DE19506360A1

DE19506360A1 - Methode zur Regulierung der einer Gasmaske zugeführten Durchflußmenge an Luft, außerdem eine Gasmaske

Info

Publication number: DE19506360A1
Application number: DE19506360A
Authority: DE
Inventors: Ollila Rauno
Original assignee: Kemira Safety Oy
Current assignee: Scott Health and Safety Oy
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1995-08-31
Also published as: FI940894A; FI940894A0; GB9503882D0; US5671730A; FI100307B; GB2287656A; GB2287656B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Regulierung der einer Gasmaske zugeführten Durchflußmenge an Luft und bezieht sich ebenfalls auf eine Gasmaske. Die Erfindung kann für jedes Gesichtsteil von Atemmasken eingesetzt werden.

Gasmasken nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in den Patentanmeldungen EP 94 757 und FI 85 22 72 beschrieben. Gas masken nach dem Stand der Technik weisen beim Tragen Probleme auf mit den Batterien zum Betrieb der Motoren und haben das Ri siko, daß die Batterien tiefentladen werden, wodurch ihre nutz bare Lebensdauer verkürzt wird. Die Patentanmeldung EP 94 757 offenbart eine Methode zur Begrenzung des Energieverbrauchs.

Die Patentanmeldung GB 2 032 284 zeigt eine bekannte Methode zur Kontrolle der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Maskengeblä ses auf Basis eines Differenzdruckes, der durch einen Detektor erfaßt wird. Solch ein Differenzdruckdetektor ist jedoch an fällig für Störungen und mit Rücksicht hierauf muß man Vorsicht walten lassen, wenn z. B. die Maske gereinigt wird.

Geräte nach dem bekannten Stand der Technik weisen das Problem auf, daß die Durchflußmenge der Luft, die der Gasmaske zuge führt wird, in Abhängigkeit vom Grad der Verstopfung des Fil ters variiert. Wenn der Filter neu und sauber ist, durchtritt den Filter mehr Luft als nach den Standards in einem gegebenen Einsatzfall benötigt. Die hieraus entstehenden Nachteile bedin gen einen überhöhten Verbrauch von Batterien und einen überhöh ten Luftdurchsatz, der beim Träger Kopfschmerzen und Stechen in den Augen hervorrufen kann. Darüber hinaus besteht beim Zuset zen der Filter das Problem, daß es nicht bekannt ist, wann der Durchfluß der der Gasmaske zugeführten Luft unter die benötigte Durchflußmenge abfällt. Auf der anderen Seite bedingt eine überhöhte Durchflußrate von Luft ein schnelleres Verstopfen des Filters.

Aus der Patentschrift FI 80 606 ist eine Anordnung bekannt, die den Lüftermotor als Detektor benutzt, so daß die elektronische Steuerungsschaltung den von dem Lüftermotor benötigten Strom und die effektive Spannung an seinen Polen mißt. Die Anordnung verwendet die Eigenschaften des Zentrifugallüfters derart, daß die Durchflußmenge der Luft, die je Zeiteinheit durch den Lüf ter fließt, proportional zu dem Drehmoment des Rotors und dar über hinaus die Druckdifferenz proportional zur Umdrehungsge schwindigkeit ist.

Auf der Basis der Spannungswerte wird ein Pulsweitenmodulator so gesteuert, daß der Strom durch den Motor auf einen Wert ge bracht wird, bei dem die gewünschte Durchflußmenge der Luft er zielt wird. Durch diese Maßnahmen wird ein konstanter Luftstrom erreicht, der weitgehend unabhängig vom strukturellen Wider stand der genutzten Filter, ihrem Verschmutzungsgrad und dem Widerstand aufgrund des Gewichtsteils ist.

Änderungen von Motorparametern werden in zwei Kategorien einge teilt: Änderungen aufgrund von Lagerungseinflüssen und Kommuta toränderungen. Es ist typisch für Änderungen der Motorparame ter, daß, speziell bei gesinterten Lagerstellen, die Schmierung teilweise nachläßt und der Reibungskoeffizient ansteigt. Aus diesem Grund ist ein Anteil des Drehmomentes des Motors auf diese Lagerstellenreibung zurückzuführen und steht nicht länger am Lüfterrotor zur Verfügung. Im Kommutator werden andererseits aufgrund von leitfähigen Ablagerungen, die durch feinen Staub aus den strukturellen Materialbestandteilen hervorgerufen wer den, Kurzschlußstrecken zwischen einzelnen Segmenten aufgebaut, wodurch der dadurch hervorgerufene Kurzschlußstrom das Drehmo ment senkt, das für den Betrieb des Motors zur Verfügung steht. Nachdem diese Änderungen aufgetreten sind, kann die Elektronik des Lüfters auf keine Art diese Effekte korrigieren, da im phy sikalischen Sinne die Daten, die die Kalibrierung des Gerätes beinhalten, zusammen mit den Motorparametern verlorengegangen sind.

