DE4307754A1 - System und Verfahren zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft, mit einem Maskenkörper und einer Vorrichtung zur Halterung des Maskenkörpers vor dem Mund und/oder Nasenbereich eines Benutzers, sowie ein Verfahren zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft.

Zum Schutz der Umgebung vor kontaminierter Atemluft oder einer Person vor verschmutzter Außenluft werden verschiedene Arten von Atemschutzmasken eingesetzt.

Eine einfache und kostengünstige Art herkömmlicher Schutzmasken, die beispielsweise zum Abhalten von Bakterien und Keimen in einem Operationssaal, in ähnlicher Weise jedoch auch als Staubschutzmaske verwendet werden, weist ein ein- oder mehrschichtiges Vlies auf, das mit Bändern vor dem Nasen- und Mundbereich eines Benutzers gehalten wird.

Eine solche Maske ist meistens für einen einmaligen Gebrauch bestimmt. Ihr Filtereffekt ist begrenzt, weil das Vlies durch die Feuchtigkeit des Atems verstopft und so kontaminierte Luft über den Rand des Vlieses seitlich eindringen bzw. austreten kann. Untersuchungen haben ergeben, daß die Filterwirkung einer solchen Atemmaske nach etwa 20 Minuten durch die Kontamination der Maske selbst sowie durch die aufgenommene Feuchtigkeit erschöpft ist. Weitere Nachteile einer derartigen Atemschutzmaske liegen in ihrem mangelnden Tragekomfort, dem relativ hohen Atemwiderstand, einer gewissen Sichtbehinderung, dem möglichen Beschlagen von Brillengläsern, einem unangenehm feucht-warmen Hautkontakt und dergleichen. In manchen Fällen kann es auch zu allergischen Hautreaktionen gegen das Vliesmaterial kommen. Schließlich steht die relativ aufwendige Herstellung solcher Wegwerfmasken, insbesondere für den OP-Einsatz, die darüberhinaus nur schwer recyclebar sind, in keinem Verhältnis zu ihrer geringen Lebensdauer.

Eine weitere Art von Atemmasken zum Schutz vor kontami­ nierter Außenluft, beispielsweise als Gasmasken, weisen einen vor Mund und Nase eines Trägers dicht abschließend anliegenden Maskenkörper aus Gummi oder Kunststoff sowie ein zumeist direkt an den Maskenkörper anschließendes Filtersystem auf, das gefilterte Außenluft in den Maskeninnenraum einläßt. Solche Atemmasken sind in der Regel relativ schwer und verursachen durch den absoluten Luftabschluß und den starken Atemwiderstand des Filtersystems häufig Beklemmungszustände beim Träger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft zu schaffen, welches als Atemschutzmaske verwendbar ist, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet und insbesondere eine optimale Dekontamination der Atemluft bei einem hohen Tragekomfort ohne Behinderung der Atemtätigkeit oder der Sicht ermöglicht. Das System soll vorzugsweise ein geringes Gewicht aufweisen und individuell an einen Benutzer anpaßbar sein. Darüberhinaus soll ein System vorgesehen werden, das leicht zu reinigen, wiederverwendbar und wiederverwertbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ferner sind erfindungsgemäß ein Verfahren zum kontrollierten Zuführen und kontrollierten Abführen von Atemluft mit den Merkmalen von Patentanspruch 33 bzw. 34 vorgesehen.

Das erfindungsgemäße System kann beispielsweise mit Keimen und Bakterien beladene Atemluft abführen und filtern, wenn in einem Operationssaal, einem Reinraum oder dergleichen eine vollständig sterile Atmosphäre erforderlich ist. Umgekehrt kann das System jedoch auch als "Smog"-Maske, als Atemschutzmaske für Allergiker oder Asthmatiker etc. verwendet werden, indem kontrolliert gereinigte Luft zugeführt wird, wobei dieser zugeführten Luft bei Bedarf noch entsprechende für eine Inhalation geeignet Substanzen zugesetzt werden können, wie spezielle Medikamente.

Das erfindungsgemäße System bietet einen hohen Tragekomfort, wobei der Maskenkörper mit nur teilweise oder ganz ohne Hautkontakt vor dem Nasen- und/oder Mundbereich des Benutzers liegt. Durch die Gestaltung des Maskenkörpers, die Atemtätigkeit und das stetige Zuführen oder Ansaugen von Luft bildet sich eine Druck- bzw. Sogbarriere im Randbereich des Maskenkörper, die das unkontrollierte Eintreten bzw. Austreten kontaminierter Luft verhindert, dabei jedoch die natürliche Atemtätigkeit des Trägers nicht oder fast nicht beeinträchtigt.

