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Die vorliegende Erfindung betrifft Ausgestaltungen von Atemschutzmasken. Atemschutzmasken werden zum Schutz vor schädlichen Gasen oder Stoffen der Umgebung von Menschen in verschiedensten Bereichen verwendet. Beispielsweise werden Atemschutzmasken in Bereichen mit erhöhter Staubbelastung eingesetzt. Andere Einsatzgebiete sind im klinischen Umfeld, beispielsweise als Teil der Schutzbekleidung in Bereichen mit infektiösen Patienten.
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Solche Masken werden auch „FFP“- Masken genannt, „FFP“ steht für „filtering face piece“. Diese FFP-Atemschutzmasken können vor Staub und Viren schützen und lassen sich in FFP-Atemschutzmasken in unterschiedliche Filterschutzklassen FFP1, FFB2, FFP3 einteilen. Diese Einteilung erfolgt anhand eines Faktors des sogenannten Arbeitsplatzgrenzwertes (AGW). Wird der zulässige Arbeitsplatzgrenzwert um das 4-fache überstiegen, so ist das Tragen einer FFP1-Maske angeraten. Wird der Arbeitsplatzgrenzwert um das 10-fache überstiegen, ist das Tragen einer FFP-Maske angeraten. Bei einem Überschreiten eines 30-fachen des Arbeitsplatzgrenzwerte ist das Tragen einer FFP3-Maske angeraten.
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Atemschutzmasken gibt es in Ausgestaltungen mit einem oder ohne ein Ausatemventil.
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Die
EP2570156 B1 zeigt ein Richtungsventil mit einer außermittig zur Ventilmembran angeordneten Fixierungsnase, welche am Ventilgehäuse angeordnet ist.
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Die
US2008178884 AA zeigt ein Ventil mit einer zentralen Befestigung der Ventilmembran an einer sternförmig ausgebildeten Haltestruktur.
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Die
US3990439 A zeigt ein Ventil mit einer Ausgestaltung einer einseitig ausgebildeten, d.h. außermittig vom Zentrum der Ventilscheibe oder Ventilmembran (diaphragm) angeordneten Haltestruktur zu einer Befestigung der Ventilscheibe oder Ventilmembran.
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Ausgestaltungen mit mittig im Ausströmbereich des Ventils angeordneten Befestigungen der Ventilmembran reduzieren den für die Durchströmung frei verfügbaren Öffnungsdurchmesser des Ventils. Diese Reduzierung im Öffnungsdurchmesser bestimmt maßgeblich den Ausatemwiderstand des Ventils. Wenn die Schließwirkung der Ventilscheibe auch mittels einer Schwerkraftwirkung hervorgerufen wird, dann kann sich eine Lageabhängigkeit in der Schließwirkung ergeben. Eine solche Lageabhängigkeit kann im Einsatz der Atemschutzmaske bei Kopfbewegungen des Atemschutzträgers zu Undichtigkeiten der Atemschutzmaske und in Folge davon dann auch zu einer Beeinträchtigung der Filter- und Schutzfunktion der Atemschutzmaske führen. Bei der Fortentwicklung von Ausatemventilen für Atemschutzmasken gab und gibt es ein Bestreben, - unter Beibehaltung einer zuverlässigen Filter- und Schutzfunktion - den Widerstand bei der Ausatmung für den Träger der Atemschutzmaske so gering wie möglich zu halten.
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Die vorliegende Erfindung hat sich daher der Aufgabe gewidmet, eine Ventilanordnung für eine Atemschutzmaske mit einem möglichst geringen Widerstand bei der Ausatmung anzugeben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu einer Ausgestaltung einer Ventilscheibe mit integralen Halteelementen anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zu einer Gestaltung einer Ventilscheibe mit integralen Haltelementen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung weist in einer Durchströmungsrichtung einen geringen Widerstand auf. Entgegen der Durchströmungsrichtung - also in einer Sperrrichtung - ist die erfindungsgemäße Ventilanordnung verschlossen. Erfindungsgemäß weist die Ventilanordnung ein Gehäuse und eine Ventilscheibe auf. Erfindungsgemäß sind als integrale Elemente der Ventilscheibe vorgespannte Federelemente als Halteelemente vorgesehen.