Die Nachteile der in der Patentschrift FI 80 606 dargestellten Methode sind vornehmlich darauf zurückzuführen, daß der Strom des Motors dadurch reguliert wird, daß die effektive Spannung an ihm gesteuert wird. Da diese Spannung gleichzeitig Ausgabe wert des Steuerungssystem ist, wird das System sehr empfindlich gegenüber Änderungen in den Eigenschaften des Motors. Das Sy stem ist in diesem Sinne so empfindlich, daß die erfolgreiche Herstellung nur durch Benutzung eines eisenfreien Permanentma gnetmotors mit Edelmetallbürsten möglich wird. Derartige Moto ren werden ebenfalls als Tachometer genutzt. Kommerziell ver fügbare Motoren sind demgegenüber nicht in Übereinstimmung mit den Ansprüchen der Patentschrift FI 80 606 hergestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zur Re gulierung der einer Gasmaske zugeführten Durchflußmenge an Luft zu entwickeln, die die geschilderten Probleme löst.

Um dies zu erreichen, wird mit Hilfe der Erfindung die Leistung des Lüfters auf Basis des Stroms und der Rotationsgeschwindig keit des Lüfters reguliert.

Die Erfindung zeigt eine Methode, durch die die einer Gasmaske zugeführten Durchflußmenge an Luft im wesentlichen konstant ge halten wird durch die Verwendung eines Lüftermotors und des Lüfters selber als Detektor mit Hilfe von Mitteln, durch die seine Leistung reguliert wird. Eine der Erfindung entsprechende Gasmaske beinhaltet einen Filter, einen Lüfter, der die Durch flußmenge an Luft durch den Filter beeinflußt, einen Motor, der den Lüfter betreibt, eine elektronische Schaltung, die den Be trieb steuert, eine Anordnung zur Weiterleitung der Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfterrades an den besagten Schaltkreis und alle hierzu notwendigen Schalter und Funktions indikatoren.

Der elektronische Steuerungsschaltkreis entsprechend der Erfin dung hält die Durchflußmenge der Luft konstant durch Regulie rung des Pulsweiten-Verhältnisses der Effektivspannung, die am Motor anliegt. Eine Licht aussendende Diode, die mit dem Steue rungsschaltkreis verbunden ist, zeigt an, wenn der Lüftermotor nicht in der Lage ist, die gewählte Durchflußmenge an Luft zu gewährleisten. Zur Verhinderung der Tiefentladung der Batterie trennt eine Schutzschaltung den Strom zum Gerät, wenn die Ver sorgungsspannung unter einen vorher festgelegten Grenzwert ab fällt.

In einer Gasmaske entsprechend der Erfindung ist es darüber hinaus möglich, Zusatzkomponenten wie Meßblenden zur Kalibrie rung und ein Gerät zur externen Messung der Rotationsgeschwin digkeit des Lüfterrades und/oder ein elektronisches Gerät zum Übertragen der Parameterdaten in den Steuerungsschaltkreis zu benutzen.

In einem Permanentmagnetmotor ist das Drehmoment proportional zum Strom und die Rotationsgeschwindigkeit ist proportional zur Spannung, wie aus der Formel:

U_k = E + (I × R)

ersichtlich ist, wobei

- U_k die Spannung zwischen den Polen des Motors,
- E die Generatorspannung, beispielsweise die Versorgungs spannung, ist, die der Rotationsgeschwindigkeit des Motors entspricht,
- I der Motorstrom und
- R der Wicklungswiderstand

ist.

In einem der Erfindung entsprechenden System ist der Einfluß der Bürstenspannung absichtlich unberücksichtigt gelassen, da es in jedem Fall erforderlich ist, einen Motortyp zu nutzen, bei dem die Bürstenspannung ohne Einfluß bleibt, beispielsweise ist ein Motor mit einer Edelmetallbürste zu bevorzugen. Darüber hinaus wird in einer vorliegenden Betriebssituation der Win dungswiderstand des Motors abhängen von der Temperatur, wodurch die Genauigkeit der Steuerung ebenfalls herabgesetzt wird.