Untersuchungen der Anmelder zur Atemtätigkeit eines Erwachsenen, die bei der Entwicklung des neuen System berücksichtigt wurden, sind im folgenden erläutert.

Die Atemfrequenz eines durchschnittlichen Erwachsenen liegt unter normalen Bedingungen im Mittel bei 14 Atemzügen pro Minute, wobei ein Luftvolumen von 7 l/min geatmet wird. Folgende Vergleichswerte wurden ermittelt:

Atemvolumen beim Spazierengehen
14 l/min
Atemvolumen beim Radfahren	40 l/min
Atemvolumen beim Rudersport	150 l/min

Das Atemvolumen beispielsweise eines operierenden Chirurgen, konzentriert und stehend, ist bei 12 l/min anzusetzten, kurzzeitige Spitzenwerte von bis zu 80 l/min (Husten) wurden ermittelt. Auf die Dauer einer Stunde bezogen erzeugt ein OP-Mitarbeiter zwischen 0,5-2,5 m³/h bakteriell kontaminierter Atemluft, die gefiltert werden muß.

Um herkömmliche Masken zu untersuchen und um den Verlauf von Atemströmen sichtbar zu machen, wurde das Verfahren der Schliereninterferometrie eingesetzt. Bei dieser Meßmethode können Dichteunterschiede in einem Fluid (z. B. Luft oder Wasser) sichtbar gemacht werden, indem das Verhalten eines Lichtstrahles entlang eines Versuchsmediums untersucht wird. Ausgehend von der Tatsache, daß die ausgeatmete Luft eine andere Dichte als die Umgebungsluft aufweist, läßt sich bei diesem Dichtemeßverfahren der Strömungsverlauf der Experationsluft optisch erfassen. Dabei kann angenommen werden, daß die Inspirationsluft einen entsprechenden Strömungsverlauf aufweist.

Fig. 1 zeigt die Profilaufnahme einer Testperson. Die Richtung der turbulenten Atemströme belegt die Notwendigkeit eines Mundschutzes beispielsweise während einer Operation. Fig. 1 zeigt aber auch, daß der Atemstrom einen ganz bestimmten Strömungsverlauf einnimmt, und daß eine Vorrichtung zum kontrollierten Zuführen von Außenluft oder Abführen von Atemluft den Luftstrom auf geeignete Weise kanalisieren muß. Dies wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Maskenkörpers und die geregelte Zuführung von Außenluft oder Abführung von Atemluft erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand verschiedener Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Profildarstellung einer Testperson zur Verdeutlichung des Atemstromverlaufes,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Person, die das erfindungsgemäße System zum Zuführen oder Abführen von Atemluft trägt,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Systems von Fig. 2 mit einer Luftmengen- Steuervorrichtung,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der Luftmengen- Steuervorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Maskenkörpers,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Maskenkörpers,

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Maskenkörpers,

Fig. 8 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Maskenkörpers,

Fig. 9 eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Maskenkörpers,

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Strömungskörpers, der im Maskenkörper von Fig. 9 vorgesehen ist, und

Fig. 11a, 11b schematische Darstellungen einer Luftleitung mit Rückschlagklappenventilen.

Fig. 1 zeigt den Strömungsverlauf der Expirationsluft einer Testperson. Für die vorgesehenen Anwendungsgebiete zum Zuführen oder Abführen von Atemluft, nämlich als Operationsmaske, als Smogmaske, als Atemschutzmaske für Allergiker oder Asthmatiker, als Schutzmaske zur Reinhaltung von Reinsträumen, für eine dosierte Medikamentierung von zu inhalierenden Substanzen, als Arbeitsschutzmaske oder auch ein portables System zum Ermitteln des Atemvolumens eines Trägers ist es ausreichend, die Expirationsluft in einem dem dargestellten Strömungsverlauf der Atemluft entsprechenden Bereich sowie in einer gewissen, diesen Bereich umgebenden Unsicherheitszone zu erfassen bzw. Inspirationsluft diesem Bereich zuzuführen.

