DE102020006605A1

DE102020006605A1 - Besonders leichte beschichtete Atemmaske

Info

Publication number: DE102020006605A1
Application number: DE102020006605.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Bayer; Johannes Nickol
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220126128A1

Abstract

Offengelegt wird eine besonders leichte Atemmaske für Beatmungsanwendungen oder als persönliche Schutzausrüstung, bei der die Hartkomponente mittels Hochdruckverformung aus Kunststoff-Folien hergestellt wird. Das Ausgangsmaterial der Hartkomponente liegt dabei in ebener Form vor und kann somit vor dem Verarbeiten auf vielfältige Weise bedruckt oder beschichtet werden; dadurch lassen sich Eigenschaften in die Maske einbringen, die beim herkömmlichen Spritzgussverfahren nicht darstellbar wären. Die Verwendung von Folien anstelle spritzgegossener Komponenten erlaubt eine signifikante Verringerung des Gewichts und dadurch eine Verbesserung des Tragekomforts für den Anwender. Gleichzeitig wird durch die Folie ein höherer Grad an Biegsamkeit der Hartkomponente im Betrieb ermöglicht, so dass eine bessere Anpassung an die Gesichtsform unter bestimmten Betriebszuständen ermöglicht und somit ebenfalls der Tragekomfort verbessert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung in einer Maske für Beatmungstherapie, einer Maske für persönliche Schutzausrüstung, sowie einer Maske für Anwendungen im Sport- und Fitnessbereich und ebenfalls für Anwendungen zur Verringerung der Verbreitung von Bakterien oder Viren in der Ausatemluft des Trägers.
Hintergrund der Erfindung:
Beatmungsmasken beinhalten üblicherweise ein Maskenkissen aus Silikon oder anderen elastischen Materialien, welches eine Dichtung zum Gesicht des Patienten herstellt. Über diese Dichtung kann ein therapeutisch wirksamer Überdruck appliziert werden. Diese Therapieform wird unter anderem als CPAP Therapie oder als nicht-invasive Beatmung mit oder ohne Leckage bezeichnet.
Um einen geschlossenen Hohlraum zu erhalten, ist das Maskenkissen mit einer aus Kunststoff bestehenden Kuppel verbunden. Diese Kuppel bildet zudem ganz oder zumindest teilweise die Verbindung zum Schlauchsystem und zur Kopfbänderung welche die Maske am Kopf des Patienten festhält. Für beide Verbindungsarten ist eine Hartkomponente vorteilhaft, beispielsweise um drehbare Verbindungen zum Schlauchanschluss herzustellen, Schnappverbindungen zu ermöglichen, oder Schlaufen für die Kopfbänderung zu bilden.
Aufgrund verschiedener, zum Teil widersprüchlicher Anforderungen an die Maskenkuppel wird oftmals noch ein zusätzlicher Rahmen verwendet, welcher beispielsweise die Anbindung an das Kopfband übernimmt, somit wird in dem Fall die Kuppel auf die Funktionen Schlauchanschluss und Erzeugung eines Hohlraums reduziert.
Die Hartkomponente wird üblicherweise im Spritzgussverfahren hergestellt; dadurch ist eine kostengünstige Herstellung bei großer geometrischer Freiheit gegeben. Es sind jedoch auch Einschränkungen damit verbunden, welche durch die vorliegende Erfindung verbessert werden können.
Bei Anwendungen im Bereich der persönlichen Schutzausrüstung ist ebenfalls eine Dichtwirkung auf dem Gesicht des Trägers herzustellen, daher kann die Erfindung in diesem Bereich in ähnlicher Form wie im Bereich der Beatmungsmasken verwendet werden. Jedoch ist hierbei die Verwendung eines Filtermediums anstelle eines Beatmungsgerätes die wahrscheinlichere Anwendung. Die Anbindung eines Filtermediums an einen Maskenkörper erfordert jedoch ebenfalls das Vorhandensein einer Hartkomponente.
Bei Anwendungen im Sport- und Fitnessbereich wird hauptsächlich das vergleichsweise geringe Gewicht der Maske von Bedeutung, jedoch sind auch hierbei Anbindungen von Filtern, Materialien zur Erhöhung des Einatemwiderstandes, oder Ausatemventilen üblich, welche sich ebenfalls vorteilhaft in eine Hartkomponente einbinden lassen.
Bei der Anwendung im Bereich der Verringerung der Verbreitung von Bakterien oder Viren ist vor Allem ein geringes Gewicht, jedoch auch die Fähigkeit zur Wiederaufbereitung des Materials von Bedeutung.