Der Lüfter und der Motor bilden zusammen eine Einheit, in der eine geeignet gewählte Strom-/Spannungskurve einen konstanten Durchflußwert bedingt, solange die Motorparameter unverändert bleiben. Dies trifft ebenfalls für einen Lüfter allein zu, doch in Anwendungen wie der vorliegenden unterliegt der Lüfter übli cherweise nicht mechanischen Beanspruchungen und ebenfalls nicht Verschmutzungen, so daß seine Eigenschaften über eine lange Zeit konstant bleiben werden.

In einem System entsprechend der Erfindung werden die Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters direkt gewonnen durch Mes sung der Rotationsgeschwindigkeit und durch Bestimmung des Mo torstromes auf Basis der Rotationsgeschwindigkeit. In diesem Fall wird das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit des Lüf ters zur Polspannung des Motors weitgehend bedeutungslos und damit ebenfalls die Störgrößen, die damit zusammenhängen wie die Abhängigkeit des Stroms vom Windungswiderstand und seinem Temperaturkoeffizienten und mögliche Bürstenspannungen. Bei ge ringen Spannungen sind ebenfalls Graphitbürsten möglich.

Eine andere Konsequenz aus der direkten Gewinnung der Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters ist es, daß die Kalibrie rungsdaten der Lüftereinheit nicht länger notwendigerweise von den Eigenschaften des Motors abhängen, sondern nur noch von den Eigenschaften des Lüfters. Dies wird dadurch möglich, daß wäh rend der Fertigung die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters ge messen wird, bei der der Lüfter die benötigte Durchflußmenge mit einer bestimmten Kalibrierungs-Meßblende gewährleistet. Wenn diese Daten der Rotationsgeschwindigkeit und die zugehö rige Kalibrierungs-Meßblende oder -blenden verfügbar sind, kann das Gerät nachkalibriert werden, beispielsweise können hier durch Änderungen der Motorparameter kompensiert werden.

In dem System entsprechend der Erfindung wird die Kalibrierung der Steuereinheit dadurch vorgenommen, daß ein Drehgeschwindig keitsmesser und Kalibrierungs-Meßblenden in einer Weise verwen det werden, daß die Stromkurve der Steuerungseinheit derart eingestellt wird, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters sich auf einen Wert einstellt, der mit der korrekten Durchfluß menge mit der betreffenden Meßblende korrespondiert. Die Daten der Rotationsgeschwindigkeit sind lüfterspezifisch und werden festgelegt durch Messung mittels eines Durchflußmessers seitens des Herstellers.

In dem der Erfindung entsprechenden System kann die Steuerungs einheit sich selbst kalibrieren, wenn die Kalibrierungs-Meß blenden dem Lüfter zugeordnet sind und die Steuerungseinheit, beispielsweise durch den Träger der Gasmaske, in den Kalibrie rungsmodus versetzt wird. In diesem Falle wird die Steuerungs einheit den Lüfter auf eine Rotationsgeschwindigkeit bringen, die den korrekten Durchfluß des entsprechenden Lüfters ent spricht. Die Daten der Rotationsgeschwindigkeit befinden sich in der Steuerungseinheit selbst, wobei sie hierin in Verbindung mit der Herstellung oder einem Service eingegeben werden, bei spielsweise wenn die Lüftereinheit und der Motor mit der Steue rungseinheit verbunden werden.

Das der Erfindung entsprechende System ist im weiteren im De tail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei

Fig. 1 die Steuerungsschaltung in einer digitalen Ausfüh rung beschreibt für den Lüfter einer Gasmaske ent sprechend der Erfindung, und

Fig. 2 eine analoge Implementation dieser Schaltung be schreibt.

Fig. 1 beschreibt den Steuerungsschaltkreis, wobei die Signale digital verarbeitet werden, für den Lüfter einer Gasmaske ent sprechend der vorgelegten Erfindung. Die Steuerungsschaltung entsprechend der Erfindung beinhaltet einen Rotor 1 des Lüf ters, kapazitive Elektroden 2, 3 am Lüfter, einen Lüftermotor 4, eine schaltbare Energiequelle 5, einen Pulsweitenmodulator 6, einen Mikrokontroller 7, einen nichtflüchtigen Speicher 8, eine Referenzspannung 9, Batterien 10, einen Schalter- und An zeigeblock 11, einen strommessenden Verstärker 12, einen Pha senregelkreis 13, einen Oszillator 14, einen strommessenden Wi derstand 15 und einen geerdeten Block 16 für die Steuersignale, der als Filter für die Signalspeicherung dient, dem eine Aus gabe in drei Schaltzuständen von dem Mikrocontroller 7 aufgege ben wird.

