DE60131996T2

DE60131996T2 - Atemschutzgerät mit integriertem filter, ausatemventil und umlenkelement

Info

Publication number: DE60131996T2
Application number: DE60131996T
Authority: DE
Inventors: Daniel A. Saint Paul JAPUNTICH; Nicole V. Saint Paul MCCULLOUGH
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2021-01-20
Also published as: CN1251774C; EP1322384A1; KR100753700B1; AU2001231015B2; MXPA03002371A; AU3101501A; ZA200303010B; CN1462198A; CZ2003795A3; PL360491A1; WO2002024279A1; EP1322384B1; US6460539B1; BR0113936A; PL196013B1; KR20030038754A; JP2004508908A; DE60131996D1; JP4688403B2; CA2421180A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Atemschutzgerät, das ein integriert angeordnetes Filterelement in seinem Maskenkörper aufweist und das ein Umlenkelement aufweist, das mit seinem Ausatemventil in Verbindung steht. Das Umlenkelement ermöglicht, dass das Atemschutzgerät partikuläre Verunreinigungen aus dem Ausatemstrom beseitigt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gesichts- und Filtermasken werden üblicherweise mit zwei allgemeinen Zielen über den Atemwegen einer Person getragen: (1) um zu verhindern, dass Verunreinigungen in das Atmungssystem des Trägers gelangen und (2) um andere Personen oder Gegenstände davor zu schützen, Krankheitserregern und anderen Verunreinigungen ausgesetzt zu werden, die der Träger ausstößt. Im ersten Fall wird die Gesichtsmaske in einer Umgebung getragen, in der die Luft Stoffe enthält, die schädlich für den Träger sind – beispielsweise in einer Kfz-Werkstatt. Im zweiten Fall wird die Gesichtsmaske in einer Umgebung getragen, in der das Risiko der Ansteckung oder Verunreinigung einer anderen Person oder eines anderen Gegenstands hoch ist – beispielsweise in einem Operationssaal oder einem Reinraum.
Gesichtsmasken, deren Übereinstimmung mit bestimmten Standards bestätigt wurde, die das National Institute for Occupational Safety and Health (im Allgemeinen als NIOSH bekannt) aufgestellt hat, werden üblicherweise als „Atemschutzgeräte" bezeichnet; wohingegen Masken, die vorrangig mit dem zweiten Bild im Sinne ausgestaltet wurden – nämlich dem Schutz anderer Personen und Gegenstände – im Allgemeinen als „Gesichtsmasken" oder einfach „Masken" bezeichnet werden.
Eine OP-Maske ist ein gutes Beispiel für eine Gesichtsmaske, die sich häufig nicht als Atemschutzge rät eignen. OP-Masken sind üblicherweise locker sitzende Gesichtsmasken, die hauptsächlich dafür bestimmt sind, andere vor Verunreinigungen zu schützen, die ein Arzt oder anderes medizinisches Personal ausatmet. Stoffe, die aus dem Mund eines Trägers ausgestoßen werden, liegen häufig in Form eines Aerosols vor, das eine Suspension feiner Feststoffe und/oder flüssiger Teilchen in Gas ist. OP-Masken sind in der Lage, diese Teilchen zu beseitigen, obwohl sie locker auf dem Gesicht des Trägers sitzen. In der US-Patentschrift 3,613,678 (Mayhew) ist ein Beispiel für eine locker sitzende OP-Maske offenbart.
Locker sitzende Masken besitzen üblicherweise kein Ausatemventil, um ausgeatmete Luft aus dem Inneren der Maske abzuführen. Durch den lockeren Sitz kann ausgeatmete Luft leicht an den Seiten der Maske entweichen – als Vorbeiströmen bekannt – sodass sich der Träger nicht unbehaglich fühlt, insbesondere wenn er schwer atmet. Da diese Masken locker sitzen, können sie den Träger jedoch nicht vollständig vor dem Einatmen von Verunreinigungen oder davor schützen, Flüssigkeitsspritzern ausgesetzt zu sein. Angesichts der unterschiedlichen Verunreinigungen, die es in Krankenhäusern gibt, und der vielen Krankheitserreger, die in Körperflüssigkeiten vorhanden sind, ist das Merkmal des lockeren Sitzes ein beträchtlicher Nachteil locker sitzender OP-Masken.
Einige dicht anliegende Gesichtsmasken weisen einen porösen Maskenkörper auf, der geformt und angepasst ist, um eingeatmete Luft zu filtern. Das Filtermaterial ist gewöhnlich integriert im Maskenkörper angeordnet und besteht aus elektrisch geladenen Meltblown-Mikrofasern. Diese Masken werden im Allgemeinen als Atemschutzgeräte bezeichnet und besitzen häufig ein Ausatemventil, das sich bei erhöhtem innerem Luftdruck öffnet, wenn der Träger ausatmet – siehe beispielsweise die US-Patentschrift 4,827,924 (Japuntich). Beispiele für weitere Atemschutzgeräte, die Ausatemventile besitzen, sind in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 (Japuntich et. al.), der US-Patentschrift 4,537,189 (Vicenzi), der US-Patentschrift 4,934,362 (Braun) und der US-Patentschrift 5,505,197 (Scholey) dargestellt.
Bekannte dicht anliegende Atemschutzgeräte, die ein Ausatemventil besitzen, können verhindern, dass der Träger unmittelbar schädliche Teilchen einatmet, jedoch gibt es Einschränkungen bei den Masken, was den Schutz anderer Personen oder Gegenstände vor dem Einfluss von Verunreinigungen betrifft, die der Träger ausstößt. Wenn ein Träger ausatmet, ist das Ausatemventil gegenüber der Umgebungsluft offen und durch diese vorübergehende Öffnung wird ein Kanal von Mund und Nase des Trägers zum Maskenäußeren hergestellt. Durch die vorübergehende Öffnung können Aerosolteilchen, die vom Träger erzeugt werden, aus dem Inneren der Maske an die Umgebung gelangen. Aerosolteilchen wie Speichel, Schleim, Blut und Schweiß werden üblicherweise erzeugt, wenn der Träger niest, hustet, lacht oder spricht. Obwohl Niesen und Husten in Umgebungen wie einem Operationssaal eher vermieden werden – Sprechen, ein wesentliches Kommunikationsmittel, ist für die zweckmäßige und richtige Arbeit des Operationsteams notwendig. Speichelteilchen sind voll mit Bakterien. Aerosolteilchen, die durch das Sprechen erzeugt werden, können möglicherweise leider dazu führen, dass ein Patient angesteckt oder ein Präzisionsinstrument verunreinigt wird.
Die Teilchen werden gebildet, wenn sich mit Speichel bedeckte Flächen trennen und als Reaktion auf den Luftdruck dahinter Bläschen bilden, was häufig passiert, wenn sich die Zunge vom Gaumen trennt, wenn der Konsonant „t" ausgesprochen wird, oder wenn sich die Lippen beim Aussprechen des Konsonanten „p" trennen. Teilchen können auch durch das Zerplatzen von Speichelbläschen und -fäden nahe den Zähnen während des Niesens oder während des Aussprechens von solchen Geräuschen wie „cha" oder „sss" entstehen. Diese Teilchen werden im Allgemeinen unter hohem Druck erzeugt und können eine Ausstoßgeschwindigkeit haben, die größer als die Luftgeschwindigkeit des normalen menschlichen Atems ist.
Vom Mund erzeugte Teilchen sind in einer großen Größenvielfalt vorhanden, wobei die kleinsten im Durchschnitt einen Durchmesser von ungefähr 3 bis 4 Mikrometern aufweisen können. Die herausschießenden Teilchen jedoch, die aus dem Mund kommen und einen Dritten in der Nähe erreichen, sind im Allgemeinen größer, wahrscheinlich 15 Mikrometer oder größer.
Die Absenkgeschwindigkeit dieser mit der Luft beförderten Teilchen beeinflusst auch das Absetzen auf einem Dritten in der Nähe, beispielsweise einem Patienten. Da Teilchen, die kleiner sind als 5 Mikrometer, dazu neigen, mit einer Geschwindigkeit von unter etwa 0,001 m/s abzusinken, entsprechen sie einer schwebenden Suspension in der Luft.
