DE4202025C2 - Gebläseunterstütztes Atemschutzgerät mit einstellbarer Gebläseleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Atemschutzgerät mit einer Schutzmaske, an der sich ein Filteranschluß zur Befestigung von Filtereinsätzen unterschiedlicher Filtereigenschaften befindet, durch die mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen und in seiner Antriebsleistung verstellbaren Gebläses atembare Luft in den Maskeninnenraum gefördert wird.

Ein derartiges Atemschutzgerät ist unter der gängigen Bezeichnung als Gebläseatmer aus der WO 86/06643 bekannt geworden.

Ein Gebläse saugt dabei Umgebungsluft an, welche durch ein geeignetes Filter - Partikel- bzw. Staubfilter oder Gasfilter - von unerwünschten Schadstoffen gereinigt wird. Der Filter ist in einem Filtergehäuse aufgenommen, das auch gleichzeitig das Gebläse und die zum Betreiben notwendigen Anschlußleitungen und Betätigungselemente enthält. Je nach verwendetem Filter ist eine unterschiedliche Gebläseleistung erforderlich: Ein Gasfilter benötigt nur eine geringe Durchströmung, soll es nicht vorzeitig erschöpft sein, und ein Partikelfilter erfordert wegen seines erhöhten Strömungswiderstands eine größere Gebläseleistung. Damit das Gebläse nicht von Hand umgeschaltet werden muß, besitzen die Filter an ihrem Gehäuse eine Kennung, durch welche ein Schalter in eine solche Stellung gebracht wird, daß die für das jeweilige eingesetzte Filter benötigte Leistungsstufe erreicht wird.

Ein weiteres bekanntes Atemschutzgerät aus der US-A-3 496 703 besteht im wesentlichen aus einem rucksackähnlichen Gasaufbereitungsaggregat, welches über einen Gebläseschlauch an eine mit einem Schutzhelm verbundene Atemschutzmaske angeschlossen ist. In dem Aggregat wird die zu atmende Luft aufbereitet, indem zunächst Umgebungsluft über verschiedene Filter geleitet und angefeuchtet wird. Die so aufbereitete Atemluft wird über den Atemschlauch dem Geräteträger zugeführt. Die Förderung der Umgebungsluft durch die Filter, den Anfeuchter, den Atemschlauch zum Geräteträger besorgt ein elektrisches Gebläse, welches wahlweise von einer internen oder einer externen Batterie betrieben werden kann. Wenn zur Energieversorgung des Gebläses die externe Batterie benutzt wird, kann die Gebläseleistung in zwei Stufen variiert werden, nämlich in eine schnelle und in eine langsame Gebläsestufe.

Bei dem bekannten Atemschutzgerät ist es nachteilig, daß die Gebläseleistung nur dann verändert werden kann, wenn eine externe Energiequelle für den Antrieb des Gebläses eingesetzt wird, und daß die Veränderung der Gebläseleistung nur von Hand vorgenommen werden kann. In der Praxis kommt es vor, daß je nach Einsatzgebiet und Arbeitsbedingungen unterschiedliche Filter in das Atemschutzgerät eingesetzt werden müssen. Z.B. sind Partikelfilter einzusetzen, wenn in der Umgebung während der Arbeit Staub freigesetzt wird, oder es müssen Gasfilter eingesetzt werden, wenn in dem Arbeitsfeld mit gasförmigen Schadstoffen zu rechnen ist. Es kann auch vorkommen, daß sogenannte Kombinationsfilter verwendet werden müssen, wenn in der Arbeitsumgebung sowohl Staub als auch gasförmige Schadstoffe zu befürchten sind.