Die kapazitiven Elektroden 2, 3 des Lüfters entsprechend der Erfindung sind so an dem Rotor 1 des Lüfters angeordnet, daß sie Informationen entsprechend der Geschwindigkeit der Rotation des Lüfters mittels des Oszillators und des Phasenregelkreises 13 an den Zähler des Mikrokontrollers 7 weitergeben. Der Strom des Motors 4 wird gemessen und wird über den strommessenden Verstärker 12 auf den A/D-Wandler des Mikrocontrollers 7 aufge geben. Auf Basis des Stromwertes und der Rotationsgeschwindig keit des Lüfters berechnet der Mikrokontroller 7 einen passen den Stromwert für den Motor 4 und gibt ein passendes Steue rungssignal auf die schaltbare Energiequelle 5 über den geerde ten Steuersignalblock 16 und den Pulsweitenmodulator 6. Die schaltbare Energiequelle 5 entnimmt den Batterien 10 Energie, steuert die Versorgung des Motors mit Strom und versorgt eben falls den A/D-Wandler des Mikrokontrollers 7 mit Steuerungsda ten des Motors 4. Der nichtflüchtige Speicher 8 ist mit dem Mi krokontroller 7 verbunden. Die Steuerschaltung enthält eben falls eine Spannungsreferenz 9 für die Batterien 10, einen Schalter- und Anzeigeblock 11 für den Mikrokontroller 7 und einen Widerstand 15, der den Strom des Motors 4 mißt.

Bei der digitalen Implementation des Systems entsprechend der Erfindung sind die Daten der Rotationsgeschwindigkeit selbst schon digital, beispielsweise in Pulsform, so daß sie nicht in eine analoge Form konvertiert, sondern direkt digital verarbei tet werden. Bei der Erfindung wird ein Mikrokontroller 7 be nutzt, an den ein nichtflüchtiger, nur lesbarer Speicher 8 an geschlossen ist, dessen Funktion die Speicherung der besagten Daten der Rotationsgeschwindigkeit zu Kalibrierungszwecken ist.

Die Steuerung wird dadurch vorgenommen, daß die Pulse der Rota tionsgeschwindigkeit dem Zähler des Kontrollers aufgegeben wer den, der in passenden Zeitintervallen softwaremäßig ausgelesen wird, so daß die Rotationsgeschwindigkeit daraus gewinnbar ist. In dem dies als Anfangswert genutzt wird, berechnet der Kon troller einen passenden Stromwert für den Motor. Die Einstel lung des Stromwertes kann beispielsweise durch einen D/A Kon verter mittels der Steuerung eines passenden analogen Schalt kreises ausgeführt werden oder durch Messung des Motorstroms mittels eines A/D Konverters und Einstellung der Steuerungskom ponente für den Strom auf einen korrekten Wert mittels Anschluß der Ausgabe.

Fig. 2 beschreibt die Steuerungsschaltung eines Lüfters in ei ner Gasmaske entsprechend der Erfindung, wobei in der Schaltung die Signale ausschließlich in analoger Form verarbeitet werden. Die Steuerungsschaltung entsprechend der Erfindung beinhaltet einen Lüfterrotor 1, kapazitive Elektroden 2, 3 des Lüfters, einen Lüftermotor 4, eine schaltbare Energiequelle 5, einen Pulsweitenmodulator 6, Batterien 10, einen strommessenden Ver stärker 12, einen Phasenregelkreis 13, einen Oszillator 14, einen strommessenden Widerstand 15, einen Konverter 17 zur Um wandlung einer Frequenz in eine Spannung, einen Kompensations schaltkreis 18 und einen Differentialverstärker 19.