Atemschutzgeräte, die Ausatemventile verwenden, werden derzeit nicht für die Verwendung im medizinischen Bereich empfohlen, da der offene Kanal, der vorübergehend durch das Ausatemventil entsteht, als gefährlich erachtet wird. Siehe z. B. Guidelines for Preventing the Transmission of Mycobacterium Tuberculosis in Health Care Facilities, MORBIDITY AND MORTALITY WEEKLY REPORT, U. S. Dept. of Health & Human Services, v. 43, n. RR-13,. S. 34 & 98 (28. Okt. 1994). Die Association of Operating Room Nurses hat empfohlen, dass die Wirksamkeit von Masken beim Zurückhalten von ausgestoßenen lebenden Teilchen 95 Prozent betragen soll. Proposed Recommended Practice for OR Wearing Apparel, AORN JOURNAL, v. 33, n. 1, S. 100–104, 1 01 (Januar 1981); siehe auch D. Vesley et al., Clinical Implications of Surgical Mask Retention Efficiencies for Viable and Total Particles, INFECTIONS IN SURGERY, S. 531–536, 533 (Juli 1983). Diese Empfehlung wurde zu Beginn der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts veröffentlicht und seitdem sind die Anforderungen an das Zurückhalten von Teilchen erhöht worden. Einige Organismen, beispielsweise die, die Tuberkulose verursachen, sind so stark toxisch, dass jeder Rückgang in der Zahl von Verunreinigungsstoffen, die ausgestoßen werden, sehr erwünscht ist.
Es wurden Atemschutzgeräte hergestellt, die in der Lage sind, sowohl den Träger als auch Personen oder Gegenstande in der Nähe vor der Verunreinigung zu schützen. Siehe beispielsweise die US-Patentschrift 5,307,706 (Kronzer), die US-Patentschrift 4,807,619 (Dyrud) und die US-Patentschrift 4,536,440 (Berg). Im Handel erhältliche Produkte umfassen die Masken mit der Bezeichnung 1860^TM und 8210^TM, die von 3M verkauft werden. Auch wenn diese Atemschutzgeräte verhältnismäßig dicht anliegend sind, um zu verhindern, dass Gase und flüssige Verunreinigungen an ihrem Umfang in den Innenraum der Maske gelangen und ihn verlassen, weisen die Atemschutzgeräte gewöhnlich kein Ausatemventil auf, mit dem ausgeatmete Luft schnell aus dem Inneren der Maske abgeführt werden kann. Daher können bekannte Atemschutzgeräte Verunreinigungen aus dem Einatem- und Ausatemstrom beseitigen und können Schutz vor Flüssigkeitsspritzern bieten, sind jedoch im Allgemeinen nicht in der Lage, den Tragekomfort auf ein Höchstmaß zu bringen. Und wenn ein Ausatemventil auf ein Atemschutzgerät gesetzt wird, um für einen besseren Komfort zu sorgen, weist die Maske den Nachteil auf, dass sie Verunreinigungen aus dem Maskeninneren in die umliegende Umgebung gelangen lässt.
Die Patentschrift WO 00/04957 betrifft eine Gesichts- und Filtermaske, die mindestens die Nase und den Mund eines Trägers bedeckt und ein Ausatemventil enthält. Das Ausatemventil öffnet als Reaktion auf einen höheren Druck, wenn der Träger ausatmet, damit die ausgeatmete Luft schnell aus dem Maskeninneren abgeführt werden kann. Ein Ausatemfilterelement befindet sich an einer von mehreren Stellen im Ausatemstrom, um Verunreinigungen aus der ausgeatmeten Luft zu beseitigen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des Vorstehenden wird ein Atemschutzgerät benötigt, das (i) verhindern kann, dass Verunreinigungen vom Träger an die Umgebungsluft gelangen; (ii) verhindern kann, dass Verunreinigungen aus der Umgebungsluft zum Träger gelangen; (iii) verhindern kann, dass Flüssigkeitsspritzer in das Maskeninnere gelangen; und (iv) ermöglichen kann, dass warme, feuchte Luft mit hohem CO₂-Gehalt schnell aus dem Inneren der Maske abgeführt wird.
Diese Erfindung stellt ein Atemschutzgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
Die Erfindung weist ein Umlenkelement auf, das verhindern kann, dass Teilchen im Ausatemstrom aus dem inneren Gasraum der Maske in den äußeren Gasraum gelangen. Das Umlenkelement steht derart mit dem Atemschutzgerät in Verbindung, dass das Verhältnis Z_n/D_j kleiner als etwa 5 ist. Durch die Verwendung eines Umlenkelements mit einem Ausatemventil ist es möglich, dass das Atemschutzgerät besonders vorteilhaft bei der Verwendung bei chirurgischen Eingriffen und bei der Verwendung in Reinräumen ist. Das erfindungsgemäße Atemschutzgerät kann mindestens 95 Prozent, vorzugsweise mindestens 99 Prozent, aller suspendierten Teilchen aus dem Ausatemstrom beseitigen. Weiterhin kann das Umlenkelement verhindern, dass Flüssigkeitsspritzer in den inneren Gasraum gelangen, indem es eine „Nicht-Sichtlinie" vom äußeren Gasraum zum inneren Gasraum bereitstellt. Das bedeutet, dass das Umlenkelement so entworfen werden kann, dass es den Blick auf die offene Öffnung verdeckt, wenn die Ventilmembran während des Ausatmens offen ist. Im Gegensatz zu einigen vorher bekannten Gesichtsmasken kann die Erfindung in Form einer dicht anliegenden Maske vorliegen, die für einen guten Schutz vor durch die Luft übertragenen Teilchen und vor Flüssigkeitsspritzern bietet. Und da das erfindungsgemäße Atemschutzgerät ein Ausatemventil besitzt, kann es dem Träger einen guten Komfort bieten, indem es in der Lage ist, warme, feuchte Luft mit hohem CO₂-Gehalt schnell aus dem Inneren der Maske abzuführen. Kurzum ist die Erfindung in der Lage, dem Träger eine Quelle für saubere Luft und Schutz vor Flüssigkeitsspritzern zu bieten, während sie gleichzeitig dafür sorgt, dass die Maske angenehm zu tragen ist und mögliche Schadstoffe daran hindert, in die umliegende Umgebung zu gelangen.
GLOSSAR
Hinsichtlich der Erfindung sind die folgenden Begriffe wie nachstehend dargelegt definiert:
mit „Aerosol" ist ein Gas gemeint, das suspendierte Teilchen in fester und/oder flüssiger Form enthält;
mit „sauberer Luft" ist ein Luftvolumen gemeint, das gefiltert wurde, um Teilchen und/oder andere Verunreinigungen zu beseitigen;
mit „Verunreinigungen" sind Teilchen und/oder andere Stoffe gemeint, die vielleicht im Allgemeinen nicht als Teilchen erachtet werden (z. B. organische Dämpfe und so weiter), die jedoch in Luft suspendiert sein können, einschließlich Luft in einem Ausatemstrom;
mit „Ausatemventil" ist ein Ventil gemeint, das für die Verwendung auf einem Atemschutzgerät bestimmt ist, das sich als Reaktion auf Druck von ausgeatmeter Luft öffnet und zwischen Atemzügen und wenn ein Träger einatmet, geschlossen bleibt;
„ausgeatmete Luft" ist Luft, die von einer Person ausgeatmet wird;
mit „Ausatemstrom" ist der Luftstrom gemeint, der durch eine Öffnung eines Ausatemventils strömt;
mit „äußerer Gasraum" ist der umgebende atmosphärische Luftraum gemeint, in den ausgeatmetes Gas gelangt, nachdem es weit über das Ausatemventil und ein Umlenkelement hinaus geströmt ist;
mit „Umlenkelement" ist eine im Wesentlichen fluidundurchlässige Struktur gemeint, die den Ausatemstrom von seinem ursprünglichen Weg abbringt, um einen erheblichen Teil suspendierter Teilchen aufgrund der Umleitung des Stroms aus dem Strom zu beseitigen;
mit „Einatemfilterelement" ist eine poröse Struktur gemeint, durch die eingeatmete Luft strömt, bevor sie der Träger einatmet, damit Verunreinigungen und/oder Teilchen aus der Luft beseitigt werden können;
mit „einstückig" und „integriert angeordnet" ist gemeint, dass das Filterelement nicht trennbar vom Maskenkörper abgenommen werden kann, ohne am Maskenkörper einen erheblichen strukturellen Schaden zu verursachen;
mit „innerer Gasraum" ist der Raum gemeint, in den saubere Luft gelangt, bevor sie vom Träger eingeatmet wird, und in den ausgeatmete Luft gelangt, bevor sie durch die Öffnung des Ausatemventils strömt;
mit „Maskenkörper" ist eine Struktur gemeint, die mindestens über Nase und Mund einer Person passen kann und die dazu beiträgt, einen inneren Gasraum zu definieren, der von einem äußeren Gasraum getrennt ist;