In den weiteren Figuren die verschiedene Ausführungsformen zeigen, sind entsprechende Komponenten des erfindungsgemäßen Systems mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 2 zeigt einen Maskenkörper 10, der vor dem Mund- und Nasenbereich eines Benutzers angeordnet ist. In etwa in der Mitte des Maskenkörpers 10 mündet in einem Mündungsbereich 10a ein starres Luftrohr 13, das aus dem Maskenkörper heraus und seitlich am Kopf eines Benutzers entlang geführt und mit einer Haltevorrichtung verbunden ist. Die Haltevorrichtung umfaßt einen längenverstellbaren oberen Kopfbügel 11 und einen hinteren Kopfbügel 12, die jeweils um den Kopf eines Benutzers herum gelegt sind und an beiden Seiten des Kopfes, in etwa der Höhe der Schläfen durch zwei Stell- und Halteknöpfe 15 verbunden und zueinander verschwenkbar gelagert sind. Das Luftrohr 13 ist durch den drehbaren Stell- und Halteknopf 15 hindurch geführt und weist an seinem Außenumfang Rippen 13a auf, durch die eine eingestellte Position des Luftrohres im Stell- und Haltknopf 15 arretierbar ist. Die Länge des oberen, quer über den Kopf eines Benutzers verlaufenden Kopfbügels 11 ist ebenfalls einstellbar und arretierbar, so daß bei einer geeigneten Einstellung der Haltebügel und des Luftrohres eine stabile Halterung mit mehr Punktkontakt am Kopf des Benutzers für den Maskenkörper 10 gebildet ist, so daß der Maskenkörper 10 mit einem festen Abstand ohne Hautkontakt vor dem Mund- und Nasenbereich des Benutzers liegt. An der Innenseite der Stell- und Halteknöpfe 15 können zusätzlich Kopfpolster vorgesehen sein. Das vom Mündungsbereich 10a des Maskenkörpers entfernte Ende des Luftrohres 13 ist über eine Steckverbindung 17 mit einem Luftschlauch 14 zum Zuführen oder Abführen von Atemluft verbunden.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Systems von Fig. 2, wobei der Luftschlauch 14 an eine Luftstrom- Steuervorrichtung 16 angeschlossen ist. Das in Fig. 3 gezeigte System wird zum kontrollierten Absaugen vom Expirationsluft verwendet und ist beispielsweise in einem Operationssaal oder einem Reinraum einsetzbar. Die Luftführung ist durch Pfeile gekennzeichnet, wobei die weißen Pfeile A der über den Maskenrand in den Innenraum des Maskenkörpers 10 strömenden Frischluft entsprechen, und schwarze Pfeile B der kontaminierten und abzuführenden Expirationsluft entsprechen. Der Maskenkörper 10 ist so ausgeformt, daß er den aus Mund und Nase austretenden Luftstrom B weitgehend vollständig auffängt. Die Luftmengen-Steuervorrichtung 16, welche weiter unten noch näher beschrieben ist, saugt den Expirationsluftstrom kontinuierlich ab, wobei sich durch die Sogwirkung in der Luftleitung 13, 14 und im Maskeninneren, insbesondere im Mündungsbereich 10a, ein kontinuierlicher Frischluftstrom von der Umgebung über den Maskenrand in den Maskeninnenraum ergibt, welcher den Träger mit Frischluft versorgt und gleichzeitig eine Sogbarriere bildet, die das Austreten beispielsweise bakteriell kontaminierter Expirationsluft über den Maskenrand nach außen verhindert. Dadurch wird ein vollflächiges Anlegen des Maskenkörpers an der Haut überflüssig, und dennoch ist die Umgebung wirksam vor kontaminierter Atemluft geschützt.

Bei vorwiegend absaugenden Systemen kann am unteren Rand des Maskenkörpers 10 eine Auffangrinne für möglicherweise mit der Expirationsluft austretenden Speichel oder Kondenswasser vorgesehen sein, um diesen gegebenenfalls an ein Auffangbehältnis weiterzuleiten (nicht gezeigt). Dort kann die Flüssigkeit gesammelt und abgeschieden werden. Im übrigen fördert der konstante Absaug- oder Zuluftstrom die Trocknung des Maskenbereiches.

Die abgeführte Expirationsluft B geht durch die Luftmengen-Steuervorrichtung 15 hindurch, in der ein Filter zur Reinigung oder Dekontamination der Luft vorgesehen ist, und wird als gereinigte Luft C an die Umgebung abgegeben. Das beschriebene System kann auch in umgekehrter Richtung zum kontrollierten Zuführen von Atemluft verwendet werden.

Fig. 4 zeigt die Luftmengen-Steuervorrichtung 16 mit einer steuerbaren Luftpumpe 17 und einem Luftfilter 18 in Explosionsdarstellung. Die Luftmengen-Steuereinrichtung 16 umfaßt ein Gehäuse 19 mit zwei Kammern für die Luftpumpe 17 und den Luftfilter 18 und einen Gehäusedeckel 20. An der Unterseite des Gehäuses 19 ist ein Halteclip 21 vorgesehen, um die Luftmengen-Steuereinrichtung 16 beispielsweise an einem Kleidungsstück, einem Gürtel etc. zu befestigen. Die Luftmengen-Steuervorrichtung weist ferner einen Anschluß für eine Energieversorgung 22 auf, wobei anstelle von oder zusätzlich zu den gezeigten Batterien 22 auch ein Netzanschluß vorgesehen sein kann. Ferner sind eine LCD-Anzeige 23 für verschiedenen Betriebszustände, ein Einschaltknopf 24 und eine Kontroll- LED 25 vorgesehen.

