kammer 1 ist ferner ein Heizband (nicht gezeigt) installisert, das typischerweise Wärme zu der Metallwand durch einen Joule-Effekt überführt, um so dieselbe durch Leitung in Kammer 1 zu überführen, in welche Verfahrenswasser injiziert wird.
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Typischerweise weist das Heizband einen Heizbereich auf, der in dem unteren Bereich angeordnet ist (da das in die Kammer eingeführte Wasser natürlicherweise dazu tendiert, sich nahe eines solchen Wandbereichs anzusammeln), das in der Lage ist, auf eine thermostatisch kontrollierte Art und Weise etwa 250-300°C zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung ist innerhalb der Sterilisationskammer, in einem solchen unteren Bereich der Wand, eine Ablenkplatte 2 installiert, die in einer Position in einem kurzen Abstand (zwischen 1 und 3 mm, bevorzugt etwa 2 mm) mit der inneren Oberfläche der Kammer angeordnet ist.
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Eine solche Platte oder Ablenkplatte ist, um in einem kurzen Abstand der inneren Oberfläche zu folgen, gemäß der zylindrischen Krümmung der Wand der Kammer gekrümmt. Materiell, wie klar in 2 ersichtlich ist, besteht die Ablenkplatte 2, um in einem kurzen Abstand gehalten werden zu können, aus einem dünnen Körper einer Form, die im wesentlichen komplementär ist zu derjenigen der Sterilisationskammer, ebenfalls kompatibel mit der Einführung weiterer Ausrüstung des Autoklaven, wie eines Trägerelements oder eines Einsatzkorbes.
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Die Ablenkplatte 2 erstreckt sich über die innere Oberfläche der Kammer 1 entlang ihrer gesamten Tiefe und quer für einen Bogen eines Kreises proportional zu der Größe des äußeren Heizelements.
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Die Ablenkplatte 2 ist in der in 2 gezeigten Ausführungsform kontinuierlich und endet, bevorzugt, seitlich in der Nähe der inneren Wand der Sterilisationskammer, um so einen Schlitz zu definieren, der die Öffnung in Richtung auf die Kammer des Zwischenraums, der unter Platte 2 gefunden wird, darstellt. Bevorzugt endet die Ablenkplatte 2 seitlich mit leicht gefalteten, erhöhten, stufenartigen Rändern 2a, die entworfen sind, um daran andere funktionelle Elemente des Autoklaven zu befestigen. Insbesondere, wie es in 4 veranschaulicht, ist es an erhöhten Rändern 2a möglich - in einer integrierten oder lösbaren Art und Weise - einen kleinen Rahmen oder Korb 4 zu beschränken, der entwickelt ist, um Einsätze für die zu sterilisierende Ladung aufzunehmen.
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In der Tiefenrichtung ist die Platte 2 bevorzugt unterbrochen oder eingeschnitten in Bezug auf Wasserbeladungs-/Entladungs-Öffnungen, die an der unteren Wand der Kammer angeordnet sind (wie in 2 ersichtlich).
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Ungeachtet der Tatsache, dass die Ablenkplatte 2 integral mit dem Einsatzträger ist oder nicht, ist der Ablenkplattenkörper bevorzugt entfernbar aus dem Sterilisationsbehälter, so dass die Reinigungsoperationen der Sterilisationskammer in einer praktischen und effektiven Art und Weise stattfinden können, unter Berücksichtigung des zeitweiligen Entfernens desselben.
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Die Ablenkplatte kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, das Temperaturen der Größenordnung von 150°C (beispielsweise Aluminium, polymere Materialien, rostfreier Stahl und weitere) standhalten kann und von einer geeigneten mechanischen Widerstandsfähigkeit ist.
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Die Verwendung eines Materials mit einer hohen thermischen Kapazität ist bevorzugt, da es dazu beiträgt, Wärme auf den Einsatzträger zu übertragen, beitragend durch eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu einer Verbesserung der Ladungstrocknungsphase, die während der Wasserdampfsterilisationsverfahren durchgeführt wird.
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Da die Ablenkplatte 2 in einem kurzen Abstand von der Wand der Kammer 1, wie erwähnt, angeordnet ist, definiert sie unter Berücksichtigung des seitlichen Rands derselben eine Art eines geradlinigen Schlitzes 5, der in der Richtung der Kammertiefe, benachbart zur Kammerwand, angeordnet ist. Der Dampf, hergestellt durch das in Kontakt mit dem unteren Bereich der erwärmten Wand der Kammer 1 injizierte Wasser, tendiert dazu, unterhalb der Ablenkplatte eingeschlossen zu bleiben, wo er übererhitzt wird, und somit unter Druck aus dem Schlitz 5 hervorkommt. Herauskommend aus dem Schlitz 5 unter Druck erzeugt der Dampf eine beträchtlicher Turbulenz (gezeigt in 3 durch Bewegungen 6), der effektiv kooperiert, um die Temperatur innerhalb der Kammer 1 zu vergleichmäßigen.
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Für einen solchen Zweck ist es bevorzugt, dass die erhöhten Ränder 2a, wo sie bereitgestellt sind, sich scharf von den Endrändern der Platte 2 abtrennen, typischerweise durch eine Stufe, da eine sanftere Verbindung dazu tendieren würde, das erhaltbare Turbulenzniveau zu reduzieren.