mit „Teilchen" ist jeder flüssige und/oder feste Stoff gemeint, der in Luft suspendiert sein kann, beispielsweise Krankheitserreger, Bakterien, Viren, Schleim, Speichel, Blut usw.;
mit „Atemschutzgerät" ist eine Maske gemeint, die dem Träger saubere Luft durch einen Maskenkörper zuführt, der mindestens die Nase und den Mund eines Trägers bedeckt und bündig mit dem Gesicht abschließt, wenn sie getragen wird, um sicherzustellen, dass eingeatmete Luft durch ein Filterelement strömt;
mit „Ventilabdeckung" ist eine Struktur gemeint, die über dem Ausatemventil vorgesehen ist, um das Ventil gegen Schäden und/oder eine Verformung zu schützen;
mit „Ventilmembran" ist eine bewegliche Struktur an einem Ventil gemeint, beispielsweise eine Klappe, die während des Einatmens eine im Allgemeinen luftdichte Abdichtung bereitstellt und die sich während des Ausatmens öffnet; und
mit „Z_n/D_j" oder „Z_n:D_j" ist das Verhältnis des Abstands zwischen der Ventilöffnung und dem Umlenkelement (Z_n) zur Höhe einer Öffnung des Ausatemventils (D_j) gemeint (siehe 10 und ihre Erörterung).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um in allen verschiedenen Darstellungen eine übereinstimmende Struktur anzuzeigen:
ist 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Unterdruck-Atemmaske 20, die mit einem Ausatemventil 22 ausgestattet ist;
ist 2 eine Schnitt- und Seitenansicht durch das Ausatemventil 22 entlang der Linie 2-2 in 1;
ist 3 eine Vorderansicht eines Ventilsitzes 30, der im Ventil 22 der 1 und 2 verwendet wird;
ist 4 eine perspektivische Ansicht eines Atemschutzgerätes 20', das mit einem Ausatemventil 22 und einem Umlenkelement 50 gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
ist 5 eine Seitenansicht im Querschnitt, die den Weg des Ausatemstroms 100 zeigt, wenn er vom erfindungsgemäßen Umlenkelement 50 abgelenkt oder umgelenkt 101 wird;
ist 6 eine perspektivische Ansicht des Umlenkelements 50, das in 6 dargestellt ist;
ist 7 eine Vorderansicht des Umlenkelements 50 von 6;
ist 8 eine Seitenansicht des Umlenkelements 50 von 6;
ist 9 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umlenkelements 80 im Querschnitt;
ist 10 eine Seitenansicht eines Umlenkelements 50 im Querschnitt, das sich auf einem erfindungsgemäßen Ventil befindet, wobei die Seitenansicht die Messpunkte für Z_n und D_j veranschaulicht;
ist 11 eine Vorderansicht eines Umlenkelements, bei der die Abmessungen veranschaulicht werden, die im Abschnitt „Beispiele" dieser Anmeldung verwendet werden; und
ist 12 eine vereinfachte Darstellung, in der der Luftstrom veranschaulicht ist, wenn ein Test der Ventildurchströmung als Prozentsatz durchgeführt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Umlenkelement hinter oder außerhalb der Ausatemventilöffnung am Maskenäußeren, sodass Teilchen im Ausatemstrom vom Umlenkelement aufgefangen werden, nachdem sie das Ausatemventil durchströmt haben, jedoch bevor sie den atmosphärischen Luftraum oder äußeren Gasraum erreichen. Das Umlenkelement kann hinter dem Ausatemventil platziert sein, sodass Luft, die das Ausatemventil durchströmt, anschließend auf das Umlenkelement trifft und umgeleitet wird. Das Umlenkelement ist so aufgebaut und angeordnet, dass es den Blick von außen auf die Ventilöffnung versperrt, um die Möglichkeit zu verringern, dass Flüssigkeitsspritzer das Ventil passieren. Es kann sein, dass das Umlenkelement nicht nur das Ventil und/oder die Ventilabdeckung bedeckt, sondern auch größere Bereiche des Maskenkörpers bedeckt, um den Ausatemstrom und Teilchen und Verunreinigungen stärker abzulenken und ein größeres Hindernis für äußere Verunreinigungen darzustellen.
In 1 ist eine bekannte Unterdruck-Atemmaske 20 dargestellt. Unterdruckmasken filtern einströmende Luft als Reaktion auf einen Unterdruck, den die Lungen des Trägers beim Einatmen erzeugen. Die Maske 20 weist ein Ausatemventil 22 auf, das mittig auf einem Maskenkörper 24 angeordnet ist, der in einer im Allgemeinen becherförmigen Anordnung gestaltet ist, wenn er getragen wird und bündig über Nase und Mund einer Person sitzt. Die Atemmaske 20 ist so geformt, dass sie an ihrer Außenfläche 21 einen im Wesentlichen dichten Kontakt mit dem Gesicht des Trägers aufrechterhält. Der Maskenkörper 24 wird um die Maskenaußenfläche 21 herum mit Haltegurten, die die Bänder 26 umfassen können, dicht an das Gesicht des Trägers herangezogen. Wie dargestellt ist, verlaufen die Bänder 26 hinter Kopf und Hals des Trägers, wenn die Maske 20 getragen wird.
Die Atemmaske 20 bildet einen inneren Gasraum zwischen dem Maskenkörper 24 und dem Gesicht des Trägers. Der innere Gasraum ist vom atmosphärischen Luft- oder äußeren Gasraum durch den Maskenkörper 24 und das Ausatemventil 22 getrennt. Der Maskenkörper kann eine verstellbare Nasenklemme (nicht dargestellt) aufweisen, die auf der Innenseite oder Außenseite des Maskenkörpers 24 befestigt ist (oder außerhalb von oder zwischen verschiedenen Schichten des Maskenkörpers), um über der Nase und dort, wo die Nase in den Wangenknochen übergeht, für einen guten Sitz sorgt. Die Nasenklemme kann die Anordnung aufweisen, die in der US-Patentschrift 5,558,089 (Castiglione) beschrieben ist. Eine Maske mit der Anordnung, die in 1 dargestellt ist, ist in der PCT-Veröffentlichung WO 96/28217 (Bostock et al.), den kanadischen Geschmacksmustern 83,961 (Henderson et al.), 83,960 (Bryant et al.) und 83,962 (Curran et al.) und den US-Geschmacksmustern 424,688 (Bryant et al.) und 416,323 (Henderson et al.) beschrieben. Erfindungsgemäße Gesichtsmasken können viele andere Anordnungen aufweisen, beispielsweise flache Masken und becherförmige Masken, die beispielsweise in der US-Patentschrift 4,807,619 (Dyrud et al.) und der US-Patentschrift 4,827,924 (Japuntich) dargestellt sind. Die Maske könnte auch eine thermochrome, die Passform anzeigende Dichtung an ihrer Außenfläche aufweisen, damit der Träger einfach feststellen kann, ob sie richtig aufgesetzt wurde – siehe US-Patentschrift 5,617,849 (Springett et al.).
Das Ausatemventil 22, das auf dem Maskenkörper 24 vorgesehen ist, öffnet, wenn ein Träger ausatmet, als Reaktion auf den höheren Druck in der Maske und sollte zwischen Atemzügen und während des Einatmens geschlossen bleiben. Die Ventilabdeckung 27 befindet sich auf und über dem Ausatemventil 22 und schützt das Ventil 22, insbesondere die Ventilmembran oder Klappe. Die Ventilabdeckung 27 ist so ausgelegt, dass sie das Ventil 22 und die Membran vor einer Beschädigung durch in der Luft fliegende Objekte und andere Gegenstände schützt.
Wenn der Träger eines Atemschutzgeräts einatmet, wird Luft durch das Filtermaterial eingesaugt, um Verunreinigungen zu beseitigen, die im äußeren Gasraum vorhanden sein können. Filtermaterialien, die bei Unterdruck-Atemschutzhalbmasken wie der Maske 20, die in 1 dargestellt ist, üblich sind, enthalten häufig ein verworrenes Netz aus elektrisch geladenen Meltblown-Mikrofasern. Meltblown-Mikrofasern weisen üblicherweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von ungefähr 1 bis 30 Mikrometern (μm) auf, üblicher 2 bis 15 μm. Wenn sie willkürlich verteilt verworren sind, können die Fasernetze eine ausreichende Integrität aufweisen, um als Matte behandelt zu werden. Beispiele für Fasermaterialien, die als Filter in einem Maskenkörper verwendet werden können, sind in der US-Patentschrift 5,706,804 (Baumann et al.), der US-Patentschrift 4,419,993 (Peterson), der neu erteilten US-Patentschrift Re 28,102 (Mayhew), den US-Patentschriften 5,472,481 und 5,411,576 (Jones et al.) und der US-Patentschrift 5,908,598 (Rousseau et al.) offenbart.