Die bekannten Atemschutzgeräte sind zwar in ihrer Gebläseleistung an die jeweiligen eingesetzten Filter anpaßbar, und deren Standzeiten erlauben somit möglichst lange Betriebszeiten, jedoch ist der Geräteträger nach wie vor in Unsicherheit darüber gelassen, ob der benutzte Filter funktionssicher eingesetzt wurde, oder während des Gebrauchs nahezu erschöpft ist oder noch weiterhin eingesetzt werden kann. In vielen Fällen der Gasfilterung ist ein Durchbruch des Filters nicht oder erst zu spät bemerkbar. So können beispielsweise geruchlose Schadgase überhaupt nicht von dem Geräteträger erkannt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Atemschutzgerät der genannten Art so zu verbessern, daß in Abhängigkeit von dem jeweiligen eingesetzten Filter dessen Verbrauchszustand überwacht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß in dem Filteranschluß eine Sensorkennung vorgesehen ist, die bei angebrachtem Filtereinsatz einen Nachweissensor aktiviert, der für den durch den Filter zurückzuhaltenden Schadstoff empfindlich ist.

Da die Art des eingesetzten Filters die Arbeitsweise des Atemschutzgerätes im Hinblick auf die Gebläseleistung beeinflußt, kann jetzt zur Verbesserung der Überwachung des benutzten Atemschutzgerätes und der Filterleistung eine während des andauernden Gebrauchs des Filters sich erschöpfende Filtereigenschaft möglichst frühzeitig erkannt werden.

Strömungsmäßig hinter dem Filter ist in dem Filtereinsatz eine Meßkanalöffnung vorzusehen, von der ausgehend ein Meßkanal für eine Gasprobe zu dem Nachweissensor führt. Bei übermäßigem Gebrauch eines Filters werden geringste Mengen des gasförmigen Schadstoffes durch das Filter hindurchgelassen, die zwar noch nicht für den Geräteträger schädlich sind, welche jedoch den weitaus empfindlicheren Gassensor zur Anzeige eines drohenden Filterdurchbruchs aktivieren. Als Nachweissensor kommen beispielsweise elektrochemische Gassensoren in Frage, durch die bei Anwesenheit des gasförmigen Schadstoffes ein Strom erzeugt wird, durch den eine Warn- oder Anzeigevorrichtung dem Geräteträger signalisiert, daß eine weitere Benutzung des Atemschutzgerätes nicht mehr ratsam ist, und daß er sich somit aus dem Gefahrenbereich zurückziehen sollte. In diesem Zusammenhang kann mit Hilfe der Kennung auch gleichzeitig eine entsprechende Warnschwelle eingestellt werden, die für verschiedene Gase bei den jeweils eingesetzten Nachweissensoren unterschiedlich sein kann. Die elektrochemischen Sensoren können für verschiedene Gase unterschiedlich empfindlich sein, so daß ein einziger Sensor mehrere Gase je nach eingestellter Warnschwelle nachweisen kann. Bei nicht funktionsgerecht eingebautem Filter wird es zu Leckagen kommen, durch welche Schadgas zum Sensor gelangt, der dieses anzeigt und davor warnt.

Die von der Kennung ausgelösten elektrischen Kontakte bzw. Signale sind mit Hilfe eines elektronischen Schaltkreises weiter verarbeitbar und können z. B. mit Hilfe eines Mikroprozessors vom Hersteller dahingehend programmiert werden, daß für den jeweiligen gewünschten Einsatz beim Kunden eine optimale Ausstattung des Atemschutzgerätes softwaremäßig vorgesehen ist.

Wird ein Partikelfilter zur Zurückhaltung von Schwebstoffen mit einem geringeren Durchströmungswiderstand oder ein Gasfilter mit einem höheren Durchströmungswiderstand eingesetzt, wird entweder eine geringere Gebläseleistung oder eine höhere Gebläseleistung eingestellt, durch die das Gebläse mit einer niedrigeren oder entsprechend höheren Drehzahl angetrieben wird. Werden sogenannte Kombinationsfilter eingesetzt, wird ein sich hierfür ergebender Durchströmungswiderstand in der Gebläseleistungseinstellung entsprechend berücksichtigt. Auch bei wechselnden Einsatzgebieten und somit wechselnden Filterarten kann der Geräteträger nunmehr stets davon ausgehen, daß die Gebläseleistung immer mit der erforderlichen Filtereigenschaft übereinstimmt.