In der Schaltung entsprechend der Erfindung sind die kapaziti ven Elektroden 2, 3 verbunden mit dem Rotor 1 des Lüfters, wo bei die Kapazitätsveränderungen der kapazitiven Elektroden 2, 3 eine Veränderung der Frequenz des Oszillators 14 hervorruft und der Phasenregelkreis 13 als Detektor für die Veränderung der Frequenz dient. Die Pulse der Rotationsgeschwindigkeit, die aus dem Phasenregelkreis 13 gewonnen werden, werden dem Frequenz- /Spannungskonverter 17 aufgegeben, aus dem eine Spannung E pro portional zur Geschwindigkeit der Rotation abgegriffen wird. Hierbei ist die Spannung E die Generatorspannung, beispiels weise die Versorgungsspannung (ohne jede Abweichung aufgrund der Spulenströme oder nicht idealer Eigenschaften des Kommuta tors, aber skaliert durch den Frequenz-/Spannungskonverter), die in der Formel für die Polspannung des vorstehend beschrie benen Motors erscheint, entsprechend der Rotationsgeschwindig keit des Motors. Die mittels des Frequenz-/Spannungskonverters gewonnene Spannung wird dem Kompensationsschaltkreis 18 aufge geben, in dem die nichtidealen Eigenschaften des Lüfters in ei ner ähnlichen Art kompensiert werden wie bei der finnischen Pa tentanmeldung 80 606. Der Strom des Motors 4 wird gemessen und über den strommessenden Verstärker 12 auf den Differentialver stärker 19 aufgegeben, in dem die Ausgaben des Kompensations schaltkreises 18 und des strommessenden Verstärkers 12 kombi niert werden, um den Steuerstrom des Motors mittels des Puls weitenmodulators 6 und der schaltbaren Energiequelle 5 einzu stellen.

Die oben beschriebenen Anordnungen haben die besondere Eigen schaft, daß die Rotationsgeschwindigkeit einfach auch von au ßerhalb des Gerätes gemessen werden kann. Diese Möglichkeit ist notwendig für eine derartige analoge Anordnung. Hierbei wird die Nachkalibrierung des Gerätes ohne ein Strommeßgerät dadurch ausgeführt, daß eine Kalibrierungs-Meßblende oder Kalibrie rungs-Meßblenden an dem Gerät angebracht werden und indem die Rotationsgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß sie einem Wert entspricht, der vom Hersteller mittels einer Strommeßein richtung festgelegt wird. Der besondere Vorteil der kapazitiven Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit liegt darin, daß der Kenngrößen des messenden Oszillators für eine externe Messung der Rotationsgeschwindigkeit verfügbar ist, ohne speziell hier für notwendige Anordnungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Meßgerät der Rotationsgeschwindigkeit als Antennen wirkende Platten, in ih rer Form den Meßplatten des Oszillators entsprechend, die ge genüber der äußeren Umhüllung der Lüftereinheit angeordnet wer den, und eine Schaltung, die mittels eines Phasenregelkreises mit diesen Platten verbunden ist und die Veränderung der Fre quenz in Pulse umwandelt, wobei dieser Schaltkreis ähnlich wie ein konventioneller Schaltkreis zur Frequenzzählung in einem Telefonapparat aufgebaut sein kann. Im praktischen Einsatz ist die einzige Voraussetzung für die externe Messung, daß die Hülle der Lüftereinheit beispielsweise nicht aus abgeschlosse nen Metallteilen besteht, die eine zu vollständige Abschirmung gegen elektrische Felder bewirkt.

In der digitalen Implementation kann die Nachkalibrierung auch einfacher vorgenommen werden, wobei in diesem Fall keine Not wendigkeit für einen getrennten Messer für die Rotationsge schwindigkeit oder ein anderes Hilfsmittel besteht oder für einen Fachmann; es wird in bevorzugter Weise direkt von dem Träger der Gasmaske durchgeführt. Die Nachkalibrierung wird so durchgeführt, daß der Träger des Gerätes den Filter/die Filter gegen die Kalibrierungs-Meßblende/ die Kalibrierungs-Meßblenden austauscht, die mit dem Gerät zur Verfügung gestellt werden, und die Selbstkalibrierung auslöst. Da das Gerät die Daten der Geschwindigkeit von ein oder mehreren Betriebspunkten mit der vorstehenden Meßblende gespeichert hat, braucht der Mikrokon troller nur den Lüfter auf diese Rotationsgeschwindigkeit oder diese Rotationsgeschwindigkeiten zu bringen und die zugehörigen Motorströme zu messen. Bei der Selbstkalibrierung werden diese alten Stromwerte nun durch diese Werte ersetzt und der Mikro kontroller speichert sie in dem nichtflüchtigen Speicher.