In Fig. 4 nicht gezeigt ist eine Steuerelektronik, die ebenfalls in der Luftmengen-Steuereinrichtung 16 untergebracht sein kann.

Die Luftpumpe 17 ist ein regelbarer Ventilator mit einer Leistung bis zu 9 m³/h. Als Luftfilter ist eine austauschbare Filterpatrone aus einem Glasfasergewebe vorgesehen, dessen Abscheidegrad 99,9% beträgt, wobei es 100% Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann. Dieses Filtermaterial ist besonders vorteilhaft, weil es sterilisierbar und wiederverwendbar ist. Alternativ kann jedoch auch ein Luftfilter 18 aus einem Vlieswerkstoff vorgesehen sein. Am Gehäusedeckel 20 befindet sich ein Anschluß 20a für die Luftleitung 14 sowie Durchbrechungen 20b für eintretende oder austretende Luft. Das Gehäuse 19 und der Gehäusedeckel 20 bestehen vorzugsweise aus Valox oder glasfaserverstärktem Valox (Polybuthylen Terephthalat), die gedruckte Schaltplatte der Steuerelektronik aus Ultem.

Der Verlauf eines Luftstromes eines absaugendes System durch die Luftmengen-Steuervorrichtung ist in Fig. 4 mit Pfeilen angedeutet.

Fig. 5 und 6 zeigen zwei alternative Ausgestaltungen des Maskenkörpers 10 für ein System zum kontrollierten Abführen von Atemluft.

Der Maskenkörper 10 von Fig. 5 weist seitliche Luftführungskanäle 26 auf, bei denen der Maskenkörperrand einen größeren Abstand zur Gesichtsoberfläche eines Benutzers aufweist, so daß Luft vorzugsweise durch diese Luftführungskanäle 26 strömt. Am oberen Rand des Maskenkörpers 10 ist ein Steg 27 vorgesehen, mit dem der Maskenkörper auf dem Nasenrücken eines Benutzers aufliegt, wobei dieser Steg einerseits die korrekte Positionierung des Maskenkörpers 10 vor dem Mund- und Nasenbereich erleichtert, andererseits zum Schutze der Augenpartie gegen möglicherweise nach oben aus dem Maskeninneren ausströmende Zugluft dient. Der Maskenkörper von Fig. 5 weist also an seinem Umfang Bereiche mit unmittelbaren Hautkontakt, Bereiche mit einem geringen, definierten Abstand zur Hautoberfläche und Bereiche mit einem größeren Abstand zur Hautoberfläche auf. Dadurch, durch die nach strömungstechnischen und ergonomischen Gesichtspunkten ausgebildete Form des Maskenkörpers sowie durch die Absaugwirkung der mit der Luftleitung 13 verbundenen Luftmengen-Steuereinrichtung, die einen ständigen Frischluftsog A über den Maskenrand in den Maskeninnenraum bewirkt, und so einerseits die Frischluftzufuhr unterstützt, andererseits eine Frischluft-Sogbarriere aufbaut, ist sicherstellt, daß keine Expirationsluft über den Maskenrand aus dem Maskeninnenraum austritt.

Fig. 6 zeigt einen stark reduzierten Maskenkörper 10, der ergonomisch der Gesichtsform eines bestimmten Benutzers angepaßt ist. Der Maskenkörper bedeckt Mund und Nase des Trägers, wobei der Abstand des Maskenrandes zur Oberfläche der Haut relativ gering ist; durch definierte Anlagestellen 10b, 10c im Bereich der Nase und des Kinns wird sichergestellt, das der definierte Abstand zwischen Hautoberfläche und Maskenrand eingehalten wird. Der Mündungsbereich 10a des Luftrohres 13 befindet sich relativ nahe vor Mund und Nase des Trägers, so daß die Expirationsluft sicher abgesaugt wird. Dabei entsteht die bereits erläuterte Sogbarriere am Rand des Maskenkörpers 10, die einerseits Frischluft von außen nachzieht, andererseits verhindert, daß kontaminierte Expirationsluft unkontrolliert nach außen abgegeben wird.

Fig. 7 bis 9 zeigen weitere Ausführungsformen des Maskenkörpers 10 des erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Atemluft.