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Die Federelemente können auch als Federarme bezeichnet werden, wobei der Begriff „Federarme“ die Funktion eines Anhebens einer Ventilscheibe auch sprachlich sinnbildlich verständlich umfasst. Die Federelemente üben bei einer Anströmung aus einer Sperrrichtung mittels der Vorspannung eine Kraftwirkung auf das Gehäuse oder auf eine Dichtkontur aus, so dass die Ventilscheibe eine Ruheposition einnimmt und die Ventilanordnung einen ersten Zustand einnimmt, in welcher eine Durchströmung der Ventilanordnung in der Sperrrichtung verhindert ist. Die Federelemente werden bei einer Anströmung aus einer der Sperrrichtung entgegengesetzten Durchlassrichtung aus der Ruheposition in einen zweiten Zustand einer Arbeitsposition angehoben, wobei die Kraftwirkung auf die Dichtkontur reduziert wird, eine Durchströmung der Ventilanordnung in der Durchlassrichtung ermöglicht ist und sich für die Ventilanordnung (101, 201) ein Öffnungszustand ergibt. Zur Ausgestaltung der Funktion sind mindestens zwei Federelemente als integrale Halteelemente erforderlich und durch die Gestaltung der Ventilscheibe zu realisieren. Praxisnahe Ausgestaltungen weisen drei bis sechs Federelemente auf, Ausgestaltungen mit einer Anzahl von bis zu zwölf Federelementen sind jedoch auch konstruktiv gestaltbar.
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Die Federelemente ergeben sich in einer bevorzugten Ausführungsform einer Geometrie einer kreisförmigen oder kreisrunden Ventilscheibe beispielsweise dadurch, dass eine Anzahl von mindestens zwei kreissegmentförmigen Einschnitten mit vorbestimmten Längen in die Ventilscheibe eingebracht wird. Die Einschnitte mit vorbestimmten Längen werden an zwei unterschiedlichen Abständen zu einem Mittelpunkt der Ventilscheibe eingebracht. Die Einschnitte auf den zwei unterschiedlichen Abständen zum Mittelpunkt sind gegeneinander versetzt überlappend ausgebildet. Die Einschnitte bilden Segmente bzw. Kreisbogenabschnitte auf der Ventilscheibe aus. Die Breite der Segmente wird dabei durch den Abstand der zwei in Bezug zum Mittelpunkt der Ventilscheibe definierte, unterschiedliche, beabstandete Abstände bzw. Durchmesser zueinander ausgebildet.
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In Ausführungsformen, in welchen die Kontur der Ventilscheibe von der kreisrunden Form abweichend ausgebildet ist, ergeben sich die Positionen mit den Einschnitten und Segmenten in Relation zu einem Mittelpunkt oder Flächenschwerpunkt der gewählten geometrischen Form der Ventilscheibe. Mögliche geometrische Formen der Ventilscheibe sind beispielsweise elliptische oder ovale Formen wie auch dreieckige, viereckige, fünfeckige oder mehreckige Formen. So kann beispielsweise eine achteckige (Oktagon) oder eine neuneckige Form (Nonagon), insbesondere in einer Ausgestaltung mit abgerundeten Ecken, hinsichtlich der Anordnung der Einschnitte auf zwei unterschiedlichen Durchmessern zum Mittelpunkt und Ausbildung der Segmente als äquivalent zu einer kreisrunden Geometrie angesehen werden, so dass Eigenschaften und Vorteile von Ventilscheiben mit kreisrunder oder kreisförmiger Geometrie auch auf mehreckig ausgebildete Geometrien der Ventilscheibe übertragbar sind, wie auch umgekehrt. Durch die Einschnitte in der Ventilscheibe ergeben sich Segmente in der Ventilscheibe. Diese Segmente bilden Halteelemente aus und ermöglichen bei einer festen Anbindung oder Fixierung der Ventilscheibe am Mittelpunkt oder am Rand bzw. am äußeren Umfang der Ventilscheibe einen Bewegungs- Freiheitsgrad, so dass die Ventilscheibe durch eine Anströmung angehoben werden kann, wobei sich die Segmente in Form von Federelementen aufstellen und auf diese Weise die integralen Halteelemente der Ventilscheibe als Federelemente ausbilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente an einem äußeren Bereich der Ventilscheibe angeordnet und mit der Ventilanordnung verbunden. In dieser bevorzugten Ausführungsform ermöglicht eine Durchströmung der Ventilanordnung in Durchlassrichtung am äußeren Bereich der Ventilanordnung eine Ausströmung von Ausatemluft.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente an einem Innenbereich der Ventilscheibe angeordnet und mit der Ventilanordnung verbunden. Die Federelemente sind dabei vorzugsweise symmetrisch zu einem Mittelpunkt der Ventilscheibe angeordnet.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilscheibe in einer im Wesentlichen kreisförmigen oder runden Form oder einer elliptischen oder ovalen Form ausgebildet. Elliptische oder ovale Formen können Vorteile hinsichtlich eines Tragekomforts bei einer Integration der Ventilanordnung mit der Ventilscheibe in einen Maskenkörper, beispielsweise einen Maskenkörper einer textilen Maske aufweisen.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilscheibe in einer dreieckigen, viereckigen oder in einer mehreckigen Form ausgebildet. Mehreckige Formen können Vorteile bei der Herstellung der Ventilscheiben und auch bei der automatisierten Applikation der Ventilscheiben in einen Maskenkörper aufweisen.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente in einer Z-förmigen oder in einer gewinkelten Form ausgebildet. Z- Förmige oder gewinkelte Federelemente stellen definierte Dimensionierungen und damit reproduzierbare Federkräfte zu einer definierten Einstellung von Ruheposition und Arbeitsposition der Ventilscheibe bereit. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente in einer spiralförmigen Form ausgebildet. Spiralförmig ausgebildete Federelemente können durch die Art und Weise der Bildung der Spirale, beispielsweise spiralförmig vom Mittelpunkt nach außen, sich im Abstand von Spiralumlauf zu Spiralumlauf aufweitend, oder beispielsweise spiralförmig vom Mittelpunkt nach außen, sich im Abstand von Spiralumlauf zu Spiralumlauf verengend, eine degressive oder progressive Funktion bei der Einstellung von Ruheposition oder Arbeitsposition der Ventilscheibe aufweisen.