Die Fasermaterialien können Fluoratome oder Zusatzstoffe enthalten, um die Filterleistung zu erhöhen, einschließlich der fluorchemischen Zusatzstoffe, die in den US-Patentschriften 5,025,052 und 5,099,026 (Crater et al.) beschrieben sind. Die Fasermaterialien können auch einen niedrigen Gehalt an extrahierbaren Kohlenwasserstoffen aufweisen, um die Leistung zu verbessern; siehe zum Beispiel die US-Patentanmeldung 08/941,945 (Rousseau et al.). Fasernetze können auch so hergestellt werden, dass sie einen höhere Beständigkeit gegen Ölnebel aufweisen, wie in der US-Patentschrift 4,874,399 (Reed et al.), den US-Patentschriften 5,472,481 und 5,411,576 (Jones et al.), der US-Patentschrift 6,068,799 und in der PCT-Veröffentlichung WO 99/16532 (beide Rousseau et al.) dargestellt ist. Meltblown-Vliesfasernetze können unter Verwendung von Verfahren elektrisch aufgeladen werden, die zum Beispiel in der US-Patentschrift 5,496,507 (Angadjivand et al.), der US-Patentschrift 4,215,682 (Kubik et al.) und der US-Patentschrift 4,592,815 (Nakao) sowie der US-Patentanmeldung 09/109,497 (Jones et al.) mit dem Titel Fluorinated Electret (siehe auch PCT-Veröffentlichung WO 00/01737 ) beschrieben sind.
2 zeigt das Ausatemventil 22 im Querschnitt, befestigt auf dem Maskenkörper 24. Der Maskenkörper 24 weist ein integriert angeordnetes Einatemfilterelement oder eine integrierte angeordnete Einatemfilterschicht 28, ein äußeres Decknetz 29 und ein inneres Decknetz 29' auf. Das Einatemfilterelement 28 ist einstückig mit dem Maskenkörper 24. Das bedeutet, dass es einen Bestandteil des Maskenkörpers bildet und kein Teil ist, das abnehmbar am Maskenkörper befestigt ist. Das äußere und das innere Decknetz 29 und 29' schützen die Filterschicht 28 vor abrasiven Kräften und halten Fasern zurück, die sich von der Filterschicht 28 lösen können. Die Decknetze 29, 29' können ebenfalls Filtereigenschaften haben, auch wenn üblicherweise nicht annähernd so gut wie die Filterschicht 28. Die Decknetze können aus Vliesfasermaterialien bestehen, die Polyolefine und Polyester enthalten (siehe z. B. die US-Patentschrift 4,807,619 und 4,536,440 und die US-Patentanmeldung 08/881,348, eingereicht am 24. Juni 1997).
Der Maskenkörper weist üblicherweise auch eine Stütz- oder formende Schicht auf, um der Maske strukturelle Integrität zu verleihen. Eine übliche formende Schicht enthält unter Wärmeeinfluss verklebende Fasern wie Bikomponentenfasern und wahlweise Stapelfasern. Beispiele für formende Schichten, die in Atemschutzgeräten der Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise in der US-Patentschrift 5,307,796 (Kronzer), der US-Patentschrift 4,807,619 (Dyrud) und der US-Patentschrift 4,536,440 (Berg) offenbart. Die formende Schicht kann auch in Form eines Polymergitters oder -netzes vorliegen, wie die Materialien, die von Moldex Metric in ihren Atemschutzprodukten 2700 N95 verwendet werden.
Das Ausatemventil 22, das am Maskenkörper 24 befestigt ist, enthält einen Ventilsitz 30 und eine flexible Klappe 32, die einseitig am Ventilsitz befestigt ist. Die flexible Klappe 32 liegt auf einer Dichtfläche 33, wenn die Klappe geschlossen ist, wird aber am freien Ende 34 von der Fläche 33 gehoben, wenn während des Ausatmens ein beträchtlicher Druck erreicht wird. Der Widerstand gegen das Abheben sollte nicht so groß sein, dass die ausgeatmete Luft im Wesentlichen durch den Maskenkörper 24 statt durch das Ausatemventil 22 strömt. Wenn der Träger nicht ausatmet, liegt die Klappe 32 vorzugsweise dicht an der Fläche 33 an (oder ist in ihre Richtung vorgespannt), um an dieser Stelle für eine hermetische Abdichtung zu sorgen. Die Dichtfläche 33 des Ventilsitzes 30 kann sich in einem im Allgemeinen konkaven Querschnitt krümmen, wenn sie von der Seite betrachtet wird.
3 zeigt den Ventilsitz 30 in einer Vorderansicht. Der Ventilsitz 30 weist eine Öffnung 35 auf, die von der Dichtfläche 33 aus radial nach innen angeordnet ist. Die Öffnung 35 kann die Querstreben 36 aufweisen, die die Dichtfläche 33 und schließlich das Ventil 22 stabilisieren (2). Die Querstreben 36 können auch verhindern, dass sich die Klappe 32 ( 2) während des Einatmens in die Öffnung 35 dreht. Die flexible Klappe 32 ist an ihrem befestigten Abschnitt 38 (2) an der die Klappe haltenden Fläche 39 am Ventilsitz 30 befestigt. Die dargestellte die Klappe haltende Fläche 39 ist außerhalb des Bereichs angeordnet, den die Öffnung 35 umschließt und kann die Stifte 41 oder andere geeignete Mittel aufweisen, die dazu beitragen, die Klappe an der Fläche zu befestigen. Die flexible Klappe 32 (2) kann an der Fläche 39 mit Ultraschallschweißen, einem Klebstoff, mechanischem Klemmen und Ähnlichem befestigt werden. Der Ventilsitz 30 weist auch einen Bund 42 auf, der sich vom Ventilsitz 30 aus an seiner Basis seitlich erstreckt, um eine Fläche zu schaffen, die es ermöglicht, dass das Ausatemventil 22 (2) am Maskenkörper 24 befestigt wird. Das Ventil 22, das in den 2 und 3 dargestellt ist, ist ausführlicher in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 (Japuntich et al.) beschrieben. Dieses Ventil und weitere, die von Japuntich et al. beschrieben sind, sind bevorzugte Ausführungsformen von Ventilen für die Verwendung mit der Erfindung. Weitere Strukturen, Ausgestaltungen und Konfigurationen von Ventilen können ebenfalls verwendet werden.
Luft, die der Träger ausatmet, gelangt in den inneren Gasraum der Maske, der sich in 2 links vom Maskenkörper 24 befinden würde. Ausgeatmete Luft verlässt den inneren Gasraum, indem sie durch eine Öffnung 44 im Maskenkörper 24 strömt. Die Öffnung 44 wird vom Ventil 22 an seiner Basis 42 umschrieben. Nachdem sie durch die Ventilöffnung 35 geströmt ist, strömt die ausgeatmete Luft durch die Ventilöffnungen 46 in der Ventilabdeckung 27 und anschließend in den äußeren Gasraum. Ein Teil der ausgeatmeten Luft kann den inneren Gasraum durch das Einatemfilterelement verlassen, statt durch die Ventilöffnung 35 zu strömen. Die Menge dieser Luft wird minimiert, wenn der Widerstand durch die Ventilöffnung 35 verringert wird.
4 veranschaulicht eine Atemmaske 20' ähnlich der Maske, die in 1 dargestellt ist, außer dass das Atemschutzgerät 20' in 4 eine Aufprallvorrichtung oder ein Umlenkelement 50 aufweist, das Teilchen, die im Ausatemstrom vorhanden sind, auffangen und halten kann. Das Umlenkelement 50 ist am Ausatemventil 22 befestigt und bedeckt vorzugsweise einen Großteil der Ventilabdeckung 27 und der Ventilöffnungen 46 (1). Das Umlenkelement 50 befindet sich im Ausatemstrom und beseitigt Teilchen daraus – zum Beispiel Teilchen, die im ausgeatmeten Aerosol des Trägers suspendiert sind – indem es die Strömung scharf umleitet.
5 veranschaulicht das Umleiten des Ausatemstroms 100 durch das Ventil 22. Nachdem er durch die Ventilöffnung 35 geströmt ist, hebt der Ausatemstrom 100 die Membran 32 an und strömt durch die Ventilöffnung 46 in der Ventilabdeckung 27. Sobald sie die Ventilabdeckung 27 passiert hat, trifft die Luft auf das Umlenkelement 50 auf und wird abgelenkt und als umgeleiteter Ausatemstrom 101 entweder zu einer Seite oder zur anderen umgeleitet. Die ausgeatmete Luft, die den inneren Gasraum durch die Ventilöffnung 35 verlässt, strömt damit weiter durch die Öffnungen 46 in der Ventilabdeckung 27 und wird dann vom Umlenkelement 50 abgelenkt, um anschließend in den äußeren Gasraum zu gelangen. Alle Teilchen, die nicht vom Umlenkelement aufgefangen werden, werden zusammen mit dem Ausatemstrom von den Menschen und Gegenständen in der Umgebung weggeleitet. Es sollte im Wesentlichen die gesamte ausgeatmete Luft, die nicht durch das Filtermaterial 28 des Maskenkörpers strömt, durch das Ausatemventil 22 strömen und umgeleitet oder abgelenkt werden, damit suspendierte Teilchen auf das Umlenkelement 50 auftreffen können.