Diese Systeme mit relativ offenen Maskenkörpern können beispielsweise als Smogmasken, Atemschutzmasken für Allergiker oder Asthmatiker oder dergleichen eingesetzt werden. Sie bieten einen maximalen Tragekomfort und gleichzeitig einen relativ guten Schutz gegen kontaminierte Außenluft, der für einen Einsatz im nicht toxischen Bereich vollkommen ausreichend ist.

Der Maskenkörper 10 von Fig. 7 weist an seinem oberen Rand einen Steg 27 auf, mit dem er auf dem Nasenrücken eines Benutzers aufsitzt. Der Maskenkörper 10 selbst entspricht in etwa einer vergrößerten Nachbildung der Nase und ist nach unten hin offen, wobei das Luftrohr 13 in dem der Nasenspitze entsprechenden Teil des Maskenkörpers mündet. Der untere Rand des Maskenkörpers 10 ist leicht nach innen gebogen, so daß die durch das Luftrohr 13 einströmende Frischluft zu Mund und Nasenlöchern geführt ist. Dabei wird ein Luftstromkegel erzeugt, der im wesentlichen den gesamten Nasen- und Mundbereich abdeckt, aus dem Atemluft aufgenommen wird, und kontaminierte Außenluft abhält. Da der Maskenkörper 10 körperlich nur die Nase überdeckt, kann der Benutzer eines solchen Systems bequem, ohne einen größeren Atemwiderstand durch den Mund ausatmen.

In Fig. 8 ist ein ähnliches System wie das von Fig. 7 gezeigt, bei dem der Maskenkörper 10 über einen Steg 17 auf dem Nasenrücken eines Trägers des Systems abgestützt ist. Der Maskenkörper 10 entspricht hier einem seitlich offenen, sich von der Nase bis etwa zum Kinn erstreckenden Schild, das die im Mündungsbereich 10a etwas unterhalb des Mundes eines Benutzers austretende Luft schräg nach oben zu Mund und Nase lenkt. Auch bei diesem Maskenkörper 10 wird durch die spezielle Luftführung ein im wesentlichen geschlossener Luftpolsterkegel aus zugeführter Luft über dem Mund- und Nasenbereich gebildet, so daß keine oder nur vernachlässigbar kleine Mengen kontaminierter Außenluft in die Atemwege geraten kann. Andererseits ist auch hier die natürliche Atmung nicht durch den relativ großen Atemwiderstand einer geschlossenen oder beinahe geschlossen Maske behindert. Insbesondere bei einer plötzlichen Änderung der Atemtätigkeit, wie Husten oder Niesen, kann die ausgestoßene Luft bei den Systemen von Fig. 7 oder 8 problemlos nach unten ausweichen, ohne die Funktion des Gesamtsystems zu beeinträchtigen. Ein konstant zugeführter Luftstrom durch die Luftleitung 14, 13 sorgt für ein stets vorhandenes Luftpolster, das sofort nach dem Ausatmen wieder aufgebaut wird und das unkontrollierte Eindringen von Außenluft in die Atemwege verhindert.

Fig. 9 zeigt eine nochmals reduzierte Variante des erfindungsgemäßen Systems. Der Maskenkörper 10 besteht im wesentlichen nur noch aus einer erweiterten, zu Mund und Nase eines Benutzers ausgerichteten Ausströmöffnung 10a des Luftrohres 13. Dabei kann, wie in Fig. 10 gezeigt, im Mündungsbereich 10a ein zentraler Strömungskörper 28 vorgesehen sein, der den zugeführten Luftstrom aufteilt, so daß eine Art Luftmantel oder Reinluftvorhang um Mund- und Nasenbereich gebildet wird, der Außenluft wirksam abhält.

Fig. 11a und 11b zeigen eine besonders günstige Ausführungsform des Luftrohres 13 in der Nähe des Mündungsbereiches 10a des Maskenkörpers 10 für ein System zum Abführen von Atemluft. In der Wand des Luftrohres 13 sind eine oder mehrere Rückschlagklappen 29 eingesetzt, die an der Mündung des Luftrohres 13 angelenkt sind und sich in stromabwärtiger Richtung nach innen öffnen. Bei Normalbetrieb sind die Rückschlagklappen 29 geöffnet (Fig. 11b), so daß Luft sowohl vom Maskenkörper 10 durch den Mündungsbereich 10a als auch durch von den Rückschlagklappen 29 freigegebene Öffnungen 30 in dem Luftrohr 13 in das Luftrohr 13 strömen und von der Luftmengen-Steuervorrichtung 16 abgesaugt werden kann. Bei Zunahme des durch den Mündungsbereich 10a hindurchgehenden Luftstromes verschließen die Rückschlagklappen 29 abhängig von dem auf sie einwirkenden Druck teilweise oder ganz die Öffnungen 30, wie in Fig. 11a gezeigt, und der abgeförderte Luftstrom entspricht im wesentlichen vollständig der Expirationsluft. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des die Luft abführenden Luftrohres 13 kann die Luftmengen-Steuervorrichtung 16 im wesentlichen mit konstanter Leistung arbeiten und dennoch stets die gesamte Menge der ausgestoßenen Expirationsluft abfördern, und zwar auch bei einem plötzlichen Anstieg des ausgeatmeten Luftvolumens beispielsweise durch Husten oder Niesen.

