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Die vorliegende Erfindung betrifft Die Erfindung betrifft eine Energiegewinnungs-/Energieumwandlungsvorrichtung für einen Energiespeicher, und bezieht sich insbesondere auf eine Energiegewinnungsvorrichtung für einen Energiespeicher mit einem Modul zum kabellosen und/oder kabelgebundenen Laden des Energiespeichers unter Nutzung von in einem Gerät vorhandener Wärme oder Temperatur.
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Stand der Technik
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Zunehmend gelangen kabellose Systeme, beispielsweise akkumulatorbetriebene Systeme mit ankoppelbaren Energiespeichern, wie etwa Motorensysteme, chirurgische Instrumente im Bereich der Medizin und dergleichen, auf den Markt, so dass ein allgemeiner Trend weg von kabelgebundenen Systemen und hin zu kabellosen bzw. so genannten Stand-Alone Systemen mit einem Energiespeicher („Akku“) zu verzeichnen ist. Diese Energiespeicher müssen mit Energie versorgt werden, um die Verfügbarkeit der von ihnen mit Energie belieferten Produkte zu gewährleisten.
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Nachteilig ist hierbei, dass energiespeicherbasierte Produkte und Systeme, wie beispielsweise Handstücke im Bereich der Medizin, vor einem jeweils beabsichtigten Einsatz zunächst geladen werden müssen.
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Eine konventionelle Lösung besteht darin, Handstück und Energiespeicher zu entkoppeln und geladene, wechselbare Energiespeicher an einem Behandlungsort, etwa einem Operationssaal (OP), direkt vorzuhalten. Im OP werden sodann sterilisierte Handstücke mit den Energiespeichern bestückt.
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Weiter nachteilig sind dabei die zusätzlich erforderliche Handhabung, jeweilige Baugrößen separater Energiespeicher und dergleichen.
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In den kommenden Jahren ist eine weitergehende Miniaturisierung entsprechender Systeme und Produkte zu erwarten, wobei kleinere Energiespeicher (Akkus, Powercells und dergleichen) denkbar sind. Derzeit ist bereits absehbar, dass diese Energiespeicher im Handstück integrierbar oder als kleineres System angliederbar sein werden.
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In Fällen, in denen solche Systeme und/oder Handstücke vor einer Wiederverwendung aufbereitet werden müssen, wie es in beispielsweise dem medizinischen Bereich häufig der Fall ist, besteht ein Bedarf dahingehend, diese Systeme und/oder Handstücke, d.h. auch deren Energiespeicher oder Akkus, in einem Reinigungs-/Desinfektionsgerät (RDG) aufzubereiten. Eine Zielsetzung besteht mithin in einem Übergang weg von im OP vorgehaltenen Energiespeichern hin zu integrierten Energiespeichern. Ein separat notwendiges Aufladen der Energiespeicher im OP führt dann zwangsläufig zu unnötigen oder unnötig komplizierten Betriebsabläufen und höherem oder gar störendem Aufwand, einhergehend mit entsprechend höheren Kosten.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher als eine Aufgabe zugrunde, eine Energiegewinnungs-/Energieumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die ein einfaches Aufladen von Systemen mit Energiespeichern vor der Nutzung im OP ermöglicht und dadurch die Handhabbarkeit und Benutzbarkeit solcher Systeme verbessert.
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Darüber hinaus soll die Erfindung das Ernten bzw. „harvesten“ und somit Laden von Energiespeichern in einem RDG ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Energiegewinnungs-/Energieumwandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und durch ein Aufbereitungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
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Gemäß einer allgemein der Erfindung zugrunde liegenden Idee sollen Systeme und/oder Produkte durch Gewinnen, d.h. Ernten bzw. „harvesting“, von Energie aus Wärme, die in einem Gerät, entsteht bzw. bereits entstanden ist, geladen werden, um ein Aufladen der Systeme vor der Nutzung zu ermöglichen. Gleichzeitig wird eine Datenübertragungsschnittstelle bereitgestellt, über welche ein Ladezustand ausgelesen werden kann, oder eine Funktion bereitgestellt, die Ladezustände angebundener Systeme bzw. Produkte nach außen hin meldet.
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Ein konkretes Beispiel dieser der Erfindung zugrundeliegenden allgemeinen Idee besteht beispielsweise im medizinischen Bereich darin, dort verwendete (chirurgische) Systeme und/oder Produkte wie etwa Handstücke mit integrierten oder ankoppelbaren Energiespeichern und dergleichen in einem Produktaufbereitungsprozess durch „harvesting“, d.h. Gewinnen oder Erzeugen, von (elektrischer) Energie aus Wärme, die beispielsweise in einem Sterilisator, einem Autoklaven oder einem Reinigungs- und Desinfektionsgerät (RDG) vorhanden ist, zu laden, um ein notwendiges Aufladen der Systeme und/oder Produkte vor der Nutzung im OP zu ermöglichen. Eine solche Energiegewinnung/Energieumwandlung kann unter Verwendung primär geeigneter Elektronikbausteine sowohl im Sterilisator und Autoklaven bis etwa 140°C als auch im RDG oberhalb von 94°C stattfinden. Erweiterbar sekundär ist ferner eine weitere Energiegewinnung/Energieumwandlung durch geeignete Elektronikbausteine möglich, welche aus Bewegung (elektrische) Energie erzeugen, beispielsweise durch Piezoelemente. Ebenfalls denkbar ist, eine Zweitkammer im Sterilisator und/oder Autoklaven zu schaffen, welche Mechanik vorhält, um bei einer mehrstufigen Anpassung an den Außendruck (Kammer Sterilisator/Autoklav) Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, mit welcher Produkte bzw. deren Energiespeicher geladen werden können. Eine entsprechend leistende Energiegewinnungsvorrichtung kann als ein Modul aufgebaut sein, das mittels einer Datenübertragungsschnittstelle ausgelesen werden kann oder die Ladezustände der angebundenen Produkte nach außen hin meldet.