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Weiter bevorzugte Ausführungsformen geben an, wie die Ventilscheibe aus vielfältigen Materialien oder Materialkombinationen ausgebildet sein kann, so kann die Ventilscheibe aus einem metallischen Material, aus einem Elastomermaterial, aus einem Kunststoffmaterial, Textilwerkstoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein. Die Einschnitte zur Bildung der Federelemente können dabei beispielsweise mittels Laserschneiden, Messerschneiden oder durch Pressschneiden ausgeführt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zu einer Gestaltung einer Ventilscheibe mit integralen Haltelementen zeichnet sich dadurch aus, dass
- • in eine planare Ventilscheibe eine Anzahl von Einschnitten eingebracht wird,
- • die Einschnitte vorbestimmte Längen aufweisen,
- • die Einschnitte auf zwei unterschiedlichen Abständen zu einem Mittelpunkt der Ventilscheibe ausgebildet sind,
- • die Einschnitte versetzt überlappend ausgebildet sind,
- ◯ wobei die Einschnitte Segmente ausbilden,
- ◯ wobei die Breite der Segmente durch die zwei unterschiedlichen Abstände zum Mittelpunkt der Ventilscheibe ausgebildet sind,
und so die Segmente integrale Halteelemente der Ventilscheibe als Federelemente ausbilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens mit Gestaltung einer kreisrunden oder kreisförmigen Ventilscheibe sind die Einschnitte kreissegmentförmig ausgebildet. In einer solchen Ausgestaltung einer kreisrunden oder kreisförmigen Ventilscheibe bilden die Segmente Kreisbogenabschnitte aus.
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Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ventilscheibe,
- 2 eine Darstellung der Ventilscheibe nach der 1 in einem Öffnungszustand,
- 3 bis 6 Darstellungen alternativer Ausgestaltungen von Ventilscheiben,
- 7 eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung,
- 8 eine schematische Darstellung einer alternativen Ventilanordnung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ventilscheibe 3 mit in Form von Federelementen 7 ausgebildeten Halteelementen 5. Gezeigt ist die Ventilscheibe 3 mit Mittelpunkt 19 und Randbereich 17. Gezeigt sind Einschnitte 6, welche auf unterschiedlichen Abständen zum Mittelpunkt 19 ausgebildet sind. Die Einschnitte 6 formen die Federelemente 7 als Segmente der Ventilscheibe 3 aus, welche eine Lageänderung der Ventilscheibe 3 aus einer Ruheposition 8 (2) heraus in eine Arbeitsposition 10 (2) ermöglichen. In dieser 1 bildet sich durch eine Anzahl von insgesamt acht Einschnitten eine Anzahl von vier Federelementen 7 aus.
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Die 2 zeigt die Ventilscheibe 3 nach der 1 in einer perspektivischen Ansicht in einem Öffnungszustand 9, in welchem die Ventilscheibe 3 durch eine Strömung aus einer Durchlassrichtung 15 angehoben wird und in einer angehobenen Position 10 gehalten wird. Gleiche Elemente in der 1 und in der 2 sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die angehobene Position 10 wird durch die als Federelemente 7 ausgebildeten Halteelemente 5 definiert. In der angehobenen Position 10 ist die Ventilscheibe 3 zumindest mit wesentlichen Flächenanteilen um den Mittelpunkt 19 angehoben. Gasmengen können aus der Durchlassrichtung 15 nach oben strömen und am Umfangsbereich 17 der Ventilscheibe 3 dann ab- oder weiterströmen.