Andere Möglichkeiten, ein plötzlich ansteigendes Luftvolumen aufzunehmen und abzufördern sind ebenfalls denkbar. Durch eine geeignete Ausbildung der Luftleitung und/oder des Maskenkörpers, z. B. durch be- oder entstehende Aussackungen und/oder Faltungen im Masken- oder Maskenaustrittsbereich, kann eine plötzliche Erhöhung des ausgeatmeten Luftvolumens abgefangen werden. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 11, kann die maximal benötigte Absaug- oder Zuführleistung der Luftmengen- Steuervorrichtung ständig bereitgehalten werden, wobei im Normalbetrieb nur ein Teil des zur Verfügung stehenden Absaug- oder Zuführvolumens tatsächlich genutzt wird, das übrige Luftvolumen wird ähnlich wie bei Fig. 11 "leer" angesaugt oder abgeführt. Bei einer Verstärkung der Atemtätigkeit und einem dadurch bedingten Anstieg des ausgestoßenen oder einzuatmenden Luftvolumens kann stufenlos ein Stellgerät, ein Membran- oder ein Klappenventilsystem durch eine elektronische Steuerung und/oder den veränderten Luftdruck selbst aktiviert werden, so daß das vorher "leerlaufende" Luftvolumen dem Maskenkörper zugeführt oder von diesem abgesaugt wird.

Im Mündungsbereich 10a des Maskenkörpers 10 oder in der Luftleitung können Sensoren zur Ermittlung des Atemvolumens auf Grund von Druckdifferenzen, Temperaturdifferenzen oder Dichtedifferenzen und dergleichen vorgesehen sein. Auch eine mechanische Ermittlung des Atemvolumens mit einem Spirometer oder eine akustische Erfassung von Änderungen der Atemtätigkeit können bei dem erfindungsgemäßen System eingesetzt werden. Die entsprechenden Sensorsignale werden an eine Steuerelektronik weitergegeben, welche sowohl die Betätigung entsprechender Ventil-, Membran- oder Klappensysteme steuern kann als auch die Leistung der Luftmengen-Steuervorrichtung 16 abhängig vom zu fördernden Luftvolumen verändern kann.

Die folgenden, in den Zeichnungen nicht sämtlich dargestellten Funktionen und Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination bei dem erfindungsgemäßen System realisiert sein.

Anstelle des Luftrohres 13 kann auch ein flexibler Schlauch aus dem Mündungsbereich des Maskenkörpers herausgeführt sein, wobei dann eine entsprechend andere Haltevorrichtung für den Maskenkörper vorgesehen sein muß. Die mit der Luftleitung verbundene Luftmengen- Steuervorrichtung kann vorzugsweise am Körper des Benutzers, beispielsweise am Rücken oder an einem Gürtel befestigt sein, sie kann jedoch auch vom Benutzer entfernt, in einer stationären Anlage, in einem anderen Raum etc. angeordnet sein.

Für relativ unkritische Anwendungen kann bei einer geeigneten Ausformung des Maskenkörpers die Luftmengen- Steuervorrichtung auch vollständig fehlen, wobei die Luftleitung dann in eine Frischluftumgebung geführt sein müßte, und wobei durch die Ausformung des Maskenkörpers gewährleistet sein muß, daß sich allein durch die Atemtätigkeit des Trägers des erfindungsgemäßen Systems eine Sog- oder Druckbarriere am Maskenrand bildet, die unkontrolliertes Eintreten bzw. Austreten von Atemluft verhindert.