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In anderen Worten beinhaltet - anhand des vorgenannten konkreten Beispiels - die zugrundeliegende allgemeine Idee eine Energiegewinnungsvorrichtung bzw. ein Modul zum kabellosen oder kabelgebundenen Laden von Energiespeichern unter Nutzung der in einem Gerät ohnehin vorhandenen Wärme oder Temperatur. In anderen Worten macht sich die Erfindung die ohnehin schon bestehende Wärme oder Temperatur des Sterilisators/Autoklaven und des RDG zu Nutze und erntet bzw. „harvestet“ Energie aus der Wärme oder Temperatur. Es versteht sich unmittelbar, dass weder die allgemeine Idee noch die Erfindung auf den medizinischen Bereich und dort insbesondere Wärme eines Sterilisators, Autoklaven oder RDG (Reinigungs- und Desinfektionsgerät) und entsprechende Systeme und/oder Produkte beschränkt sind.
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Vorteile, die aus der Möglichkeit, Systeme und/oder Produkte durch Gewinnen von Energie aus ohnehin vorhandener Wärme, beispielsweise während eines Sterilisationsprozesses in einem Sterilisator oder Aufbereitungsprozesses in einem RDG, zu laden, erfindungsgemäß unmittelbar resultieren, beinhalten eine signifikante Einsparung von Vorbereitungszeit, einen reduzierten Handhabungsaufwand am Einsatz- bzw. Verwendungsort wie etwa einem OP, die sofortige Einsetzbarkeit von Systemen und Produkten am Einsatz- bzw. Verwendungsort, und die Möglichkeit, Ladezustände über eine Datenübertragungsschnittstelle einzusehen, beispielsweise über eine Anwendung für mobile Geräte, eine Software auf einem PC und dergleichen.
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Des Weiteren vorteilhaft können Produkte im Sterilisator/Autoklaven und im RDG geladen werden, und kann ein Energiespeicher zum Betreiben von Sensorik im Sterilisator/Autoklaven und im RDG geladen werden.
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Im Einzelnen wird die Aufgabe gelöst durch eine Energiegewinnungs-/Energieumwandlungsvorrichtung für einen aufladbaren Energiespeicher, wobei die Energiegewinnungsvorrichtung dafür angepasst ist (beispielsweise durch fluiddichte Kapselung, Verwendung nicht ausgasender Materialien bzw. sterilisierbarer Materialien, etc.) in einem Raum eines Geräts angeordnet werden, in dem eine während eines Betriebsablaufs des Geräts erzeugte Wärme oder Temperatur herrscht und der Betriebsablauf des Geräts primär einem vorbestimmten Zweck dient, der sich von dem der Energiegewinnung unterscheidet. Die Energiegewinnungsvorrichtung ist ferner dazu angeordnet oder angepasst, aus der in dem Raum herrschenden Wärme oder Temperatur elektrische Energie zur Aufladung des aufladbaren Energiespeichers zu gewinnen.
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Bevorzugt ist die Energiegewinnungsvorrichtung modulförmig aufgebaut und dazu angeordnet, mittels eines Energie-Harvesting-Prozesses auf der Grundlage der Wärme oder Temperatur in dem Raum des Geräts elektrische Energie zu erzeugen und mit der so erzeugten Energie den Energiespeicher zu laden.
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Bevorzugt weist die Energiegewinnungsvorrichtung eine Umwandlungseinheit auf zur Umwandlung der Wärme oder Temperatur, die in dem Raum herrscht, in dem die Energiegewinnungsvorrichtung angeordnet ist, in erzeugte elektrische Energie.
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Bevorzugt beinhaltet die Umwandlungseinheit zur Umwandlung der Wärme oder Temperatur in dem Raum ein Element, das dazu konfiguriert ist, aus einer Wärmedifferenz oder einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Seite des Elements und einer zweiten Seite des Elements eine Spannung und/oder einen Strom zu erzeugen.
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Vorteilhaft ist das Element ein Peltier-Element, hat das Peltier-Element eine in Bezug auf die Temperaturdifferenz kalte Seite und eine warme Seite und ist an der kalten Seite eine Isolation, die dazu konfiguriert ist, die kalte Seite gegenüber der die kalte Seite umgebenden äußeren Atmosphäre zu isolieren, und/oder ein Verzögerungs-element zur Verlangsamung des Temperaturdurchtritts von der kalten Seite zu der warmen Seite des Peltier-Elements angeordnet.