Wie angegeben ist, erstreckt sich die Ventilabdeckung 27 über das Äußere des Ventilsitzes 30 und umfasst die Öffnungen 46 an den Seiten und der Oberseite der Ventilabdeckung 27. Eine Ventilabdeckung mit dieser Anordnung ist in dem US-Geschmacksmuster 347,299 (Bryant et al.) beschrieben. Es können selbstverständlich auch andere Anordnungen weiterer Ausatemventile und Ventilabdeckungen verwendet werden (siehe beispielsweise das US-Geschmacksmuster 347,298 (Japuntich et al.) bezüglich einer anderen Ventilabdeckung). Die Ventilabdeckung 27 und die Ventilöffnungen 46 sind dafür bestimmt, das Durchströmen der gesamten ausgeatmeten Luft zu ermöglichen. Der Widerstand oder Druckabfall durch die Ventilabdeckung 54 und die Ventilöffnungen 46 ist im Wesentlichen nicht vorhanden. Luft sollte mit minimaler Behinderung ungehindert aus dem Ausatemventil 22 und durch die Ventilabdeckung 27 strömen. Das Umlenkelement 50 sitzt vorzugsweise auf der Ventilabdeckung 27, sodass die gesamte Luft, die durch die Öffnungen 46 strömt, dem Umlenkelement 50 begegnet.
Der Widerstand oder Druckabfall durch das und an dem Umlenkelement der vorliegenden Erfindung vorbei ist vorzugsweise geringer als der Widerstand oder Druckabfall durch den Maskenkörper. Da dynamische Fluide dem Weg des geringsten Widerstands folgen, ist es wichtig, eine Umlenkelementanordnung zu verwenden, die einen geringeren Druckabfall als der Maskenkörper aufweist und vorzugsweise geringer als die Filterschicht im Maskenkörper. Der Großteil der ausgeatmeten Luft strömt daher durch das Ausatemventil und wird am Umlenkelement abgelenkt, anstatt durch die Filtermedien des Maskenkörpers nach außen zu gelangen. Der Großteil der oder im Wesentlichen die ganze ausgeatmete Luft strömt deshalb vom Inneren des Maskenkörpers durch das Ausatemventil hinaus und trifft auf das Umlenkelement, das die Luft umleitet. Wenn der Luftströmungswiderstand aufgrund des Umlenkelements zu hoch ist, sodass Luft nicht ohne Weiteres aus dem Inneren der Maske ausgestoßen wird, können der Feuchtigkeitsgrad und der Kohlendioxidgehalt in der Maske ansteigen und für den Träger unangenehm sein.
Die 6 bis 8 zeigen das Umlenkelement 50 aus verschiedenen Gesichtspunkten. Das Umlenkelement 50 ist vorzugsweise eine steife, selbsttragende Vorrichtung, die in einigen Ausführungsformen lösbar befestigt werden kann, das heißt sie ist abnehmbar und austauschbar. Das Umlenkelement 50 weist eine Deckplatte 52 auf, die vorzugsweise passend in eine Ventilabdeckung 27 eingreift. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Deckplatte 52 so geformt, dass sie auf der Ventilabdeckung 27 einrastet. An der Basis der Deckplatte 52 befindet sich eine vordere Platte 53, die dafür bestimmt ist, im Weg des Ausatemstroms platziert zu werden. Das bedeutet, dass die vordere Platte 53 dafür bestimmt ist, sich unmittelbar nach den Öffnungen 46 auszurichten, durch die der Ausatemstrom das Ausatemventil 22 verlässt. Der Strom der Ausatemluft strömt durch die Öffnungen 46 und begegnet dann der vorderen Platte 53, die den Weg des Luftstroms verändert. Die Plattenaußenfläche 55 der Deckplatte 52 sollte für eine dichte und undurchlässige Abdichtung zwischen der Ventilabdeckung 27 und dem Umlenkelement 50 sorgen, sodass die gesamte ausgeatmete Luft nach unten strömt und von der vorderen Platte 53 umgeleitet wird, anstatt um die Deckplatte 52 herum zu entweichen.
Die ausgeatmete Luft wird gegen die vordere Platte 53 gedrückt, um den Luftweg zu verändern. Der Großteil der Luft wird in Bezug auf seinen ursprünglichen Weg scharf gewendet, vorzugsweise unter einem Winkel von mindestens etwa 90 Grad. Je nach Durchmesser und Dichte der Verunreinigungen und/oder Teilchen, die im Ausatemstrom vorhanden sind, ist die Mehrheit der Teilchen nicht in der Lage, sich mit der Luftströmung mitzudrehen, kreuzt deshalb die Luftströmung und stößt auf die vordere Platte 53 und trifft auf sie auf, wo der Großteil der Verunreinigungen aufgefangen werden kann. Es kann eine Lippe oder Mulde 56 verwendet werden, um die Teilchen besser zurückzuhalten, die vom Umlenkelement 50 eingefangen wurden.
Der Ausatemstrom wird von den Ablenkelementen 58 weiter entweder zur linken oder rechten Seite des Umlenkelements 50 umgeleitet. Vorzugsweise ist ein Trennungssteg 59 dabei behilflich, den Ausatemstrom aufzuteilen, sodass es zur richtigen Umleitung der Luft kommt. Diese scharfe Umleitung des Ausatemstroms entweder zur linken oder rechten Seite vereinfacht das Auffangen der Teilchen und Verunreinigungen an der vorderen Platte 53 und der Lippe 56. Alle Teilchen oder Verunreinigungen, die nicht vom Umlenkelement 50 aufgefangen wurden, werden entweder zur linken oder rechten Seite umgeleitet und weg vom Patienten oder anderen benachbarten Gegenstand in den äußeren Gasraum abgeführt.
Das Umlenkelement 50 kann von der Ventilabdeckung 27 abgenommen und wieder aufgesetzt werden. Ein abnehmbares Umlenkelement kann so ausgestaltet sein, dass es an der Ventilabdeckung 27 an der Plattenaußenfläche 55 (7) einrastet und dicht damit abschließt oder das Umlenkelement kann mit anderen Verfahren an der Ventilabdeckung 27 befestigt sein, beispielsweise mit einem repositionierbaren Haftklebstoff. Ein abnehmbares Umlenkelement kann von der Maske abgenommen und auf eine andere Maske gesetzt werden, beispielsweise, wenn die Gebrauchsdauer der ersten Maske abgelaufen ist oder wenn ein Umlenkelement mit anderen Eigenschaften auf einer bestimmten Maske erwünscht ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Umlenkelement 50 einstückig mit der Ventilabdeckung 27 sein; das bedeutet, dass die Ventilabdeckung 27 und das Umlenkelement 50 eine einzige Einheit sind. Alternativ kann das Umlenkelement 50 die funktionellen Anforderungen an eine Ventilabdeckung erfüllen und damit die Notwendigkeit einer Ventilabdeckung wegfallen.
Das Umlenkelement ist vorzugsweise aus einem steifen und dennoch etwas flexiblen Material aufgebaut, das im Wesentlichen fluidundurchlässig ist. Das Umlenkelement ist vorzugsweise entweder aus einem thermoplastischen oder warmausgehärteten Kunststoffmaterial geformt, kann jedoch aus im Wesentlichen jedem Material hergestellt werden, mit dem es seine Funktion erfüllen kann. Das Umlenkelement ist üblicherweise mindestens halbsteif. Beispiele für Materialien, die sich für die Herstellung des Umlenkelements eignen, können Polystyrol, Polyethylen, Polycarbonat, Papier, Holz, Keramik, gesinterte Materialien, Mikrofasern, Verbundwerkstoffe und weitere Materialien umfassen. Das Umlenkelement kann gegossen, durch Blasformen, Spritzgießen, Warmpressen, oder durch im Grunde jedes Verfahren zum Herstellen von Formteilen hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Schicht aus einem absorbierenden porösen Material verwendet werden, zum Beispiel Papier oder ein Faserstoff, das die Innenseite des Umlenkelements auskleidet. Das Umlenkelement kann undurchsichtig sein, sodass die aufgefangenen Teilchen vor Beobachtern verborgen sind. Alternativ könnte das Umlenkelement durchsichtig sein, sodass das Ventil zu sehen ist (die wahlweise Ventilabdeckung müsste ebenfalls durchsichtig sein). Auch wenn ein durchsichtiges Umlenkelement im eigentlichen Sinne nicht den Blick auf die Ventilmembran versperren kann, würde ein durchsichtiges Umlenkelement dennoch in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen, wenn ein undurchsichtiges Umlenkelement, das mit dem durchsichtigen Umlenkelement in Form und Größe genau übereinstimmt, den Blick auf die Ventilmembran versperren würde. Der Ausdruck „den Blick versperren" bezieht sich somit auf die Sichtlinie und nicht die Durchsichtigkeit des Umlenkelements und/oder der Ventilabdeckung.