Die Luftmengen-Steuervorrichtung regelt das Ansaugen bzw. Zuführen vorzugsweise in Abhängigkeit vom tatsächlichen Atemstrom, wobei Störereignisse, wie Husten, Niesen oder Räuspern, entweder durch eine Veränderung der Pumpenleistung oder durch die obenbeschriebenen Ventilsysteme und Luftreservebereiche im Maskenkörper und der Luftleitung ausgleichbar sind. Ferner sieht die Steuervorrichtung Kontrollelemente für die Energieversorgung und die Filtereinheit vor. Sicherheitsmaßnahmen, wie ein Verdoppeln der kritischen Komponenten der Steuervorrichtung und Warneinrichtungen, welche Ausfall oder Störungen einzelner oder mehrerer Komponenten anzeigen, können ebenfalls in der Steuervorrichtung integriert sein. Ferner können für bestimmte Anwendungsfälle eine Heizvorrichtung, eine Trocknungsvorrichtung oder eine Befeuchtungsvorrichtung vorgesehen sein, die die zuzuführende Atemluft nach Bedarf entsprechend konditioniert. Der zuzuführenden Atemluft können bei einer entsprechenden Ausführungsform des Systems auch zusätzlich Medikamente oder andere Substanzen zugesetzt werden, die für eine Inhalation geeignet sind.

Der Ventilator der Luftpumpe 17 der Luftmengen- Steuervorrichtung 16 kann entweder ständig in Betrieb sein, so daß ein andauernder leichter Unterdruck oder Überdruck im Maskenkörper 10 herrscht und eine ständige Druck- bzw. Sogbarriere am Rand des Maskenkörpers aufrechterhalten wird, oder er kann abhängig von der Atemtätigkeit des Benutzers betrieben werden. Auch eine manuelle Aktivierung oder Steuerung der Luftmengen- Steuervorrichtung und der Luftreservebereiche über einen entsprechenden Schalter liegt im Bereich der Erfindung.

Der Maskenkörper kann entweder eine standardisierte Form haben, welche an die Gesichtskontur eines durchschnittlichen Erwachsenen angepaßt ist, oder er kann für jeweils einen ganz bestimmten Benutzer ausgebildet sein, wobei dann das Abformen, Scannen oder Abtasten der Kopfform des speziellen Benutzers eine Grundlage für die Ausformung des Maskenkörpers bildet.

Der Maskenkörper und das Luftrohr bestehen vorzugsweise aus sterilisierbarem Kunststoff, wie PEI (Polyetherimid), für den Luftschlauch und entsprechende Dichtungen kann Silikon oder PVC verwendet werden. Alle Teile des erfindungsgemäßen Systems sind vollständig voneinander trennbar, wiederverwendbar und/oder wiederverwertbar.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (33)

1. System zum kontrollierten Zuführen oder Abführen von Atemluft, mit einem Maskenkörper (10) und einer Haltevor­ richtung (11, 12) zur Halterung des Maskenkörpers vor dem Mund- und/oder Nasenbereich eines Benutzers, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rand des Maskenkörpers (10) zumin­ dest in Teilbereichen einen Abstand zum Mund- und/oder Nasenbereich des Benutzers aufweist und daß eine Luftlei­ tung (13, 14) zum geregelten Zuführen von Außenluft oder Absaugen von Atemluft im Maskenkörper (10) mündet.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine über die Luftleitung (13, 14) mit dem Maskenkörper (10) verbun­ denen Luftmengen-Steuervorrichtung (16) zur Steuerung der Durchflußmenge des Luftstromes durch die Luftleitung und zur Bildung und Aufrechterhaltung einer Frischluft-Druck- bzw. Sogbarriere am Rand des Maskenkör­ pers.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Filtervorrichtung in der Luftleitung zur Reinigung der zuzuführenden Außenluft oder der abgeführten Atemluft.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung in die Luftmengen-Steuervorrichtung (16) integriert ist.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung einstellbare, am Kopf des Benutzers in Mehrpunkt-Kontakt anlegbare Bügel (11, 12) aufweist und den Maskenkörper (10) so vor dem Mund- und Nasenbereich des Benutzers hält, daß zumindest ein Teil des Maskenkörpers einen geringen, definierten Abstand zur Gesichtsoberfläche des Benutzers aufweist.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftmengen-Steuervorrichtung (16) eine steuerbare Luftpumpe (18) zur Förderung eines Luft­ stromes veränderlicher Größe aufweist.

7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung eine auswechsel­ bare Filterpatrone aus einem Glasfasergewebe aufweist.

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (11, 12) ein an Haltebügeln (11, 12) verschiebbar und schwenkbar gelager­ tes Luftrohr (13) aufweist, das einerseits im Maskenkörper (10) mündet und den Maskenkörper einstellbar in seiner Position hält, und das andererseits über einen Luft­ schlauch (14) mit der Luftmengen-Steuervorrichtung (16) verbunden ist.

9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Maskenkörper (10) ein oder mehrere Luftreservebereiche vorgesehen sind, um abhängig von Luft­ druckveränderungen im Maskenkörper den zuzuführenden oder abzuführenden Luftvolumenstrom schnell anzupassen.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftreservebereiche als druckabhängige Soll-Verformun­ gen des Maskenkörpers (10) ausgebildet sind.