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Bevorzugt beinhaltet die Energiegewinnungsvorrichtung eine elektronische Steuerung, die in einem Gehäuse der Energiegewinnungsvorrichtung auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
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Bevorzugt ist die elektronische Steuerung dazu konfiguriert, einen Füllstand des Energiespeichers zu erfassen und bei Erfassen eines vorbestimmten Füllstands einen Bypass oder einen Schalter zu aktivieren, wobei der Bypass oder der Schalter dazu angeordnet ist, im geöffneten Zustand von der Energiegewinnungsvorrichtung erzeugten Strom zumindest vorübergehend abzuleiten oder zu unterbrechen und dadurch die Aufladung des Energiespeichers zu beenden.
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Vorteilhaft ist die von der Energiegewinnungsvorrichtung erzeugte Energie mittels Induktion über eine eine Induktionsleitung umfassende flexible Leiterplatte an den Energiespeicher und/oder ein Produkt übertragbar.
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Alternativ ist die von der Energiegewinnungsvorrichtung erzeugte Energie kabelgebunden über ein Ladekabel an den Energiespeicher übertragbar.
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Bevorzugt weist das Modul eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ladezustands eines angebundenen Energiespeichers und eine Datenübertragungsschnittstelle auf, über welche das Modul auslesbar ist oder den Ladezustand nach außen hin kommuniziert.
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Vorteilhaft ist das Gerät ein Reinigungs-/Desinfektionsgerät (RDG) oder ein Sterilisator/Autoklav ist zur Aufbereitung medizinischer Instrumente, Systeme und/oder Produkte, wobei die medizinischen Instrumente, Systeme und/oder Produkte zumindest ein Handstück mit einem an dieses ankoppelbaren und/oder in dieses integrierten, aufladbaren Energiespeicher umfassen, wobei der Energiespeicher als Akkumulator oder als Powercell konfiguriert ist und dazu ausgelegt ist, zusammen mit dem Handstück in dem Reinigungs-/Desinfektionsgerät oder dem Sterilisator/Autoklav aufbereitet zu werden.
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Auch bevorzugt wird ein Modul bereitgestellt zur Verwendung in einem Aufbereitungsprozess für Produkte, Systeme und/oder Instrumente mit einem integrierten oder ankoppelbaren, wechselbaren und aufladbaren Energiespeicher, wobei das Modul dazu konfiguriert ist, während des Aufbereitungsprozesses in einer Aufbereitungsvorrichtung gehalten oder gelagert zu werden. Das Modul beinhaltet eine wie vorstehend beschriebene Energiegewinnungsvorrichtung, einen Anschluss zur Verbindung des Moduls mit einem Fluidkreislauf der Aufbereitungsvorrichtung, eine Leitungsverbindung zur Führung eines an dem Anschluss in das Modul einströmenden Fluids durch das Modul, einen Portabschnitt, zumindest einen Anschlussport für zumindest ein Produkt, System und/oder Instrument, der an dem Portabschnitt angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, ein Produkt, System oder Instrument derart zu halten, dass dieses von über den Anschlussport einströmendem Fluid durchspült werden kann, und eine Induktionsvorrichtung, die flächig unter dem Anschlussport in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Energiespeicher des an dem Anschlussport angeschlossenen Produkts, Systems und/oder Instruments im angeschlossenen Zustand zu liegen kommt, und dazu konfiguriert ist, den Energiespeicher vermittels von der Energiegewinnungsvorrichtung aus Wärme oder Temperatur geernteter Energie während des Betriebs der Aufbereitungsvorrichtung zu laden.
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Auch bevorzugt wird ein Aufbereitungsgerät bereitgestellt zur Aufbereitung medizinischer Instrumente, Systeme und/oder Produkte, wobei die medizinischen Instrumente, Systeme und/oder Produkte zumindest ein Handstück mit einem an dieses ankoppelbaren und/oder in dieses integrierten, aufladbaren Energiespeicher umfassen, wobei der Energiespeicher als Akkumulator oder Powercell konfiguriert ist und dazu ausgelegt ist, zusammen mit dem Handstück in dem Aufbereitungsgerät aufbereitet zu werden. Das Aufbereitungsgerät beinhaltet eine wie vorstehend beschriebene Energiegewinnungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist,
- a) an einer vorbestimmten Lagerung oder einem vorbestimmten Siebkorb des Aufbereitungsgeräts gehalten zu werden, oder
- b) als ein an einem Spülrack des Aufbereitungsgeräts integriertes Modul mit einer Induktionsvorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Energie mittels Induktion oder einer Ladekabelanordnung zur kabelgebundenen Übertragung von Energie zum Laden eines an dem Aufbereitungsgerät angeschlossenen Produkts, Systems oder Instruments ausgebildet zu sein, oder
- c) als ein an einer vorbestimmten Lagerung des Aufbereitungsgeräts integriertes Modul mit einer Induktionsvorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Energie mittels Induktion oder einer Ladekabel-anordnung zur kabelgebundenen Übertragung von Energie zum Laden eines in dem Aufbereitungsgerät aufgenommenen und mit zumindest einem Energiespeicher ausgestatteten Instrumentariums oder eines an einem Schlauchabschnitt des Aufbereitungsgeräts angeschlossenen Produkts ausgebildet zu sein.