In diesem Zusammenhang kann der Mikrokontroller in besonders vorteilhafter Weise diese Stromwerte und speziell ihre Stabili tät beobachten, um Rückschlüsse auf den Zustand der Lüfterein heit ziehen zu können und eine Warnmeldung über den bevorste henden, notwendigen Wechsel abgeben, darüber hinaus kann er einen weiteren Betrieb bis zum Auswechseln der Lüftereinheit verweigern oder seine Betriebsart in eine "Dummybetriebsart" wechseln, indem er keine aktive Steuerung vornimmt, sondern die Motorspannung nur auf einen herstellerseits vorgegebenen kon stanten Wert einstellt, wenn die Lüftereinheit in einem so schlechten Zustand ist, daß der Betrieb entsprechend den Prin zipien der Kompensation des Strömungswiderstandes gefährdet ist.

In der analogen Implementation des Systems entsprechend der Er findung werden die Daten der Rotationsgeschwindigkeit konver tiert in Spannungsdaten und der Motorstrom wird auf Basis die ser Werte eingestellt. Zusätzlich können Informationen über die Rotation des Lüfters durch Umformung der Pulse der Rotationsge schwindigkeit, die die Rotation des Lüfters beschreiben, mit tels Umformereinrichtungen beeinflußt werden. Die Anzahl der Pulse wird nicht nur von der Rotationsgeschwindigkeit beein flußt, sondern auch durch die Anzahl der Einheiten, so daß bei einer Rotation beispielsweise nur ein Puls zur Verfügung steht, wenn die Geräteanzahl gleich 1 ist, oder zwei Pulse, wenn die Geräteanzahl gleich 2 ist. Es existieren verschiedene Einheiten zur Umformung der Pulse der Rotationsgeschwindigkeit, einige Beispiele sind eine fotooptische Lichtschranke oder reflektie rende Umwandler, ein magnetischer oder Hallumwandler, eine Im pulsspule oder ein kapazitiver Umwandler.

Ein kapazitiver Umwandler, ein leitfähiger Streifen, bevorzugt ein Aufkleber oder ein Aufdruck, wird auf der Lüfterschaufel aufgebracht und in dem Lüftergehäuse werden korrespondierende Streifen als Teil des Oszillatorschaltkreises mit diesen ver bunden angebracht. Der Oszillatorschaltkreis seinerseits ist verbunden mit dem Phasenregelkreis, der als Detektor für die Veränderungen der Frequenz dient. Auf diese Weise wird ein Um setzer für die Rotationsgeschwindigkeit aufgebaut, der mecha nisch einfach und kostengünstig zu fertigen ist, nicht stö rungsempfindlich gegenüber Verschmutzung ist und auch keinen Durchbruch zu dem Lüftergehäuse benötigt und auch kein Abschir mungsproblem verursacht.

Das System entsprechend der Erfindung kann ebenfalls in anderen Atemmasken oder ihren Gesichtsteilen genutzt werden.

Claims

1. Eine Methode zur Regulierung der Durchflußmenge an Luft, die einer Gasmaske zugeführt wird, mittels eines Lüfters, der den Luftstrom durch die Gasmaske befördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Lüfters auf Basis des Stromes und der Ro tationsgeschwindigkeit des Lüfters reguliert wird.

2. Eine Gasmaske, enthaltend

- einen Filter,
- einen Lüfter, der den Luftstrom durch den Filter be fördert,
- einen Motor, der den Lüfter antreibt,
- und einen elektronischen Schaltkreis, der den Betrieb steuert, mit seinen Schaltern und Detektoren,

wobei die Durchflußmenge der zugeführten Luft mittels des Lüfters reguliert wird, der den Fluß der Luft durch die Gasmaske befördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmaske einen elektronischen Steuerungsschaltkreis aufweist, der die Leistung des Lüfters auf Basis des Stroms und der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters steu ert.

3. Eine Gasmaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerungsschaltung die Durchflußmenge der Luft durch Regulierung des Pulsweitenverhältnisses der effektiven Spannung am Motor konstant hält

4. Eine Gasmaske nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Licht aussendende Diode, die mit dem Steue rungsschaltkreis verbunden ist, zur Anzeige nutzbar ist, wenn der Lüftermotor nicht zur Einhaltung der gewählten Durchflußmenge der Luft in der Lage ist.

5. Eine Gasmaske nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer Tiefentladung der Batterie eine Schutzschaltung den Strom von dem Gerät trennt, wenn die Versorgungsspannung unter einen gesetzten Grenzwert fällt.

6. Eine Gasmaske nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gasmaske als Peripheriekomponenten Kalibrierungs-Meßblenden und ein Gerät für die externe Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfterrades ent hält.