Im Automobilbereich kommen oftmals bedruckte Kunststofffolien zum Einsatz, welche im Spritzgussverfahren zu dekorativen und/oder funktionellen Elementen im Fahrzeuginnenraum sowie auch im Exterieurbereich weiterverarbeitet werden. Die Bedruckung oder sonstige Beschichtung kann hierbei rein dekorative Funktionen übernehmen, sie kann aber auch mittels leitfähiger Farben elektrische Funktionselemente abbilden.
Die Folien werden oftmals vor dem Spritzgussprozess in eine dreidimensionale Form überführt und beschnitten, um eine bessere Verarbeitbarkeit zu erreichen. Hierbei kommt unter anderem das Tiefzieh- / Thermoformverfahren oder auch die Hochdruckverformung (HPF), zum Einsatz.
Beschreibung des erfindungsgemäßen Gegenstandes
Eine Kunststofffolie wird in Form einer Maskenkuppel für Atemmasken gebracht, indem sie im Hochdruckverformverfahren (HPF) verarbeitet und anschließend beschnitten wird.
Die verformte und Kunststofffolie kann mit weiteren Elementen kombiniert werden, wie beispielsweise einem Maskenkissen zur Abdichtung auf dem Gesicht eines Trägers, einer Kopfbänderung, Filtern, Schläuchen, Ausatemventilen, Strukturen zur Abstützung auf dem Gesicht eines Trägers, oder Materialien zur kontrollierten Beeinflussung der Strömungseigenschaften.
Manche der genannten Komponenten sind ihrerseits Festkörper, die an die aus Folie geformte Hartkomponente angesteckt, angeschweißt oder anderweitig mit ihr verbunden werden können. Andere der genannten Komponenten sind in sich selbst nicht formstabil, und benötigen daher eine Hartkomponente zur Stabilisierung.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise Hochtemperatur-Polycarbonat, im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren ganz oder teilweise mit Silikonkautschuk überspritzt. Die Silikonüberspritzung kann dabei gemäß des Standes der Technik Dichtlippen, Stützstrukturen, Membranen oder Ähnliches bilden. Die Maskenkuppel-Maskenkissen-Komponente kann dann beispielsweise in ein Maskensystem integriert werden, so wie es bei einem herkömmlichen Spritzgussteil ebenfalls der Fall wäre.
Die Verwendung einer geformten Kunststoff-Folie bringt gegenüber der Verwendung eines Kunststoffteils welches gemäß dem Stand der Technik im Spritzgussverfahren hergestellt wurde, verschiedene Vorteile.
Der Hauptvorteil besteht in einer Gewichtsersparnis: Eine geformte Folie liegt im Bereich von 0,1mm bis 1,0mm Wandstärke, vorzugsweise im Bereich 0,4mm bis 0,6mm. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Spritzgussteil, welches beispielsweise eine Wandstärke von 1,0mm bis 2,5mm aufweist, wird somit eine deutliche Reduktion des Gewichts erzielt. Damit lässt sich die Maske leichter und somit mit besserem Tragekomfort für den Benutzer ausführen. Die Materialersparnis bewirkt zudem eine Kostensenkung.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Biegsamkeit oder Flexibilität der aus Folie geformten Hartkomponente. Aufgrund der geringeren Materialstärke besitzt die Folie bei geeigneter Formgebung eine größere Flexibilität oder Biegsamkeit, dies erlaubt beispielsweise eine kontrollierte Verformung im Betrieb. Dadurch wird in manchen Betriebszuständen, beispielsweise der seitlichen Auflage auf einem Kopfkissen während des Nachtschlafs des Trägers, die Neigung zum Verrutschen auf dem Gesicht des Trägers verringert und somit die Dichtwirkung verbessert. Durch die gezielte Auslegung der Geometrie der aus Folie geformten Hartkomponente kann auch eine verbesserte Anpassung an verschiedene Gesichtsformen erzielt werden, indem die kontrollierte elastische Biegung der Folie zur Abdeckung eines größeren Prozentsatzes der Gruppe potentieller Träger eingesetzt wird und somit die Zahl der benötigten unterschiedlichen Fertigungswerkzeuge reduziert wird. Dadurch kann eine Senkung der Herstellkosten erzielt werden.