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Vorteilhaft ist das Aufbereitungsgerät ein Reinigungs-/Desinfektionsgerät (RDG) oder ein Sterilisator/Autoklav, ist das Modul dauerhaft in dem Aufbereitungsgerät verbaut und mit zumindest einem spritzwasserdurchlässige Ladepad und/oder zumindest einem Ladekabel verbunden, wobei das Ladepad dazu konfiguriert ist, zumindest ein Produkt mit zumindest einem Energiespeicher, das über dem Ladepad gelagert ist, induktiv mit der von dem Modul erzeugten Energie zu laden, und das Ladekabel dazu konfiguriert ist, zumindest ein einzelnes, über das Ladekabel angeschlossene Produkt mit einem Energiespeicher über das Ladekabel mit der von dem Modul erzeugten Energie zu laden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind dem Fachmann aus den beigefügten Figuren und der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Steuerung, welche sich auf beispielsweise einer Leiterplatte befindet und innerhalb eines Gesamtsystems in einem Gehäuse aufgenommen ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Peltier-Elements gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung des Peltier-Elements von 2 mit einer Isolation zur äußeren Atmosphäre und einem Verzögerungselement gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Darstellung von Temperaturkurven mit nutzbaren Temperaturbereichen und/oder Zeitspannen in einem Sterilisator gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine schematische Darstellung einer Temperaturverzögerung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine schematische Darstellung von Temperaturkurven mit nutzbaren Temperaturbereichen und/oder Zeitspannen in einem RDG gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische Darstellung einer Konfiguration zur Übertragung ge„harvesteter“ Energie mittels Induktion;
- 8 eine schematische Darstellung eines an einem Spülrack integrierten Moduls in Wirkverbindung mit einer Induktionseinrichtung zum Laden eines jeweiligen Energiespeichers einer Vielzahl von Produkten bei einer Energiegewinnungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 9 eine schematische Darstellung eines in einem Siebkorb angebrachten Moduls in Wirkverbindung mit einer Induktionseinrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines einzelnen Produkts bei einer Energiegewinnungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 10 in einer schematischen Darstellung in Verbindung mit 9 beschriebene Zusammenhänge; und
- 11 eine schematische Darstellung eines in einem Reinigungs-/Desinfektions-Geräts dauerhaft verbauten Moduls mit Ladepads bei einer Energiegewinnungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder zumindest äquivalente Teile und Komponenten. Zweckmäßig wird insoweit eine mehrfach redundante Beschreibung solcher Teile und Komponenten weggelassen.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele einer hierin beschriebenen Energiegewinnungs-vorrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf ein an sich bekanntes Reinigungs-/Desinfektions-Gerät (RDG), wie es etwa im medizinischen Bereich zur Aufbereitung wiederverwendbarer Produkte, Systeme und/oder Instrumentarien zum Einsatz kommt, als Beispiel beschrieben. Zur Reinigung und Desinfektion wird bei einem RDG eine Kombination aus mechanischer, thermischer und chemischer Behandlung eingesetzt, die in etwa dem Vorbild einer Spülmaschine entspricht.
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Gegebenenfalls mit Chemikalien angereichertes, erhitztes Wasser wird mit Druck auf die zu reinigenden Gegenstände aufgebracht. Es versteht sich, dass die Erfindung in keiner Weise auf den medizinischen Bereich, dort verwendete Produkte, Systeme und/oder Instrumentarien, oder die Anordnung in einem oder die Verwendung eines RDG beschränkt ist, sondern entsprechend modifizierte Konfigurationen und Modifikationen für zahlreiche weitere und/oder andere Produkte mit integriertem oder ankoppelbaren (wechselbaren) Energiespeicher und Geräte, wie etwa ein Sterilisator und/oder ein Autoklav, die ausreichend Wärme oder Temperatur erzeugen, welche durch ein geeignetes Elektronikelement, wie beispielsweise ein Peltier-Element, in elektrische Energie umwandelbar ist, denkbar und darstellbar sind.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektronikelements 10 in Verbindung mit einer elektronischen Steuerung 20, welche sich auf beispielsweise einer Leiterplatte befindet und innerhalb eines Gesamtsystems in einem Gehäuse 30 aufgenommen ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Grundlegend macht sich in einem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein zum „harvesten“ verwendetes Produkt oder Modul die Temperatur des Geräts, d.h. des RDG oder des Steri/Autoklaven, zu Nutze. Das Elektronikelement 10 ist dazu konfiguriert und angeordnet, die Temperatur in elektrische Energie umzuwandeln, z.B. mittels eines Peltier-Elements.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Peltier-Elements, wie es gemäß dem Ausführungsbeispiel hierin verwendbar ist.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Peltier-Element allgemein ein elektrothermischer Wandler, der basierend auf dem Peltier-Effekt bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder basierend auf dem Seebeck-Effekt bei einer Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugt. Grundlage für den Peltier-Effekt ist der Kontakt von zwei Halbleitern, die ein unterschiedliches Energieniveau (entweder p- oder n-leitend) der Leitungsbänder besitzen. Wird ein Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien geleitet, so muss an der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit das Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Folglich kommt es zur Abkühlung. An der anderen Kontaktstelle fällt das Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Der Seebeck-Effekt (thermoelektrischer Effekt) beschreibt im Bereich der zugrunde liegenden Thermoelektrizität jeweils eine umkehrbare Wechselwirkung zwischen den beiden physikalischen Größen der Temperatur und der Elektrizität. Gemäß dem Seebeck-Effekt entsteht in einem Stromkreis aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen eine elektrische Spannung, die abhängig ist von den Temperaturen an Kontakten zwischen zwei unterschiedlichen Materialien. Der Seebeck-Effekt beschreibt ausschließlich die Entstehung dieser Spannung. Ein durch äußere Beschaltung entstehender Stromfluss ist nicht Teil dieses Effektes und folgt lediglich aus dem Ohm'schen Gesetz.