Das Umlenkelement sollte so bemessen sein, dass es einen beträchtlichen Abschnitt des Ausatemventils und wahlweise die Ventilabdeckung und insbesondere die Ventilöffnungen bedeckt, durch die der Strom der Ausatemluft strömt. Üblicherweise ist das Umlenkelement von der Oberseite der Deckplatte 52 bis zur Lippe 56 ungefähr 1 bis 2 Inch hoch (etwa 2,5 bis 5 cm) und weist eine Abstand von ungefähr 1 bis 3 Inch (etwa 2,5 bis 7,5 cm) von einem Seitenablenkelement 54 zum anderen auf. Im Allgemeinen weist das Umlenkelement eine Dicke von einigen Millimetern auf. Wenn sie vorhanden ist, weist die Lippe oder Mulde 56 vorzugsweise einen vorspringenden Rand auf, der sich von der vorderen Platte 58 aus ungefähr 1 bis 5 mm nach innen erstreckt, um Teilchen darauf aufzufangen und zu halten. In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass die Lippe 56 eine konkave Form aufweist. Das Umlenkelement 50 ist vorzugsweise so geformt und bemessen, dass es jeden geradlinigen Weg vom äußeren Gasraum in das Ventil hinein versperrt. Es sollte keine "Sichtlinie" vom äußeren Gasraum am Umlenkelement und der Ventilmembran vorbei in den inneren Gasraum geben. Das bedeutet, dass das Umlenkelement 50 den Blick auf die Ventilmembran versperrt. Dieser versperrte Sichtweg verringert die Wahrscheinlichkeit, dass Verunreinigungen wie herumfliegende Elemente oder Bluttröpfchen in das Ventil gelangen würden.
Wieder in 5 weist die vordere Platte 53 des Umlenkelements 50, wenn sie auf der Ventilabdeckung 27 angeordnet ist, im Allgemeinen einen Abstand von ungefähr 0,1 bis 2 cm von der Klappe oder Membran 32 des Ausatemventils auf, vorzugsweise weniger als ungefähr 1,5 cm und bevorzugter weniger als etwa 1 cm vom kürzesten Abstand zur Membran 32. Der Abstand zwischen der vorderen Platte 53 und der Membran 32, die die Ventilabdeckung 27 schützt, kann bei der Tätigkeit des Ausatemventils 22 in Verbindung mit dem Umlenkelement 50 entscheidend sein. Wenn die vordere Platte 53 zu nah an der Membran 32 ist, kann das Umlenkelement die Luftströmung einschränken, wodurch die Wirksamkeit des Ventils 22 verringert wird. Wenn umgekehrt die vordere Platte 53 zu weit weg von der Membran ist, kann es sein, dass die Geschwindigkeit der Teilchen nicht ausreichend hoch ist, damit die Teilchen auf die vordere Platte 53 auftreffen. Dieser fehlende Aufprall würde es den Teilchen und Verunreinigungen ermöglichen, mit dem Luftstrom, der in den äußeren Gasraum strömt, mitbefördert zu werden.
9 zeigt ein Ausatemventil 22, das eine Ventilabdeckung 27' aufweist, die einstückig mit einem Umlenkelement 60 ist. Das Umlenkelement 60 weist eine scharfe Krümmung 62 auf, die auch als Lippe fungieren kann, um eingefangene Teilchen zurückzuhalten. Es ist dargestellt, dass der Strom 100 der Ausatemluft das Ventil an der Membran 32 vorbei auf einem festgelegten Weg verlässt, dann jedoch vom Umlenkelement 60 umgeleitet wird (dargestellt als umgeleiteter Luftstrom 101). 10 zeigt einen Ablenkwinkel von ungefähr 160 Grad.
Ein Umlenkelement wirkt, indem es einen gekrümmten Weg des Luftstroms erzeugt, der es Teilchen ermöglicht, auf die Oberfläche des Umlenkelements aufzutreffen und aus dem Strom beseitigt zu werden. Es gibt einen entscheidenden Punkt in der umgeleiteten Luft, wenn ein Teilchen nicht länger im Luftstrom suspendiert bleiben kann und vom Luftstrom abweicht und aufgefangen wird. Dieser Punkt hängt von der Masse des Teilchens ab (das heißt, der Größe und Dichte des Teilchens), der Geschwindigkeit des Luftstroms und dem Weg des Luftstroms. Das Umlenkelement wird auf der Grundlage der Annahme ausgestaltet, dass der Weg des Luftstroms ausreichend verändert wird, sodass das Teilchen den Veränderungen des Strömungswegs nicht folgen kann. Jedes Teilchen, das dem Weg des Luftstroms nicht folgen kann, trifft auf das Umlenkelement auf und wird davon zurückgehalten.
Jedes Teilchen besitzt einen gewissen Impuls, der abhängig von seiner Masse ist, multipliziert mit seiner Geschwindigkeit. Es gibt einen Punkt für jedes Teilchen, an dem sein Impuls zu groß ist, um von dem Luftstrom, der es befördert, verschoben oder gedreht zu werden, was dazu führt, dass das Teilchen auf das Hindernis trifft, das den übrigen Luftstrom ablenkt. Das Umlenkelement fängt diese Teilchen auf, die sich nicht drehen können, um dem Luftstrom zu folgen. Vorzugsweise wird im Wesentlichen die gesamte Luft, die durch das Ventil ausgeatmet wird, von dem Umlenkelement abgelenkt, sodass im Wesentlichen alle Teilchen vom Umlenkelement zurückgehalten werden.
Damit es zum Auftreffen eines Teilchens kommt, sollte das Teilchen eine Stokes-Zahl (die den Zustand des Teilchenimpulses beschreibt) für den Luftstrom beim normalen Ausatmen von üblicherweise über etwa 0,3 aufweisen, wenn sie durch die Gleichung:
definiert ist, wobei I die Stokes-Zahl ist, C_c der Cunnigham-Korrekturfaktor für die Gleitströmung ist, ρ_p die Teilchendichte ist, D_p der Teilchendurchmesser ist, U_j die Geschwindigkeit des Luftstrahls ist, der die Ventilöffnung bei der Öffnungshöhe verlässt, D_j die Höhe einer Öffnung der Ventilmembran ist und μ_f die Viskosität der Luft ist.
Auch mit einem Ventil auf dem Atemschutzgerät können Filtermasken einen hohen Prozentsatz von Teilchen aus dem Strom der ausgeatmeten Luft beseitigen. Durch die Verwendung eines Umlenkelements mit einem Ventil wird jedoch der Prozentsatz von Teilchen, der aus dem Luftstrom, der in die Umgebung ausgeatmet wird, beseitigt wird, wesentlich erhöht, vorzugsweise auf mindestens etwa 99,99%.
10 veranschaulicht den Abstand Z_n von der Membran 32 zum Umlenkelement 50 und die Höhe einer Öffnung des Ausatemventils D_j. Der Abstand Z_n wird gemessen von der offenen Ventilmembran senkrecht zum Umlenkelement in Richtung einer geradlinigen Verlängerung der Ventilmembran von ihrer Spitze aus, wenn das Ventil offen und einem Luftstrom im Normalausatmungstest ausgesetzt ist. Die Höhe einer Öffnung des Ventils, D_j, wird im Normalausatmungstest an der breitesten Öffnung gemessen.
Ein „Normalausatmungstest" ist ein Test, der die normale Ausatmung einer Person nachahmt. Der Test beinhaltet das Befestigen einer Filter- und Gesichtsmaske an einer 0,5 Zentimeter (cm) starken flachen Metallplatte, die eine kreisförmige Öffnung oder Düse von 1,61 Quadratzentimetern (cm²) (Durchmesser 9/16 Inch) darin aufweist. Die Filter- und Gesichtsmaske ist derart an der Basis der Maske an der flachen Metallplatte befestigt, dass der Luftstrom, der die Düse passiert, in das Innere des Maskenkörpers unmittelbar auf das Ausatemventil zu gerichtet ist (das heißt, der Luftstrom ist entlang dem kürzesten Abstand auf gerader Linie von einem Punkt auf einer Ebene, die die Basis der Maske halbiert, zum Ausatemventil gerichtet). Die Platte ist waagerecht an einer senkrecht ausgerichteten Röhre befestigt. Ein Luftstrom, der durch die Röhre befördert wird, strömt durch die Düse und gelangt in das Innere der Gesichtsmaske. Die Geschwindigkeit der Luft, die durch die Düse strömt, kann ermittelt werden, indem der Luftdurchsatz (Volumen/Zeit) durch die Querschnittfläche der kreisförmigen Öffnung geteilt wird. Der Druckabfall kann bestimmt werden, indem ein Sensor eines Manometers im Inneren der Filter- und Gesichtsmaske platziert wird. Beim Messen von D_j sollte der Luftdurchsatz auf 79 Liter je Minute (l/min) einge stellt sein. Bei einem Umlenkelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis Z_n/D kleiner als etwa 5, vorzugsweise kleiner als etwa 4, bevorzugter kleiner als etwa 2, und ist üblicherweise größer als 0,5, vorzugsweise größer als 1, bevorzugter größer als 1,2. Der Normalausatmungstest ist auch in der US-Patentschrift 5,325,892 (Japuntich et al.) erwähnt. Mit einer Maske, die ein Umlenkelement aufweist, mit dem ein erfindungsgemäßes Z_n/D_j-Verhältnis bereitgestellt wird, wird ein Umlenkelement geschaffen, das einen Großteil der Teilchen beseitigen kann, die durch das Ausatemventil herauskommen, auf dem das Umlenkelement angeordnet ist.