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Die 3 bis 6 zeigen schematisch verschiedene weitere Ausgestaltungen von planaren Ventilscheiben. Gleiche Elemente in den 1 bis 6 sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die 3 zeigt eine Ventilscheibe 31 mit Einschnitten 6, welche eine Ausgestaltung der Federelemente 7 in einer Z-förmigen oder gewinkelten Form ergibt. In dieser 3 bildet sich durch eine Anzahl von insgesamt fünf gewinkelt geformten Einschnitten 6 eine Anzahl von fünf Federelementen 7 in der Ventilscheibe 31 aus.
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Die 4 zeigt eine Ventilscheibe 31 mit Einschnitten 6, welche eine Ausgestaltung der Federelemente 7 in einer abgerundeten Variante einer Z-förmigen oder gewinkelten Form ergibt. In dieser 4 bildet sich durch eine Anzahl von insgesamt vier abgerundet gewinkelt geformten Einschnitten 6 eine Anzahl von vier Federelementen 7 in der Ventilscheibe 33 aus.
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Die 5 zeigt eine Ventilscheibe 35 mit drei Einschnitten 6, welche eine Ausgestaltung der Federelemente 7 in einer asymmetrischen Verteilung der Federelemente 7 am Umfang 17 der Ventilscheibe 35 ergibt.
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Die 6 zeigt eine Ventilscheibe 36 mit vier Einschnitten 6, welche eine Ausgestaltung der Federelemente 7 symmetrisch zum und nahe am Mittelpunkt 19 der Ventilscheibe 37 ergibt.
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Die 7 zeigt eine schematische Darstellung 100 einer Ventilanordnung 101 in einer Ausgestaltung zur Verwendung mit planaren Ventilscheiben nach den 1 bis 5 in einem Gehäuse 50. Die planaren Ventilscheiben 3, 31, 33, 35 nach den 1 bis 5 können in der Ventilanordnung 101 angeordnet und am Randbereich 17 mittels einer Klemmgeometrie 40 gehalten, fixiert oder befestigt werden. Die Funktion der Ventilanordnung 101 - beispielsweise der Ventilscheibe 3 nach den Darstellungen in den 1 und 2 - mit Lageänderungen aus Ruheposition 8 (2) in Arbeitsposition 10 (2) ergibt sich, wie anhand der 1 und 2 erläutert.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung 200 einer alternativen Ventilanordnung 201 mit einer planaren Ventilscheibe 37 nach der 6 in einem Gehäuse 60. Die planare Ventilscheibe 37 nach der 6 kann in der Ventilanordnung 201 angeordnet und am Mittelpunkt 19 mittels eines Befestigungspunktes 70 in einer schwimmenden Art und Weise gehalten, fixiert oder befestigt werden. Die Funktion der Ventilanordnung 201 ergibt sich im Unterschied zur Funktion der Ventilanordnung 101 abweichend dadurch, dass Befestigung und Anordnung der Ventilscheibe 37 in dem Gehäuse 60 schwimmend gelagert ausgebildet sind. Die Ventilscheibe 37 liegt auf einem Ventilsitz 11 mit einem Rand 17 der Ventilscheibe 37 auf und dichtet dort in einer Ruheposition ab. Der Ventilsitz 11 ist Teil des Gehäuses 60.
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Bezugsziffernliste
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- 3
- Ventilscheibe
- 5
- Halteelemente
- 6
- Einschnitte
- 7
- Federelemente
- 8
- Ruheposition
- 9
- Öffnungszustand
- 10
- Arbeitsposition
- 11
- Dichtkontur
- 13
- Sperrrichtung
- 15
- Durchlassrichtung
- 17
- äußerer Bereich, Rand-/ Umfangsbereich der Ventilscheibe
- 18
- innerer Bereich, mittlerer Bereich der Ventilscheibe
- 19
- Mittelpunkt der Ventilscheibe
- 31, 33, 35, 37
- Ventilscheibe
- 40
- Klemmgeometrie
- 50,60
- Gehäuse
- 70
- Befestigungspunkt
- 80
- schwimmende Lagerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 16146324 A1 [0004]
- EP 1647310 B1 [0004]
- EP 1224011 B1 [0004]
- US 7188622 [0005]
- EP 3675969 A1 [0005]
- EP 2570156 B1 [0005, 0006]
- US 2008178884 [0007]
- US 3990439 A [0008]