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Damit eine Strom- bzw. Energieerzeugung oder -gewinnung unter Verwendung beispielsweise eines Peltier-Elements gelingt, muss bekanntermaßen eine Seite des Peltier-Elements erwärmt werden und muss die gegenüberliegend andere Seite des Peltier-Elements gekühlt werden, so dass sich über das Peltier-Element hinweg eine Temperaturdifferenz ausbildet. Nur bei Vorliegen einer solchen Temperaturdifferenz erzeugt ein flächig unterschiedlich mit Temperatur beaufschlagtes Peltier-Element Strom bzw. Energie.
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Darüber hinaus wird unterstützend bevorzugt, eine Seite des Peltier-Elements zu isolieren, um eine auftretende Temperaturdiffusion zu verlangsamen, um so die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Peltier-Elements zum Zwecke einer erfindungsgemäßen Energiegewinnung besser nutzen zu können. In anderen Worten soll, da sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Betriebsfall das gesamte Peltier-Element im eine gewisse Temperatur aufweisenden Gerät (einem RDG oder Sterilisator/Autoklaven) befindet, die Temperaturdifferenz zwischen der kalten Seite und der heißen Seite des Peltier-Elements ungleich gehalten werden, um Energie zu gewinnen.
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Hierzu ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die kalte Seite des Peltier-Elements durch eine Isolation zur äußeren Atmosphäre bzw. Umgebung hin geschützt konfiguriert und angeordnet, und kann die Verwendung eines Verzögerungselements, beispielsweise eines Phasenwechselmaterials und/oder eines Latentwärmespeichers (nicht dargestellt), welches bzw. welcher den Übergang bzw. die Durchdringung der Temperatur von der heißen Seite zu der kalten Seite des Peltier-Elements verlangsamt, zusätzlich zu einer gewünschten Temperaturdifferenz beitragen. Jedenfalls sind niedrige Wärmeleitkoeffizienten zu wählen, um die Temperaturdurchdringung zu verlangsamen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Peltier-Elements von 2 mit einer Isolation 40 zur äußeren Atmosphäre und einem Verzögerungselement 50 gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt eine schematische Darstellung von Temperaturkurven mit nutzbaren Temperaturbereichen und/oder Zeitspannen in einem Sterilisator gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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In dem Sterilisator sind gemäß 4 beispielsweise von 25min -10min ansteigende Temperaturkurven, in 4 als schwarze Rahmen dargestellt, nutzbar. Über geeignete Schaltungstechnik und mit Umpolung des Peltier-Elements können auch die fallenden Temperaturen nutzbar gemacht werden. Mit lediglich einfach gehaltener Schaltungstechnik sind (als sozusagen Schlimmstfall) die Temperaturanstiege zumindest inkrementell nutzbar (vgl. dazu in 4 die Pfeile in den schwarzen Rahmen).
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5 zeigt eine schematische und rein qualitative Darstellung einer Temperaturverzögerung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Versuchsweise konnte in diesem Kontext in einer Versuchsanordnung ohne aktiven Latentwärmespeicher gezeigt werden, dass eine Temperaturverzögerung von einem in einer Ampulle aus Stahl in einen Sterilisator verbrachten Sensor zur Sterilisationskammer signifikant war. Der Sensor wurde mit Distanzscheiben (Luftisolation) und Silikonisolation getestet.
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Auch in einem RDG findet eine Temperaturerhöhung gleichermaßen statt. 6 zeigt (vergleichbar zu 4) eine schematische Darstellung von Temperaturkurven mit nutzbaren Temperaturbereichen und/oder Zeitspannen in einem RDG gemäß dem Ausführungsbeispiel. Nutzbare ansteigende Temperaturkurven sind auch in 6 als schwarze Rahmen dargestellt. Mit lediglich einfach gehaltener Schaltungstechnik sind (als sozusagen Schlimmstfall) auch hier die Temperaturanstiege zumindest inkrementell nutzbar (vgl. dazu in 5 die Pfeile in den schwarzen Rahmen). In anderen Worten kann somit auch in einem RDG ein gewisses Energieharvesting durchgeführt werden.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Konfiguration zur Übertragung ge„harvesteter“ Energie mittels Induktion. Das heißt, die Übertragung der so gewonnen Energie ist sodann vermittels Induktion und somit geeignete zusätzliche Peripherie, wie beispielsweise aus einer flexiblen Leiterplatte bestehende Induktionsvorrichtung 110 mit einer als Induktionsleitung dienenden Leitungsverbindung 140 an Produkte, Systeme und/oder Instrumente, deren Energiespeicher aufgeladen werden soll, übertragbar. Alternativ kann eine derartige Energieübertragung auch vermittels einer Ladeanbindung über einen +- Pol Anschluss und somit über ein Ladekabel erfolgen.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines an einem Spülrack des RDG integrierten Moduls 100 in Wirkverbindung mit einer Induktionsvorrichtung 110 zum Laden eines Energiespeichers eines Produkts, Systems oder Instruments 120 bei einer Energiegewinnungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Unter einem Spülrack ist hierin eine Art Ablage vergleichbar mit einem an sich bekannten Spülkorb in dem RDG zu verstehen, auf oder in welchen aufzubereitende Teile auflegbar oder einlegbar sind. Das Spülrack ist in 8 als ausschnittsweise Hintergrundstruktur angedeutet.