Werden die Filtergehäuse als Steckfilter eingesetzt, ist die Filterkennung im Außenbereich des Filtereinsatzes anzubringen, beispielsweise auf der dem Filteranschluß zugewandten Außenfläche des Filtergehäuses. Somit wird beim Aufstecken des Steckfilters in den Filteranschluß die Filterkennung mit der Anschlußkennung in Eingriff gelangen und einen entsprechenden elektrischen Kontakt betätigen, der die Leistung des Gebläses auf denjenigen Wert einstellt, der für die notwendige Durchströmung des Partikelfilters mit Umgebungsluft erforderlich ist.

Gasfilter und Kombinationsfilter sind üblicherweise mit einem Gewindeanschluß versehen, mit dem der Filtereinsatz in den Filteranschluß des Atemschutzgerätes eingeschraubt werden muß. Damit solche Filter mit Gewindeanschluß ebenfalls mit einer Kennung versehen werden können, ohne daß die Filter selbst verändert werden müssen, ist es zweckmäßig, einen Filteradapter vorzusehen, an dessen Umfangsbereich die Filterkennung aufgenommen ist und der an dem Filteranschluß befestigbar ist. Somit kann einerseits derselbe Filteranschluß wie für die Steckfilter verwendet werden, da die Kennung vom Filtereinsatz auf den Filteradapter übertragen worden ist, andererseits brauchen die Filter mit Gewindeanschluß nicht verändert zu werden, und es kann bei entsprechender Auslegung des Filteradapters möglich sein, an ein- und demselben Filteranschluß sowohl ein Steckfilter als auch ein Filter mit Gewindeanschluß aufzunehmen.

In einer günstigen Ausführungsform für die Filterkennung kann vorgesehen sein, sie durch Stifte unterschiedlicher geometrischer Form auszubilden, die am Filtereinsatz oder am Filteradapter angebracht sind und in entsprechende Ausnehmungen des Filteranschlusses eingreifen. Im zusammengesetzten Zustand von Filtereinsatz oder Filteradapter mit dem Filteranschluß werden elektrische Kontakte zur Beeinflussung der Antriebsleistung des Gebläses und ggf. zur Aktivierung der Nachweissensoren geschlossen.

Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung der erforderlichen Kennung besteht darin, am Filterumfang bzw. am Adapterumfang nach einem vorgebbaren Muster Magnetflächen anzubringen, die jeweils an den zugeordneten Stellen des Filteranschlusses angebrachte Reedkontakte betätigen.

Um bei eingesetztem Filter bzw. Adapter sicher gehen zu können, ob der Einbau bzw. das Einsetzen des Filters gewährleistet ist, ist im Anschlußgehäuse ein Drucksensor eingebaut, der mit einer Druckkanalöffnung aus dem Gehäuse austritt und den während des Betriebs erzeugten Unterdruck mißt. Wenn ein Filter sachgerecht eingesetzt ist, wird beim Einschalten des Gebläses saugseitig vom Filter ein Unterdruck erzeugt, der von dem Drucksensor wahrgenommen und über den elektronischen Schaltkreis (Mikroprozessor) verarbeitet wird. Dabei können je nach verwendetem Filtertyp, der durch die Kennung dem Schaltkreis mitgeteilt wird, unterschiedliche (Unter-) Druckschwellen vorgegeben sein, bei deren Über- oder Unterschreitung angezeigt wird, daß entweder: überhaupt kein Filter eingesetzt wurde; daß kein dichter Sitz des Filters erreicht wurde; daß das Filter soweit beladen ist (z. B. mit Staubpartikel), daß die erforderliche Filterleistung nicht mehr erbracht werden kann.

Drucksensor und Gassensor können beide zusammen vorgesehen sein, es kann aber auch der Drucksensor alleine eingebaut sein, um wenigstens die Grundfunktionen für einen sicheren Betrieb des Atemschutzgerätes zu überwachen.