Durch das deutlich geringere Gewicht und die höhere Flexibilität der geformten Kunststofffolie kann eine deutliche Verbesserung des Tragekomforts erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der Herstellung einer aus Folie geformten Hartkomponente einer Maske im HPF Verfahren im Gegensatz zu herkömmlichem Thermoformen oder Tiefziehen liegt in der besseren Maßhaltigkeit und der besseren Genauigkeit der Abformung, da im HPF Verfahren die Folie genauer und mit geringerer Temperatur verformt werden kann. Eine genaue und variationsarme Abformung der Geometrie der Hartkomponente ist erforderlich für eine nachfolgende Überspritzung in einem Silikon-Spritzgusswerkzeug. Weiterhin können wichtige geometrische Elemente wie beispielsweise ein Anschluss für Filterkartuschen oder Beatmungsschläuche / Beatmungszubehör hergestellt werden, die die strengen Anforderungen an Rundheit, Maßhaltigkeit und Konizität einhalten, was im Thermoformverfahren nicht wiederholbar sichergestellt wäre. Dies ermöglicht die Verwendung von genormtem Zubehör beispielsweise im Bereich der Beatmungsmedizin und hebt die geformte Folie auf eine Stufe der Genauigkeit die einem Spritzgussteil äquivalent ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit eine Bedruckung oder anderweitige Beschichtung aufzubringen. Die Möglichkeit die Folie vor der Verformung zu bedrucken oder zu beschichten und somit eine Verbindung herzustellen, die dem Verformprozess und dem nachgelagerten Spritzgussprozess standhält, eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten die die im HPF Verfahren aus Folie geformte Kuppel gegenüber dem Stand der Technik hervorheben.
Die Bedruckung des fertigen Teils kann deutlich komplexer, genauer, wiederholbarer und ästhetisch ansprechender gestaltet werden als eine nachträgliche Bedruckung eines spritzgegossenen Teils z.B. im Tampondruckverfahren. Dies eröffnet neue ästhetische Gestaltungsmöglichkeiten. Aufgrund der geringeren Temperaturen bei Verwendung des HPF Verfahrens im Vergleich zum Thermoformen kann die Bedruckung oder Beschichtung wiederholbarer und schonender für die verwendeten Materialien und Farben ausgeführt werden, wie es der Stand der Technik in diesem Bereich nahelegt.
Es können besondere Druckfarben verwendet werden welche einen Ausbleicheffekt beinhalten, beispielsweise über die Zeit oder nach einer Anzahl Reinigungszyklen. Somit kann eine Maske mit einer optischen Verschleißanzeige ausgestattet werden. Die Aufbringung dieser Farben vor dem Verformprozess erlaubt die Einbringung dieses vorteilhaften Elements in einer deutlich kostengünstigeren Art und Weise als es beispielsweise bei der nachträglichen Bedruckung eines spritzgegossenen Teils der Fall wäre.
Da die Folie vor dem Verformen eben ist, können Leiterbahnen aufgedruckt, auflaminiert, beschichtet oder anderweitig aufgebracht werden, was bei einem dreidimensional geformten Spritzgussteil nicht möglich wäre. Gleichzeitig wird durch die geringere Temperatur beim HPF Verfahren im Vergleich zum Thermoformen eine Schädigung der Leiterbahn vermieden. Die Verarbeitung einer Kunststofffolie im HPF Verfahren bringt somit die Möglichkeit, Sensorik oder andere elektronische Komponenten in einer kosteneffektiven Art und Weise in ein Maskensystem zu integrieren, beispielsweise zur Temperatur-, Feuchte-, oder Druckmessung.
Es können kapazitive Schalter gedruckt werden, welche beispielsweise eine einfache Form der Fernsteuerung eines angeschlossenen Gerätes durch den Träger der Maske ermöglichen, so könnten Ein-Aus-Funktionen, Luftbefeuchterleistung oder Ähnliches von der Maske aus gesteuert sein so dass der Träger nicht erst zum angeschlossenen Gerät hinüber greifen muss. Damit wird der Komfort der gesamten Anwendung verbessert.
Auf den Maskenkörper aufgebrachte Leiterbahnen können beispielsweise RFID-Anwendungen unterstützen, so dass Atemmasken auf bestimmte Gerätetypen codiert werden können. Dies bringt zusätzliche Sicherheit gegen Fehlbedienung.
Die Möglichkeit, eine Bedruckung oder sonstige Beschichtung vor dem Verformprozess auf eine ebene Folie aufzubringen erlaubt eine deutlich praktikablere und kostengünstigere Applikation der verschiedenen Druckfarben oder Beschichtungen, als dies bei einer nachträglichen Applikation der gleichen Funktionalität auf einem fertigen Spritzgussteil möglich wäre. Zudem wären manche der o.g. Applikationen höchstwahrscheinlich von vornherein nicht effizient auf einem dreidimensional geformten Spritzgussteil aufzubringen.
Die Verarbeitung im HPF Prozess ist insgesamt vorteilhaft gegenüber dem Thermoformverfahren, weil die Verformung bei deutlich geringeren Temperaturen erfolgen kann. Dadurch werden vorab aufgebrachte Druckfarben, Beschichtungen oder leitfähige Elemente thermisch weniger beansprucht und mit größerer Genauigkeit abgebildet.