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Das Modul 100 ist auf das Spülrack auflegbar konfiguriert, wobei Halterungen oder Fixierungsmöglichkeiten bereitgestellt sein können. Das Modul 100 weist einen Anschluss 105 auf zur Verbindung desselben mit dem Wasserkreislauf des RDG. Pfeile in 2 deuten einen Strömungsweg von im Betrieb des RDG durch das Modul 100 strömendem Wasser an. Wie in 2 gezeigt ist, strömt Wasser an dem rückwärtigen Anschluss 105 in das Modul 100 ein und wird über eine Leitungsführung 115 (die in diesem Ausführungsbeispiel den Schlauchabschnitt 2 beinhaltet, aber auch zumindest streckenweise oder zur Gänze starr ausgeführt sein kann) zu einem Portabschnitt 130 geführt. Der Portabschnitt 130 weist eine Vielzahl von Anschlussports 135 für Produkte, Systeme und/oder Instrumente auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind beispielsweise 3 Anschlussports 135 bereitgestellt, und ist gemäß 2 an einem der Anschlussports 135 ein Handstück 120 als eines eines Produkts, Systems oder Instruments derart gehalten, dass es von über den entsprechenden Anschlussport 135 einströmendem Wasser durchströmt werden kann.
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In 8 ist ferner die in 1 dargestellte Energiegewinnungsvorrichtung bzw. Energiegewinnungseinheit 35 aus Elektronikelement 10 (mit einer Temperaturumwand-lungseinheit wie beispielsweise dem Peltier-Element), elektronischer Steuerung 20 und Gehäuse 30 so angeordnet, dass sie der im Gerät herrschenden Temperatur bzw. Wärme ausgesetzt ist und die vorstehend beschriebene Wirkung und Funktion entfaltet. Das heißt, dass im Betrieb des Geräts (dem RDG oder Sterilisator/Autoklaven) entstehende Wärme oder Temperatur eine Temperaturdifferenz an dem Elektronikelement bzw. Peltier-Element entstehen lässt und dieses daraufhin Strom erzeugt und damit Energie aus primär der während der Aufbereitung im RDG entstehenden Wärme oder Temperatur bzw. der während der Sterilisation entstehenden Wärme oder Temperatur, und damit nicht primär der Energiegewinnung dienenden Wärmeerzeugung, erntet bzw. gewinnt.
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Die erzeugte Energie wird sodann von der elektronischen Steuerung 20 in beispielsweise eine geeignete Form umgesetzt und über die Leitungsverbindung bzw. Induktionsleitung 140 an die Induktionsvorrichtung 110 ausgeleitet. Die Induktionsvorrichtung 110 kann als geeignete zusätzliche Peripherie beispielsweise eine flexible Leiterplatte mit einer Induktionsleitung beinhalten. Wie in 8 gezeigt ist, ist die Induktionsvorrichtung 110 flächig unter den Anschlussports 135 in einem Bereich angeordnet, in dem Energiespeicher (nicht dargestellt) von an den Anschlussports 135 angeschlossenen Produkten, Systemen und/oder Instrumenten 120 im angeschlossenen Zustand zu liegen kommen. Auf diese Weise können diese Energiespeicher vermittels der von der Energiegewinnungsvorrichtung mit aus der Wärme oder Temperatur geernteter Energie versorgten Induktionsvorrichtung 135 während des Betriebs des RDG, d.h. während dessen Aufbereitungsbetriebsablaufs bzw. Reinigungs- und Desinfektions-Betriebsablaufs, oder des Sterilisators/Autoklaven, d.h. während dessen Sterilisationsbetriebsablaufs, geladen werden.