Eine weitere Verbesserung der Überwachungsmöglichkeit wird dadurch erzielt, daß das Filtergehäuse an der dem Filteranschluß zugewandten Außenfläche mit einer Gasartkodierung ausgestattet ist, die die zu filternde Gasart verschlüsselt an einen Decoder abgibt. Die Gasartkodierung kann aus streifenförmigen Reflexionsflächen bestehen, wobei der Decoder eine entsprechende Anzahl von Lichtstrahlern (z. B. LED′s) besitzt, die bei eingesetztem Filter gebündelte Strahlung auf die Reflexionsstreifen richten, die je nach ihrer geometrischen Anordnung die reflektierte Strahlung auf Strahlungsdetektoren zurückwerfen. Anzahl und Position der von den Reflexionsstrahlen getroffenen Detektoren gibt Information über die Filterart (Partikelfilter oder Gasfilter), und bei Gasfiltern zusätzlich über die eingesetzte Filterart (welches Gas zurückgehalten werden soll) an den elektronischen Schaltkreis zur Auswertung weiter. Diese Auswertung besteht darin, zum einen die Gebläseleistung festzulegen, und zum anderen den entsprechenden Gassensor zu aktivieren bzw. die dazugehörigen Warnschwellen festzulegen. Ist zudem ein Drucksensor vorhanden, wird eine Drucküberwachung durchgeführt. Wenn eine derartige Gasartkennung an dem Schraubfilter vorhanden ist, kann auf eine Filterkennung am Adapter verzichtet werden.

Andererseits kann bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung die Kennung am Adapter beibehalten bleiben, um die Information an das Atemschutzgerät abzugeben, daß nunmehr ein Schraubfilter angesetzt werden wird, wodurch erst die elektronischen Komponenten für die Gasarterkennung aktiviert werden; diese brauchen nämlich nicht unbedingt aktiviert zu werden, wenn ein steckbares Partikelfilter ohne Zwischenschaltung eines Adapters vom Filteranschluß aufgenommen werden soll.

Mit Hilfe der Gasartkodierung ist es möglich, eine derart komfortable Kennung auch dann auszunutzen, wenn der Filteranschluß selbst eine Gewindeaufnahme besitzt, in die gasartkodierte Schraubfilter eingeschraubt werden können.

Anstatt mit LED′s und Reflexionsstreifen zu arbeiten kann auf der Filterseite eine Anzahl von ringförmigen, konzentrischen Erhebungen angebracht sein, die im aufgeschraubten Zustand entsprechende Mikroschalter auf der Seite des Filteranschlusses des Gebläsegehäuses betätigen.

Die Gasartkodierung kann unabhängig davon auf dem Filtergehäuse angebracht sein, ob es sich um ein Schraub- oder ein Steckfilter handelt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachfolgenden näher erläutert und anhand der schematischen Zeichnung dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 ein Atemschutzgerät mit Gebläse, Filter und Schutzmaske,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Filteranschlusses mit einem Filtereinsatz und zugehöriger Kennung,

Fig. 3 den Filteranschluß mit einem dem Gasfilter vorgeschalteten Filteradapter,

Fig. 4 die Ansicht des Schraubfilters mit der Gasartkennung.

In Fig. 1 ist ein gebläseunterstütztes Atemschutzgerät dargestellt, bei dem an einem Gebläsegehäuse (1) ansaugseitig hintereinander ein Filteradapter (2) und ein Gasfilter (3) angeschlossen sind. Ein durch einen gestrichelten Kreis angedeuteter Gebläseantrieb (40) fördert die Umgebungsluft gemäß dem Strömungspfeil (4) in Richtung eines ausgangsseitigen Atemgasschlauches (5), durch den die gefilterte Umgebungsluft in eine Atemschutzmaske (6) gefördert wird. Die Maske (6) besitzt eine Sichtscheibe (7) und ein Ausatemventil (8), und ist mittels einer Bänderung (9) über den Kopf eines nicht dargestellten Maskenträgers spannbar. Das Gebläsegehäuse (1) besitzt einen Filteranschluß (10) mit einer Ausnehmung (11) als Anschlußkennung, in die entsprechende Stifte (12) des Filteradapters (2) als Filterkennung eingreifen. Der Adapter (2) besitzt ansaugseitig einen Gewindeeinsatz (35), in welchem ein Schraubgewinde (13) des Gasfilters (3) eingeschraubt ist. Die gestrichelt gezeichneten Verbindungslinien zwischen Gehäuse (1), Adapter (2) und Filter (3) deuten die Bewegungsführungen an, die zum Zusammenbau der einzeln dargestellten Bauteile erforderlich sind.