Bei der Konstruktion von Umlenkelementen für die Arbeitshygiene wird das Z_n/D_j-Verhältnis für den Luftprobenahme-Teilcheneinfangwirkungsgrad gewöhnlich zur Quadratwurzel der Stokes-Zahl in Beziehung gesetzt. Eine Zusammenfassung dieser Technologie findet sich in der Quelle: T. T. Mercer, „Chapter 6, Section 6–3, Impaction Methods", Aerosol Technology in Hazard Evaluation, S. 222–239, Academic Press, New York, N. Y., (1973). In T. T. Mercer (1973) muss für einen Wirkungsgrad von 50 Prozent beim Einfangen von Teilchen, die von rechteckig geformten Strahlen auf einer glatten Oberfläche auftreffen, die Quadratwurzel der Stokes-Zahl größer als etwa 0,75 bei Z_n/D_j = 1 und etwa 0,82 bei Z_n/D_j = 2 sein. Wird von Daten von Mercer für einen Wirkungsgrad von 95% beim Teilcheneinfang von Teilchen, die von runden Strahlen auf einer glatten Oberfläche auftreffen, extrapoliert, sollte die Quadratwurzel der Stokes-Zahl größer als etwa 0,6 bei Z_n/D_j = 1 und 0,5 bei Z_n/D_j = 2 sein. Im Allgemeinen ist für den Einfang von über 95% von Teilchen, die von einem Ventil in einem filternden Atemschutzgerät für das Gesicht ausgestoßen werden, die Quadratwurzel der Stokes-Zahl vorzugsweise größer als 0,5 bei Z_n/D_j = 2 und größer als 0,6 bei Z_n/D_j = 1.
Das Umlenkelement bietet anderen Personen oder Gegenständen einen gewissen Schutz, indem es die Menge von Verunreinigungen verringert, die in den äußeren Gasraum ausgestoßen werden, während es gleichzeitig einen besseren Tragekomfort bietet und es dem Träger ermöglicht, eine dicht anliegende Maske aufzusetzen. Es kann sein, dass das Atemschutzgerät, das ein Umlenkelement aufweist, nicht unbedingt alle Teilchen aus einem Ausatemstrom beseitigt, sollte jedoch mindestens 95%, gewöhnlich mindestens etwa 98%, vorzugsweise mindestens etwa 99%, bevorzugter mindestens etwa 99,9% und noch bevorzugter mindestens 99,99% der Teilchen beseitigen, wenn der Test gemäß dem nachfolgend beschriebenen Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien erfolgt. Das Umlenkelement weist eine erhöhte Wirksamkeit von mindestens etwa 70%, vorzugsweise mindestens etwa 75% und am bevorzugtesten mindestens etwa 80% gegenüber demselben Atemschutzgerät erhöht, dem das Umlenkelement fehlt. Verunreinigungen, die nicht aus dem Ausatemstrom beseitigt werden, können dennoch vom Umlenkelement umgeleitet und in eine sicherere Position gebracht werden.
Das Atemschutzgerät ermöglicht, dass vorzugsweise mindestens 75 Prozent Luft, die in den inneren Gasraum gelangt, durch das Ausatemventil und an dem Umlenkelement vorbei strömt. Bevorzugter strömen mindestens 90 Prozent und noch bevorzugter mindestens 95 Prozent der ausgeatmeten Luft durch das Ausatemventil und an dem Umlenkelement vorbei, anstatt durch die Filtermedien zu strömen oder möglicherweise an der Maskenaußenfläche zu entweichen. In Fällen beispielsweise, in denen die Ventile verwendet werden, die in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 (Japuntich et al.) beschrieben sind, und das Umlenkelement einen geringeren Druckabfall als der Maskenkörper zeigt, können mehr als 100 Prozent der eingeatmeten Luft durch das Ausatemventil und an dem Umlenkelement vorbei strömen. Wie in den Patentschriften von Japuntich et al. beschrieben ist, kann dies vorkommen, wenn Luft mit hoher Geschwindigkeit in die Filter- und Gesichtsmaske geleitet wird. In einigen Fällen können mehr als 100 Prozent der ausgeatmeten Luft durch das Ventil hinausströmen. Dieses Ergebnis wird von einem Nettoeinstrom Luft durch die Filtermedien in die Maske hinein durch Einziehen der Luft verursacht.
Es wurde festgestellt, dass Atemschutzgeräte, die ein erfindungsgemäßes Umlenkelement aufweisen, Industrienormen für Eigenschaften wie Flüssigkeitsdichtigkeit, Filterwirksamkeit und Tragekomfort erfüllen oder übertreffen. Im medizinischen Bereich wird für Gesichtsmasken üblicherweise die Wirksamkeit des Filters gegenüber Bakterien (BFE) beurteilt, die die Fähigkeit einer Maske ist, Teilchen wie Bakterien, die der Träger ausstößt, zu beseitigen. BFE-Tests sind dafür bestimmt, den Prozentsatz von Teilchen zu berechnen, der aus dem Maskeninneren entweicht. Es gibt drei Tests, die vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium benannt und unter MIL-M-36954C, Military Specification: Mask, Surgical, Disposable (12. Juni 1975) veröffentlicht sind, mit denen die BFE berechnet wird. Als Mindestindustriestandard sollte ein chirurgisches Produkt eine Wirksamkeit von mindestens 95% aufweisen, wenn es nach diesen Tests beurteilt wird.
Die BFE wird berechnet, indem die Durchdringung in Prozent von 100% abgezogen wird. Die Durchdringung in Prozent ist das Verhältnis der Anzahl von Teilchen hinter der Maske zur Anzahl von Teilchen vor der Maske. Atemschutzgeräte, die ein integriert angeordnetes, elektrisch geladenes Meltblown-Mikrofasernetz aus Polypropylen als Filtermedium verwenden und ein Umlenkelement gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, können den Mindestindustriestandard übertreffen.
Atemschutzgeräte sollten auch einen Flüssigkeitsdichtigkeitstest bestehen, bei dem fünfmal künst liches Blut mit einem Druck von 5 Pfund je Quadratinch (psi) (3,4 × 10⁴ N/m²) gegen die Maske gedrückt wird. Gelangt kein künstliches Blut durch die Maske, besteht sie den Test und wenn künstliches Blut nachgewiesen wird, besteht sie ihn nicht. Atemschutzgeräte, die ein Ausatemventil und ein Umlenkelement gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, waren imstande, diesen Test zu bestehen, wenn das Umlenkelement an der Außenseite oder Seite der Umgebungsluft des Ventils platziert wird. Daher können Atemschutzgeräte der vorliegenden Erfindung beim Gebrauch einen guten Schutz gegen Flüssigkeitsspritzer bieten.
BEISPIELE
Atemschutzgeräte, die ein Ausatemventil und eine Ventilabdeckung aufweisen, wurden folgendermaßen hergestellt. Die Ausatemventile, die verwendet wurden, sind in der US-Patentschrift 5,325,892 (Japuntich et al.) beschrieben und auf Gesichtsmasken von 3M als Ausatemventile 3M Cool Flow^TM erhältlich. Um für die Tests die Gesichtsmaske mit Ventil herzustellen, wurde in die Mitte eines Atemschutzgeräts 1860^TM, Typ N95 von 3M ein Loch mit einem Durchmesser von zwei Zentimetern (cm) geschnitten. Das Ventil wurde über dem Loch unter Verwendung eines Ultraschallschweißgeräts von Branson Ultrasonics Corporation (Danbury, Connecticut) am Atemschutzgerät befestigt.