11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maskenkörper (10) Luftleitvorrich­ tungen aufweist, die saubere ausgestoßene Atemluft oder einzuatmende Frischluft im wesentlichen gleichmäßig über den Randbereich des Maskenkörpers (10) nach außen bzw. nach innen leiten, so daß sich eine Druck- bzw. eine Sog­ barriere bildet, die das Eintreten kontaminierter Außen­ luft in den Maskenkörper bzw. das Austreten kontaminierter Atemluft aus dem Maskenkörper weitgehend verhindert.

12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Auffangrinne im unteren Bereich des Maskenkörpers (10) zum Auffangen von austretendem Speichel und Kondenswasser.

13. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maskenkörper (10) am oberen Rand einen als Luftbarriere wirkenden, an das Gesicht eines Benutzers anlegbaren Steg aufweist, der einen Luftstrom vom Augenbereich abhält.

14. System zum kontrollierten Zuführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mündungsbereich (10a) der Luftleitung (13) im Mas­ kenkörper (10) ein zentraler Strömungskörper (28) angeord­ net ist, der einen Luftstrommantel erzeugt, welcher ver­ hindert, daß unreine Außenluft in den Maskenkörper ein­ tritt.

15. System zum kontrollierten Zuführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mischvorrichtung, die dem zuzuführenden Luftstrom ausgewählte Substanzen zusetzt.

16. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung im Mün­ dungsbereich der Luftleitung (13) im Maskenkörper (10) zum Erfassen des momentanen Atemvolumens.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung eine Veränderung des Atemvolumens aufgrund einer Druckänderung, einer Temperaturänderung, einer Änderung der Luftströmungsgeschwindigkeit oder der­ gleichen erfaßt.

18. System nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftmengen-Steuervorrichtung (16) eine Steuerelektronik aufweist und abhängig von einem erfaßten tatsächlichen Atemvolumen regelbar ist.

19. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Tragevorrichtung für die Luftmengen- Steuervorrichtung (16), die am Rücken eines Benutzers be­ festigbar ist.

20. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung und die Luftmen­ gen-Steuervorrichtung in einem Helm integriert sind.

21. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Warnanlage zum Anzeigen eines Ausfalls oder einer Störung einzelner Komponenten des Systems.

22. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 21, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum manuellen Aktivieren der Luftreservebereiche.

23. System zum kontrollierten Zuführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Befeuchtungseinrichtung zum Befeuchten der zuzufüh­ renden Atemluft.

24. System zum kontrollierten Zuführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der zuzuführenden Atem­ luft.

25. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maskenkörper (10) und die Halte­ vorrichtung (11, 12) im wesentlichen aus sterilisierbarem Kunststoff bestehen.

26. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten des Systems vollstän­ dig voneinander trennbar sind.

27. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Prädiktoreinrichtung zum Vorhersagen von plötzlichen Änderungen der Atemtätigkeit des Benut­ zers, wie Husten oder Nießen, aufgrund von Erfahrungswer­ ten.

28. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maskenkörper (10) der Kopfform eines bestimmten Benutzers anpaßbar ist.

29. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Gegensprechanlage im oder am Mas­ kenkörper (10).

30. System zum kontrollierten Abführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mündungsbereich der Luftleitung (13) außerhalb des Maskenkörpers (10) eine oder mehrere Rückschlagklappen in der Wand der Luftleitung (13) vorgesehen sind, die bei Normalbetrieb geöffnet sind und sich bei einem Anstieg des abzuführenden Luftvolumens schließen.

31. System zum kontrollierten Abführen von Atemluft nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Maskenkörpers (10) eine oder mehrere Rückschlagklappen vorgesehen sind, die bei Normalbetrieb geöffnet sind und sich bei einem Anstieg des abzuführenden Luftvolumens schließen.

32. Verfahren zum kontrollierten Zuführen von Atemluft, dadurch gekennzeichnet, daß im Mund- und Nasenbereich ei­ ner Person gesteuert eine Luftdruckzone aufgebaut wird, in der Frischluft zugeführt wird, und die eine Druckbarriere gegen unkontrolliert eindringende Außenluft bildet.

33. Verfahren zum kontrollierten Abführen von Atemluft, dadurch gekennzeichnet, daß im Mund- und Nasenbereich ei­ ner Person gesteuert eine Luftunterdruckzone aufgebaut wird, in der ausgeatmete Luft abgesaugt wird, und die eine Sogbarriere gegen unkontrolliert austretenden Atemluft bildet.