7. Eine Gasmaske nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gasmaske ein elektronisches Gerät für die Übermittlung von Parameterdaten an die Steuerungs schaltung enthält.

8. Eine Gasmaske nach Anspruch 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters durch direkte Messung der Rotationsgeschwin digkeit und durch Festlegung des Motorstromes auf Basis dieser Rotationsgeschwindigkeit bestimmbar sind.

9. Eine Gasmaske nach Anspruch 2, 3, 4, 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsschaltkreis sich selbst kalibriert; wenn Kalibrierungs-Meßblenden am Lüfter ange ordnet sind und die Steuerungseinheit in einen Kalibrie rungsmodus versetzt ist, so daß die Steuerungseinheit den Lüfter auf eine Rotationsgeschwindigkeit bringt, die mit dem korrekten Durchfluß für den vorliegenden Lüfter korre spondiert.

10. Eine Gasmaske nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsschaltkreis des Lüfters der Gasmaske enthält

- einen Rotor (1) des Lüfters,
- kapazitive Elektroden (2, 3) des Lüfters,
- einen Motor (4) des Lüfters,
- eine schaltbare Energiequelle (5),
- einen Pulsweitenmodulator (6),
- einen Mikrokontroller (7),
- einen nichtflüchtigen Speicher (8),
- eine Referenzspannung (9),
- Batterien (10),
- einen Schalter- und Anzeigeblock (11),
- einen strommessenden Verstärker (12),
- einen Phasenregelkreis (13) ,
- einen Oszillator (14),
- einen strommessenden Widerstand (15) und
- einen geerdeten Steuerungssignalblock (16),

in der Weise, daß

- die kapazitiven Elektroden (2, 3) des Lüfters mit dem Ro tor (1) des Lüfters verbunden sind, so daß sie Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters über den Oszillator (14) und den Phasenregelkreis (13) auf den Zähler des Mi krokontrollers (7) aufgeben,
- der Strom des Motors (4) gemessen wird und über den strom messenden Verstärker (12) auf den A/D Konverter des Mikro kontrollers (7) aufgegeben wird,
- der Mikrokontroller (7) auf Basis des Stromes und der Ro tationsgeschwindigkeit des Lüfters einen passenden Strom wert für den Motor (4) berechnet und ein passendes Steue rungssignal auf die schaltbare Energiequelle (5) über den geerdeten Steuerungssignalblock (16) und den Pulsweitenmo dulator (6) gibt,
- die schaltbare Energiequelle (5) den Batterien (10) Ener gie entnimmt, den Stromzufluß des Motor steuert und die Steuerungsdaten des Motors (4) ebenfalls an den A/D Kon verter des Mikrokontrollers (7) übermittelt,
- ein nichtflüchtiger Speicher (8) mit dem Mikrokontroller (7) verbunden ist,
- der Steuerungsschaltkreis ebenfalls eine Referenzspannung (9) für die Batterien (10), einen dem Mikrokontroller (7) zugeordneten Schalter- und Anzeigeblock (11) und einen den Strom des Motors (4) messenden Widerstand (15) enthält.

11. Eine Gasmaske nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtflüchtige, nur lesbare Speicher (8), der mit dem Mikrokontroller (7) verbunden ist, die Daten der Rota tionsgeschwindigkeit enthält, die die Kalibrierung bein halten.

12. Eine Gasmaske nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger der Gasmaske selbst die Kalibrie rung auslöst.

13. Eine Gasmaske nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einen Mikrokontroller (7) enthält, der die Stromwerte des Motors (4) überwacht und ein Warnsignal ausgibt, wenn sich die Notwendigkeit eines Wechsels andeu tet.

14. Eine Gasmaske nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einen Mikrokontroller (7) enthält, der die Stromwerte des Motors (4) überwacht und der eine Funk tion verhindert, bis eine defekte Lüftereinheit ausgewech selt ist.

15. Eine Gasmaske nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einen Mikrokontroller (7) enthält, der die Stromwerte des Motors (4) überwacht und seine Be triebsart wechselt, bis eine defekte Lüftereinheit ausge tauscht ist.

16. Eine Gasmaske nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß die Kalibrierung des Steuerungsschaltkreises da durch ausführbar ist, daß ein Meßgerät für die Rotations geschwindigkeit und Kalibrierungs-Meßblenden in solcher Weise verwendet werden, daß die Kurve des Stromes des Steuerungsgerätes so eingestellt wird, daß sich die Rota tionsgeschwindigkeit des Lüfters auf den dem korrekten Durchfluß mit der vorliegenden Meßblende entsprechenden Wert einstellt.