Claims

Eine Hohlkuppel aus Kunststoff, vorzugsweise aus transparentem Kunststoff, zur Verwendung in einer Atemschutz- oder Beatmungstherapiemaske oder in Sportgeräten oder persönlicher Schutzausrüstung, wobei das Ausgangsmaterial der Kuppel in Form einer Kunststofffolie vorliegt, welche mittels Hochdruckverformung in eine dreidimensional gestaltete Form gebracht und anschließend auf die erforderliche Außen- und ggf. Innenkonturen beschnitten wird.
Eine Hohlkuppel nach Anspruch 1, die ein deutlich geringeres Gewicht, vorzugsweise das 0,2-bis 0,6-fache Gewicht, weiterhin vorzugsweise das 0,3- bis 0,5-fache Gewicht einer vergleichbar geformten spritzgegossenen Kuppel aufweist, und dadurch den Tragekomfort für den Anwender verbessert.
Eine Hohlkuppel nach Anspruch 1, bei der das in Form einer Kunststofffolie vorliegende Ausgangsmaterial eine Stärke im Bereich von 0,1mm bis 1,0mm, bevorzugt von 0,3mm bis 0,7mm, weiterhin bevorzugt von 0,4mm bis 0,6mm vorliegt.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-3, bei welcher das Ausgangsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Polycarbonat, weiterhin vorzugsweise Hochtemperatur-Polycarbonat besteht.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-4, bei der die Hartkomponente nach der Verformung einen Grad an Flexibilität behält, so dass eine kontrollierte elastische Deformation im Betrieb stattfinden kann welche den Tragekomfort auf dem Gesicht positiv beeinflusst.
Ein Grad an Flexibilität einer zu einer Hohlkuppel geformten Folie gemäß Anspruch 5, welcher eine elastische Verformung zwischen 10% und 50%, vorzugsweise zwischen 20% und 40% zulässt.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-6, welche zur Erzielung einer Dichtwirkung auf dem Gesicht des Trägers mit einer Dichtlippe aus Silikon oder thermoplastischem Elastomer verbunden ist und bei welcher die Dichtlippe entweder an die verformte Folie angesteckt, oder vorzugsweise im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren an die verformte Folie angespritzt ist.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-6 sowie nach Anspruch 7, bei der das Ausgangsmaterial vor der Verformung beschichtet ist, vorzugsweise mit einer oder mehreren Druckfarben, welche nach der Verformung der Folie auf der dreidimensionalen Form der Hohlkuppel erhalten bleiben.
Eine Beschichtung nach Anspruch 8, welche elektrisch leitende Druckfarben einschließt
Eine Beschichtung nach Anspruch 9, bei der vor der Verformung auch elektrische Komponenten auf das Ausgangsmaterial aufgebracht werden.
Eine Applikation von elektrisch leitfähigen Druckfarben auf das Ausgangsmaterial einer Hohlkuppel nach den Ansprüchen 9-10, mittels derer Leiterbahnen für kapazitive Schalter in der Hohlkuppel der Maske gebildet werden welche wiederum zur Steuerung an die Maske angeschlossener Geräte, beispielsweise Beatmungsgeräte, verwendet werden können.
Eine Applikation von elektrisch leitfähigen Druckfarben auf das Ausgangsmaterial einer Hohlkuppel nach den Ansprüchen 9-11, bei der die Druckfarben Kontakte für nachträglich aufgebrachte Sensorik ausbilden.
Eine Applikation von elektrisch leitfähigen Druckfarben auf das Ausgangsmaterial einer Hohlkuppel nach den Ansprüchen 9-12, bei der die Druckfarben Leiterbahnen als Antennen für drahtlose Nahbereichskommunikation bilden.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-8, bei welcher Druckfarben aufgebracht sind die mit der Zeit verschleißen, ausbleichen, sich abreiben oder sich gezielt ablösen.
Eine Verschleißanzeige gemäß Anspruch 14, bei welcher die Abnutzung der Druckfarbe kontinuierlich durch normale Handhabung und Reinigung der Hohlkuppel entsteht, beispielsweise durch Reinigungsmittel oder UV-Licht, und somit die Lebensdauer des Maskensystems optisch anzeigt.
Eine Hohlkuppel nach den Ansprüchen 1-7, bei welcher die Folie mit einem weiteren Material wie Holz, Metall oder Zellfasern ausreichend dünn beschichtet ist, um bei der Verformung ebenfalls in eine dreidimensionale Form überführt werden zu können, und.