In Fig. 2 ist schematisch das Gebläsegehäuse (1) dargestellt und zeigt perspektivisch den Filteranschluß (10) mit einer Eintrittsöffnung (41) für das zu fördernde gefilterte Atemgas aus der Umgebung. Das Gehäuse (1) besitzt die als Anschlußkennung (11) ausgebildete Ausnehmung, in welche die entsprechende Filterkennung (12) als Rundstift eingreift. Die Filterkennung (12) ist mit einem Magnetstreifen (14) ausgestattet, welcher bei ineinandergreifender Kennung (11, 12) einen im Gehäuse (1) aufgenommenen elektrischen Kontakt, beispielsweise einen Reedkontakt (15), betätigt. Durch das Schließen des Kontaktes (15) wird in einem nicht dargestellten Mikroprozessor, der im Gebläsegehäuse (1) untergebracht ist, die für die Durchströmung des Filtereinsatzes (16) erforderliche Gebläseleistung eingestellt. Der Filtereinsatz (16) besitzt an seiner der Eintrittsöffnung (14) zugewandten Gehäusefläche (17) die Filterkennung, die einerseits aus dem mit dem Magnetstreifen (14) versehenen Rundstift (12), und andererseits aus einem Vierkantstift (22) besteht, der n eine entsprechende Ausnehmung als Sensorkennung (18) im Gebläsegehäuse (1) aufgenommen wird. Der Vierkantstift (22) ist ebenfalls mit einem Magnetstreifen (14) versehen, der in eingeführtem Zustand einen gestrichelt dargestellten elektrischen Reedkontakt (23) betätigt, wodurch ein zu dem Filtereinsatz (16) gehörender Nachweissensor (44) aktiviert wird. Die Sensorkennung (18) mit dem zugehörigen Nachweissensor (44) ist auf das in dem Filtereinsatz (16) aufgenommene Filtermaterial (19) abgestimmt. Im Filteranschluß (10) sind weiterhin eine Meßkanalöffnung (43) und eine Druckkanalöffnung (42) angebracht, die jeweils zu dem Nachweissensor (44) und einem Drucksensor (45) führen. Über den Filtereinsatz (16) wird ein Filterdeckel (20) gestülpt, der ansaugseitig mit einer Perforation (21) versehen ist. Der Deckel (20) dient dem mechanischen Schutz des Filtereinsatzes (16).

In Fig. 3 ist dasselbe Gebläsegehäuse (1) wie aus Fig. 2 dargestellt, welches den Filteradapter (2) aufnimmt, der in seinem Umfangsbereich (32) ebenfalls die Filterkennung (12, 22) an dazugehörigen Flügeln (31) trägt. Der Adapter (2) ist mit einer Durchströmöffnung (33) versehen, durch welche die Umgebungsluft, über das Gasfilter (3) gereinigt, in die Eintrittsöffnung (41) des Gebläsegehäuses (1) einströmt. Der Filteradapter (31) besitzt außerdem einen Gewindeeinsatz (35) zum Einschrauben des Gasfilters (3) mit dessen Schraubgewinde (36). Das Gasfilter (3) besitzt zur Umgebung hin eine Filteröffnung (37).

Die dem Adapter (2) und dem Gasfilter (3) zugewandte Fläche des Filteranschlusses (10) trägt drei nebeneinander angeordnete Reflexions-Lichtzellen (46), die jeweils aus einer LED als Lichtquelle und einem Photodetektor als Empfänger bestehen. Die LEDs senden Licht auf konzentrisch auf der dem Filteranschluß (10) zugewandten Stirnfläche (47) des Gasfilters (3) aufgebrachte Reflexionsstreifen (50), wie sie in Fig. 4 dargestellt sind.