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Es war möglich zu ermitteln, dass mit der oben beschriebenen Anordnung ein stärker reguläres und steuerbares Temperaturprofil erhalten wird, wie es in dem Bereich auf der rechten Seite von 3 schematisch dargestellt ist.
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Materiell wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Gegenwart einer Metalloberfläche (der Ablenkplatte) einer Größe, die proportional zu dem Heizelement ist, das an der Außenseite der Oberfläche der Sterilisationskammer angeordnet ist, innerhalb der Kammer auszunutzen, was es erlaubt:
- - Wasserüberschäumung zur Dampferzeugung in einem Volumen, idealerweise getrennt von der zu sterilisierenden Ladung (dem Volumen angeordnet unterhalb der Platte) zu konzentrieren;
- - eine Dampftrockung zu verbessern;
- - die kinetische Energie des Dampfes zu erhöhen, erzeugend eine Turbulenz und somit erlaubend eine größere Vergleichmäßigung der Wärmeverteilung innerhalb der nutzbaren Kammer des Dampfsterilisators;
- - ebenfalls einen teilweisen Screeningeffekt zu erhalten, erhaltend eine Temperaturabnahme der „heißen“ Wand der Sterilisationskammer in den „kritischen“ Bereichen, die in Korrespondenz der freien Oberfläche des Wassers angeordnet sind;
- - Temperaturunregelmäßigkeiten an den Seitenwandbereichen, die vom Wasser nicht berührt werden, zu reduzieren, durch die Erzeugung eines dynamischen Dampfstromes;
- - die zum Ausführen eines Sterilisationszyklus zu initiierende Wassermenge zu reduzieren, ergebend eine bestimmte Energie und Größe eines Heizelements, das außerhalb in Kontakt mit der Metallwand der Sterilisationskammer angeordnet ist.
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Daher erreichen die hierin beschrieben Kammeranordnung mit Ablenkplatte und der verhältnismäßige Autoklav, erhältlich durch eine solche Kammer, in perfekter Weise in einer kostengünstigen und extrem effektiven Art und Weise die Aufgaben, die in den vorangegangenen Bemerkungen dargelegt worden sind.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ablenkplatte, die in einem einsatztragenden Korb integriert ist. Insbesondere ist ein Korb C so konfiguriert, um eine seitliche Wand bereitzustellen, deren Form im wesentlichen mit derjenigen der inneren Oberfläche der Kammer zusammenpasst, einnehmend eine röhrenförmige, kreisförmige Form, wie es in 5 gezeigt ist. Ferner sind auf der äußeren Oberfläche des Korbs Abstandsmittel oder Füße C1 bereitgestellt, die die Bewahrung eines minimalen Abstands (beispielsweise 1-3 mm) zwischen der äußeren Oberfläche des Korbs C und der inneren Oberfläche der Kammer garantieren. Die in 5 gezeigten Füße C1 sind als einzelne Elemente geformt, die an den Korb gesichert sind; alternativ können sie Teil eines einzelnen Abstandselements sein, das in den Autoklaven zwischen der Kammer und dem Korb einzuführen ist, um zu gewährleisten, dass ein geeigneter Abstand erzeugt wird.
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In diesem Fall wird ebenfalls die Gegenwart des in geeigneter Weise konfigurierten Korbs ausgenutzt, um den Dampf und somit die Temperatur innerhalb der Kammer gleichmäßiger zu verteilen. Insbesondere wird ein Zwischenraum zwischen der Kammerwand und der dünnen Metallwand der Ablenkplatte/des Korbs definiert, was den Dampf dazu treibt - der in den unteren, überhitzten Bereichen der Kammerwand erzeugt wird - aufzusteigen, berührend die Seitenwände des Korbs. Dadurch wird auf der einen Seite der Dampf besser getrocknet und verteilt, auf der anderen Seite erhitzt er gleichmäßig den Korb, der wiederum gleichmäßig die verströmte Wärme verteilt.
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Jedoch ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die oben veranschaulichte besondere Konfiguration begrenzt ist, die lediglich ein nicht begrenzendes Beispiel des Umfangs der Erfindung darstellt, sondern dass eine Anzahl an Variationen möglich ist, die alle innerhalb des Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet liegen, ohne notwendigerweise vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wird, abzuweichen.
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Insbesondere ist es nicht ausgeschlossen, dass die Ablenkplatte ebenfalls diskontinuierlich sein kann, d.h. mit kleinen Öffnungen oder Klappen bereitgestellt ist, welche bei der Verteilungsvergleichmäßigung von Dampf und somit der Temperatur in der Kammer helfen könnten, beispielsweise unter Berücksichtigung bestimmter Formen des einsatztragenden Korbes.
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Wiederum ist zu erwähnen, dass die Anordnung der Erfindung für jeden Wasserinjektionsautoklaven (beispielsweise mit Sterilisationszyklus mit Schwerkraft oder thermodynamischer Wasserejektion) anwendbar ist, ungeachtet der Tatsache, dass in dem Sterilisationszyklus eine Vakuumpumpe eingesetzt wird oder nicht, mit oder ohne Luftentfernung und fraktioniertem Vakuumverfahren.