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Die Energiegewinnungsvorrichtung 35 für einen aufladbaren Energiespeicher ist somit an einer Stelle im Raum des Geräts angeordnet, an der hinreichend Wärme oder Temperatur für das (sekundäre) Gewinnen von Energie aus dieser ohnehin vorhanden Wärme oder Temperatur herrscht bzw. vorhanden ist. Die ohnehin vorhandene Wärme oder Temperatur dient primär einem vorbestimmten Zweck, der sich von dem der Energiegewinnung unterscheidet. Die Energiegewinnungsvorrichtung 35 ist dazu angeordnet, aus der Wärme oder Temperatur Energie zur Aufladung des aufladbaren Energiespeichers zu gewinnen. Das Modul 100 beinhaltet die Energiegewinnungs-vorrichtung 35 und eine Induktionsvorrichtung 110, die von in der Energiegewinnungs-vorrichtung 35 gewonnener (ge„harvesteter“) Energie gespeist wird und dazu konfiguriert ist, sich in ihrem Induktionsfeld befindende Energiespeicher aufzuladen, während das RDG oder der Sterilisator/Autoklav seinen vorbestimmten Betriebsablauf ausführt und währenddessen die Energiegewinnungsvorrichtung 35 Energie aus während des Betriebsablaufs erzeugter Wärme oder Temperatur gewinnt. In anderen Worten wird ge„harvestete“ Energie über Induktion und somit geeignete zusätzliche Peripherie, wie z.B. eine flexible Leiterplatte mit einer Induktionsleitung, an die Produkte, Systeme und/oder Instrumente übertragen. Alternativ ist auch eine Ladeanbindung über einen +- Pol-Anschluss und somit über ein Ladekabel denkbar. Das RDG beinhaltet zumindest ein Modul 100, das dazu konfiguriert ist, an zumindest einem Spülrack des RDG gehalten zu werden.
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In einer Modifikation des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein, dass Produkte, Systeme und/oder Instrumente an die elektronische Steuerung 20 zurückmelden, dass ein vorbestimmter Füllstand bzw. Ladezustand ihres Energiespeichers erreicht ist. In diesen Fall kann die elektronische Steuerung 20 dazu konfiguriert sein, mittels geeigneter Ansteuerung eine Bypassvorrichtung zu aktivieren, die dazu angeordnet und konfiguriert ist, den am Peltier-Element erzeugten Strom abzuleiten, oder einen Schalter anzusteuern, der die Stromausgabe aus der Energiegewinnungsvorrichtung anderweitig umleitet oder unterbricht, so dass infolgedessen das Laden des Energiespeichers beendet oder zumindest vorübergehend ausgesetzt wird.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines in einem Siebkorb angebrachten Moduls 100 in Wirkverbindung mit einer Induktionseinrichtung 135 zum Laden eines Energiespeichers eines Produkts, Systems oder Instruments bei einer Energiegewinnungsvorrichtung 35 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Wie in 9 gezeigt ist, kann das Modul 100 nach 8 in einer Modifikation zum Laden eines (einzelnen) Produkts, Systems oder Instruments konfiguriert sein. In diesem Fall kann die Konfiguration des Moduls 100 beispielsweise dahingehend vereinfacht sein, dass der (einzelne) Anschlussport 135 direkt an der Energie-gewinnungsvorrichtung 35 verbaut ist. Außerdem kann die Induktionsvorrichtung 110 entsprechend kleiner ausgebildet sein. Es wird angemerkt, dass in 9 ferner Verschraubungen des Moduls 100 mit dem Spülrack oder Siebkorb zu dessen Fixierung daran oder darin dargestellt sind.
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Es versteht sich, dass die in 9 gezeigte Modifikation nicht auf das Laden eines Produkts, Systems oder Instruments beschränkt ist, und dass beliebige andere Produkte, Systeme und/oder Instrumente mit einem integrierten oder ankoppelbaren, wechselbaren und aufladbaren Energiespeicher in einer Einzelkonfiguration des Moduls 100 aufladbar sind.
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Beispielsweise kann mit einer entsprechenden Länge, Größe und/oder Verlegung der Leitungsverbindung 140 bzw. der Induktionsvorrichtung 110, beispielsweise eine Verlegung oder Positionierung an eine von der Energiegewinnungsvorrichtung 35 relativ gesehen weiter entfernte Position, auch der Energiespeicher eines raumgreifenderen, d.h. größeren Produkts, Systems oder Instruments, das zwar Raum beansprucht und daher einen gewissen Abstand zu anderen Komponenten erfordert, als solches aber nicht durchspült zu werden braucht und deshalb keine Ankopplung an einen Anschlussport 135 erfordert, induktiv aufgeladen werden. In einem solchen Fall kann der Anschlussport 135 an der Energiegewinnungsvorrichtung 35 entfallen.
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In einer weiteren Modifikation des vorstehenden Ausführungsbeispiels, die größere Produkte, Systeme und/oder Instrumente sowohl in der vorstehenden Einzelkonfiguration (mit wie in 9 gezeigt einem Anschlussport 135 direkt an der Energiegewinnungsvorrichtung 35) auch bei einem Modul 100 mit mehreren Anschlussports 135 erlaubt, kann zumindest ein Anschluss für die Leitungsverbindung 140 zu der Induktionsvorrichtung 110 steckbar ausgeführt sein und können Anschlussports 135 mechanisch und fluiddicht verschließbar sein, beispielsweise unter Verwendung eines eine Verschlussvorrichtung stellenden Stellglieds und/oder Ventils, das von der elektronischen Steuerung 10 angesteuert wird, oder unter Verwendung einer bei Ankopplung/Abkopplung eines Produkts, Systems oder Instruments selbsttätig öffnenden/schließenden Membran oder Verschlussvorrichtung oder dergleichen.