Die Streifen (50) können in Anzahl und Position entsprechend der Gasart, für die das Filter (3) geeignet ist, kombiniert werden, so daß entsprechende Reflexionsstrahlen auf die Detektoren (46) treffen, und in diesen ein elektrisches Signal erzeugen. Die derart kodierte Information über das eingesetzte Gasfilter (3) wird an den im Gebläsegehäuse (1) untergebrachten elektronischen Schaltkreis weitergeleitet und dort verarbeitet, so daß einerseits die erforderliche Gebläseleistung eingestellt wird, andererseits Schwellenwerte festgelegt werden, die für den Gassensor (44) zur Abgabe eines Warnsignals maßgeblich sind, wenn er eine über dem Schwellenwert liegende Gaskonzentration mißt, die einen nahenden Filterdurchbruch ankündigt.

Die Ansicht auf das Schraubfilter (3) nach Fig. 4 zeigt seine dem Filteranschluß (10) zugewandte Stirnfläche (47), die von der Filteröffnung (37) durchbrochen und von dem Schraubgewinde (36) umgeben ist. Die Stirnfläche (47) trägt zwei Reflexionsstreifen (50), die in ihrem Abstand zueinander demjenigen der beiden äußeren LED/Detektorkombinationen (46) voneinander entsprechen; diese senden ihr Licht auf die Streifen (50) und empfangen ein entsprechend reflektiertes Signal. Die mittlere der LED/Detektorkombination (46) empfängt kein reflektiertes Signal.

Claims (6)

1. Atemschutzgerät mit einer Schutzmaske, an der sich ein Filteranschluß zur Befestigung von Filtereinsätzen unterschiedlicher Filtereigenschaften befindet, durch die mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen und in seiner Antriebsleistung verstellbaren Gebläses atembare Luft in den Maskeninnenraum gefördert wird, wobei der Filteranschluß eine der Filtereigenschaft des Filtereinsatzes entsprechende Anschlußkennung besitzt, die bei angesetztem Filtereinsatz mit einer dem Filtertyp zugeordneten Filterkennung in Eingriff gebracht ist, durch die mindestens ein elektrischer Kontakt betätigt ist, der den Gebläseantrieb in seiner Förderleistung auf die dem angesetzten Filtereinsatz zugeordnete Filtereigenschaft einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Filteranschluß (10) eine Sensorkennung (18) vorgesehen ist, die bei angebrachtem Filtereinsatz (2, 3, 16) einen Nachweissensor (44) aktiviert, der für den durch das Filter (3, 16) zurückzuhaltenden Schadstoff empfindlich ist.

2. Atemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Filteranschluß (10) ein Druckkanal (42) mündet, welcher von einem Drucksensor (45) ausgeht.

3. Atemschutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkennung (12) am Umfangsbereich (32) eines als Filteradapter (2) ausgebildeten Filtereinsatzes angebracht ist, der an den Filteranschluß (10) befestigbar ist, und in welchen ein Schraubfilter (3) einschraubbar ist.

4. Atemschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkennung durch Stifte (12, 22) unterschiedlicher geometrischer Form ausgebildet ist, die am Filtereinsatz (16) oder am Filteradapter (2) angebracht sind und in entsprechende Ausnehmungen (11, 18) des Filteranschlusses (10) eingreifen, und daß im zusammengesetzten Zustand von Filtereinsatz (16) oder Filteradapter (2) mit dem Filteranschluß (10) elektrische Kontakte (15, 23) zur Beeinflussung der Antriebsleistung des Gebläses (40) oder zur Aktivierung des Nachweissensors (44) geschlossen sind.

5. Atemschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Filteranschluß (10) zugewandte Stirnfläche (47) des Filtereinsatzes (3, 16) eine Gasartkodierung (50) trägt, die mit einem am Filteranschluß (10) vorgesehenen Decoder (46) in Wirkverbindung gebracht ist.

6. Atemschutzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasartkodierung aus einer vorgebbaren Anzahl von konzentrischen Reflexionsstreifen (50) besteht, und der Decoder aus einer Vielzahl von einer Lichtstrahler/ -detektorkombination (46) gebildet ist.