17. Eine Gasmaske nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsschaltkreis auf eine analoge Weise durch Umwandlung der Daten der Rotationsgeschwindigkeit in eine Spannung und durch Beeinflussung des Motorstromes auf Ba sis dieser Werte implementiert ist.

18. Eine Gasmaske nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerungsschaltung des Lüfters der Gas maske enthält

- einen Rotor (1) des Lüfters,
- kapazitive Elektroden (2, 3) des Lüfters,
- einen Motor (4) des Lüfters,
- eine schaltbare Energiequelle (5),
- einen Pulsweitenmodulator (6),
- Batterien (10),
- einen strommessenden Verstärker (12),
- einen Phasenregelkreis (13),
- einen Oszillator (14),
- einen Konverter (17) für die Umwandlung von Frequenz in Spannung, und
- einen Kompensationsschaltkreis (18),

in einer Weise, daß

- die kapazitiven Elektroden (2, 3) des Lüfters mit dem Ro tor (1) des Lüfters verbunden sind und daß die Ausgabe der Elektroden (2, 3) über den Oszillator (14) mit dem Phasen regelkreis (13) verbunden ist, wobei in diesem Falle die Kapazitätsveränderungen der kapazitiven Elektroden (2, 3) eine Veränderung der Frequenz des Oszillators (14) hervor rufen und die Veränderungen durch den Phasenregelkreis (13) selektiert werden,
- der Strom des Motors (4) gemessen wird und mittels des strommessenden Verstärkers (12) dem Operationsverstärker (19) aufgegeben wird,
- die Ausgabe des Phasenregelkreises (13) dem Frequenz- /Spannungskonverter (17) aufgegeben wird, von dem eine Spannung E proportional zur Rotationsgeschwindigkeit ge wonnen und dem Kompensationsschaltkreis (18) zur Kompensa tion nichtidealer Eigenschaften des Lüfters aufgegeben wird, und die Ausgabe des Kompensationsschaltkreises (18) dem Differentialverstärker (19) aufgegeben wird, in dem ein passender Stromwert für den Motor (4) auf Basis der Ausgabe des strommessenden Verstärkers (12) und des Kom pensationsschaltkreises (18) durch Steuerung der schaltba ren Energiequelle (5) mittels des Pulsweitenmodulators (6) vorgenommen wird, und
- die schaltbare Energiequelle (5) den Batterien (10) Ener gie entnimmt.

19. Eine Gasmaske nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch ge kennzeichnet, daß die auf der Erkennung ihres Streufeldes basierende Messung der Rotationsgeschwindigkeit bei der Kalibrierung des Steuerungsschaltkreises nutzbar ist.

20. Eine Gasmaske nach Anspruch 16, 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät zur Erfassung der Rotati onsgeschwindigkeit Antennenplatten und einen Schaltkreis enthält, der den mit diesen Antennenplatten verbundenen Phasenregelkreis nutzt und Veränderungen der Frequenz in Pulse umwandelt.

21. Eine Gasmaske nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenplatten des Meßgeräts für die Rotationsge schwindigkeit als Platten ausgeführt sind, die der Form der Meßplatten des Oszillators nachgebildet und an der äu ßeren Umhüllung der Lüftereinheit angebracht sind.

22. Eine Gasmaske nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Erzeugung von Pulsen der Rotationsgeschwindigkeit enthält, die die Rota tion des Lüfters beschreiben.

23. Eine Gasmaske nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulse der Rotationsgeschwindigkeit mittels eines kapazitiven Umformers erzeugbar sind.

24. Eine Gasmaske nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Umformer als leitfähiger Streifen aus geführt ist, der auf dem Lüfterrad angeordnet ist und daß innerhalb des Lüftergehäuses korrespondierende Streifen angebracht sind, die mit dem Oszillatorschaltkreis verbun den sind, der wiederum mit dem Phasenregelkreis als einem Detektor für die Veränderung einer Frequenz verbunden ist.

25. Eine Gasmaske nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der als kapazitive Umformer arbeitende leitfähige Streifen auf dem Lüfterrad als ein Aufkleber ausgeführt ist.

26. Eine Gasmaske nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Lüfterrad angebrachte kapazitive Umformer aufgedruckt ist.