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In diesem Fall kann eine Konfiguration derart sein, dass dann, wenn von der elektronischen Steuerung 10 ein Vorhandensein eines Produkts, Systems oder Instruments und/oder eine mit der Energiegewinnungsvorrichtung 35 verbundene Induktionsvorrichtung 110 erfasst wird, aber eine Nichtbelegung eines entsprechenden Anschlussports 135 erfasst wird, d.h. wenn die elektronische Steuerung 20 erkennt, dass Energiespeicher eines Produkts, Systems oder Instruments zwar aufgeladen werden soll, das Produkt, System oder Instrument aber nicht durchspült werden soll und deshalb nicht mit dem Anschlussport 135 verbunden wurde, die elektronische Steuerung 20 veranlasst, dass der Anschlussport 135 fluiddicht geschlossen wird und Ladeenergie zu der Induktionsvorrichtung 110 geleitet wird, um den entsprechenden Energiespeicher aufzuladen.
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In der vorgenannten Konfiguration können raumgreifende Produkte, Systeme und/oder Instrumente, die aufgrund ihrer Größe oder Konstruktionsweise nicht mit dem zumindest einen am Modul 100 oder dem einen an der Energiegewinnungsvorrichtung 4 vorhandenen Anschlussport 135 verbindbar sind oder die nicht durchspülbar und deshalb nicht mit dem am Modul 100 oder an der Energiegewinnungsvorrichtung 35 vorhandenen Anschlussport 135 verbindbar sind, auch dann mit gleichzeitiger Aufladung ihres Energiespeichers aufbereitet werden, wenn das Modul 100 und/oder die Energiegewinnungsvorrichtung 35 über einen oder mehrere Anschlussports 135 verfügt. In anderen Worten bedingt ein raumgreifendes Produkt, System oder Instrument keine spezielle Ausführungsform (jeweils mit/ohne Anschlussport) des Moduls 100 und/oder der Energiegewinnungsvorrichtung 35, sondern können beliebige Produkte, Systeme oder Instrumente unter Verwendung einheitlich aufgebauter Module 100 oder Energiegewinnungsvorrichtungen 35 aufbereitet und gleichzeitig geladen werden. Es wird angemerkt, dass nicht belegte Anschlussports 135 standardmäßig geschlossen sein können, so dass an belegten Ports ein jeweils maximaler Fluid- bzw. Wasserdruck anliegt.
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10 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung die vorstehend in Verbindung mit 9 beschriebenen Zusammenhänge. Aus Vereinfachungs- und Übersichtlichkeitsgründen sind in 10 redundante Bezugszeichen weggelassen.
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11 zeigt eine schematische Darstellung eines in einem Reinigungs-/Desinfektions-Gerät oder Sterilisator/Autoklaven dauerhaft verbauten Moduls mit Ladepads bei einer Energiegewinnungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel (Stand Alone Variante).
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Gemäß dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Modul 100 (eine Energiegewinnungsvorrichtung 35) dauerhaft in einem RDG verbaut und mit zumindest einem Ladepad 160, welches für Spritzwasser durchlässig ausgeführt sein kann, verbunden. Über dem zumindest einen Ladepad 160 können dann in Siebkörben 165 gelagerte Produkte, Systeme und/oder Instrumentarien mit integrierten oder angekoppelten, wechselbaren Energiespeichern mit und ohne Durchspülung induktiv geladen werden. Ebenso können beispielsweise nicht durchspülbare Einzelprodukte 170 mit Energiespeicher mittels eines (Lade)Kabels 180 direkt an die Energiegewinnungsvorrichtung 4 angeschlossen sein und geladen werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Energiegewinnungsvorrichtung in einem Raum eines Geräts angeordnet, in dem eine während eines Betriebsablauf des Geräts erzeugte Wärme oder Temperatur herrscht und der Betriebsablauf des Geräts primär einem vorbestimmten Zweck dient, der sich von dem der Energiegewinnung unterscheidet. Die Energiegewinnungsvorrichtung ist dazu angeordnet, aus der in dem Raum herrschenden Wärme oder Temperatur Energie zur Aufladung des aufladbaren Energiespeichers zu gewinnen. Ein in das Gerät einbringbares Modul kann die Energiegewinnungsvorrichtung beinhalten. Das Gerät kann ein Reinigungs-/Desinfektionsgerät (RDG) oder ein Sterilisator/Autoklav sein zur Aufbereitung medizinischer Instrumente, Systeme und/oder Produkte, wobei die medizinischen Instrumente, Systeme und/oder Produkte zumindest ein Handstück mit einem an dieses ankoppelbaren und/oder in dieses integrierten, aufladbaren Energiespeicher umfassen, wobei der Energiespeicher als Akkumulator oder als Powercell konfiguriert ist und dazu ausgelegt ist, zusammen mit dem Handstück in dem Gerät aufbereitet zu werden.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Änderungen, Modifikationen, Kombinationen und äquivalente Anordnungen im Rahmen des anspruchsgemäß definierten Schutzumfangs ebenfalls von der Erfindung umfasst sind, wobei sich dem Fachmann solche Änderungen, Modifikationen, Kombinationen und äquivalente Anordnungen ohne Weiteres ergeben.