Vier Umlenkelemente, Beispiel 1 bis 4, wurden aus einer 0,05 cm starken klaren Polystyrolfolie vakuumgeformt. Die Abmessungen jedes Umlenkelements unter Bezug auf 11 sind nachstehend in Tabelle 1 angegeben. Die Höhe einer Öffnung des Ventils D_j in Tabelle 1 wurde gemessen, wie es in 10 dargestellt ist, und stellt den Abstand dar, um den sich das Ventil bei einem bestimmten Luftstrom und einer bestimmten Luftgeschwindigkeit bei dem Druckabfall über die Gesichtsmaske öffnet. Die Messungen erfolgten unter Verwendung des Normalausatmungstests. In Tabelle 1 ist auch der Umlenkelementabstand Z_n angegeben. Z_n wurde, wie in
10 dargestellt, als Abstand von der Innenseite des Umlenkelements senkrecht zu einer Linie gemessen, die von der offenen Membran zum Ventilsitz gezogen wird.

Bei einer Breite der Ventilöffnung von 2 cm betrug die berechnete Quadratwurzel der Stokes-Zahl für ein Wasserteilchen von 3 Mikrometern für den Luftdurchsatz von 79 l/min bei der gemessenen Höhe einer Öffnung des Ventils 1,01. TABELLE 1

Abmessungen für Umlenkelemente mit Bezug auf die Figuren 10 und 11
Beispiel	„A" (cm)	„B" (cm)	„C" (cm)	„D" (cm)	Umlenkelementabstand Z_n (cm)	Höhe einer Öffnung des Ventils D_j(cm)	Z_n/D_j bei 79 l/min
1	1,1	3,5	4,6	7,6	0,70	0,42	1,7
2	1,8	4,8	4,5	6,1	1,77	0,42	4,2
3	1,5	3,6	4,5	7,5	0,64	0,42	1,5
4	18	38	42	71	0,58	0,42	1,4

Jedes der Umlenkelemente wurde durch Einschnappen des Umlenkelements an der Ventilabdeckung abnehmbar am Ausatemventil befestigt. Jedes Atemschutzgerät wurde hinsichtlich der Flüssigkeitsdichtigkeit und der Ventildurchströmung als Prozentsatz gemäß den nachstehend ausgeführten Prüfverfahren beurteilt.
Das Vergleichsbeispiel war ein Atemschutzgerät 1860^TM von 3M mit einem Ausatemventil, jedoch ohne am Ausatemventil befestigten Umlenkelement.
Flüssigkeitsdichtigkeitstest
Um Blutspritzer aus der geplatzten Arterie eines Patienten nachzuahmen, kann ein bekanntes Blutvolumen mit einer bekannten Geschwindigkeit gemäß der australischen Norm AS 4381-1996 (Anhang D) für OP-Gesichtsmasken, veröffentlicht von Standards Australia (australische Normungsorganisation), 1 The Crescent, Homebush, NSW 2140, Australien, auf das Ventil auftreffen.
Die Prüfung erfolgte ähnlich dem australischen Verfahren mit einigen nachstehend beschriebenen Änderungen. Eine Lösung aus künstlichem Blut wurde durch Mischen von 1000 Milliliter (ml) vollentsalztem Wasser, 25,0 g „ACRYSOL G110" (erhältlich von Rohm and Haas, Philadelphia, Pennsylvania) und 10,0 g Farbstoff „RED 081" (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) hergestellt. Die Oberflächenspannung wurde gemessen und angepasst, indem nach Bedarf „BRIJ 30^TM", ein nichtionogenes Tensid (erhältlich von ICI Surfactants, Wilmington, Delaware), zugegeben wurde, sodass sie zwischen 40 und 44 dyn/cm lag.
Die Maske, mit dem Umlenkelement an seinem Platz über der Ventilabdeckung und mit gestützter offener Ventilmembran, wurde 18 Inch (46 cm) von einer 0,033 Inch (0,084 cm) großen Öffnung (Ventil mit 18er Maß) entfernt platziert. Künstliches Blut wurde aus der Öffnung gespritzt und damit unmittelbar auf die Öffnung zwischen dem Ventilsitz und der offenen Ventilmembran gezielt. Das Ventil wurde offen gehalten, indem ein kleines Stück Schaumstoff zwischen die Querelemente des Ventilsitzes und die Membran gelegt wurde. Die Zeit wurde so eingestellt, dass ein Volumen von 2 ml künstlichem Blut mit einem Behälterdruck von 5 psi (3,4 × 104 N/m²) aus der Öffnung abgegeben wurde. Ein Stück Löschpapier wurde auf die Innenseite der Maske unmittelbar unter dem Ventilsitz gelegt, um jegliches künstliche Blut nachzuweisen, das durch das Ventil zur Gesichtsseite des Körpers des Atemschutzgeräts dringt. Das Ventil wurde fünfmal künstlichem Blut ausgesetzt. Jeder Nachweis von künstlichem Blut auf dem Löschpapier oder an einer beliebigen Stelle auf der Gesichtsseite des Atemschutzgeräts nach fünf Durchgängen wurde als Nicht Bestanden betrachtet. Kein Nachweis von Blut auf der Gesichtsseite des Atemschutzgeräts nach fünf Durchgängen wurde als Bestanden betrachtet. Das Passieren von künstlichem Blut durch den Körper des Atemschutzgeräts wurde nicht bewertet.

Ergebnisse der Flüssigkeitsdichtigkeitsprüfung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren bei Atemschutzgeräten, die Umlenkelemente besitzen, sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Daten in Tabelle 2 zeigen, dass Umlenkelemente der Erfindung in der Lage waren, eine gute Dichtigkeit gegenüber verspritzten Flüssigkeiten zu bieten. TABELLE 2

Flüssigkeitsdichtigkeit von Cool Flow^TM-Ausatemventilen von 3M^TM mit einem Umlenkelement, befestigt auf einem Atemschutzgerät 1860^TM von 3M
Beispiel	Ergebnisse des Flüssigkeitsdichtigkeitstests
Vergleich	Nicht bestanden
1	Bestanden
2	Bestanden
3	Bestanden
4	Bestanden

Test der Ventildurchströmung als Prozentsatz
Es wurden Ausatemventile, die ein Umlenkelement aufwiesen, geprüft, um den Prozentsatz des ausgeatmeten Luftstroms zu beurteilen, der das Atemschutzgerät durch das Ausatemventil und das Umlenkelement verlässt und nicht durch den Filterabschnitt des Atemschutzgeräts hinausströmt. Die Wirksamkeit des Ausatemventils beim Abführen des Atems ist ein Hauptfaktor, der den Trage komfort beeinflusst. Die Ventildurchströmung als Prozentsatz wurde unter Verwendung eines Normalausatmungstests bewertet.
Die Gesamtdurchströmung in Prozent wurde mit dem folgenden Verfahren ermittelt, wobei zum besseren Verständnis halber Bezug auf 12 genommen wird. Zuerst wurde die lineare Gleichung bestimmt, die das Verhältnis vom Volumenstrom durch die Filtermedien der Maske (Q_f) zum Druckabfall (ΔP) über die Maske beschreibt, während das Ventil geschlossen gehalten wurde. Anschließend wurde der Druckabfall über die Gesichtsmaske bei einem bestimmten Ausatemvolumenstrom (Q_T) gemessen, wobei das Ventil öffnen durfte. Der Strom durch die Filtermedien der Gesichtsmaske Q_f wurde bei dem gemessenen Druckabfall aus der linearen Gleichung ermittelt. Der Strom durch das Ventil allein (Q) wurde berechnet als Q_v = Q_T – Q_f. Der Prozentsatz des gesamten Ausatemstroms durch das Ventil wurde berechnet mit 100 × (Q_T – Q_f)/Q_T.
Wenn der Druckabfall über die Gesichtsmaske bei einem bestimmten Q_T negativ ist, ist auch der Luftstrom durch die Filtermedien der Gesichtsmaske in das Maskeninnere negativ, wodurch sich der Zustand ergibt, dass der Strom hinaus durch die Ventilöffnung Q_v größer ist als der Ausatemstrom Q_T. Wenn Q_f negativ ist, wird daher beim Ausatmen tatsächlich Luft nach innen durch den Filter eingesaugt und durch das Ventil befördert, was zu einem Prozentsatz des gesamten Ausatemstroms von über 100% führt. Dies wird als Einziehen der Luft bezeichnet und verschafft dem Träger eine kühlende Wirkung.

Die Ergebnisse der Prüfung von Konstruktionen mit erfindungsgemäßen Umlenkelementen sind nachstehend in Tabelle 3 dargestellt. TABELLE 3

Ventildurchströmung als Prozentsatz bei 42 und 79 Litern/Minute (l/min) von Cool Flow^TM-Ausatemventilen von 3M^TM mit Umlenkelementen, befestigt auf Atemschutzgeräten 1860^TM von 3M
Beispiel	Ausatemluftstrom durch Ventil (%)
Vergleich	116%
1	103%
2	101%
3	100%
4	107%

Die Daten in Tabelle 3 zeigen, dass ein guter Prozentsatz der Durchströmung des Ausatemventils und an dem Umlenkelement vorbei bei einem Normalausatmungstest erreicht werden kann.
Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien
Die Umlenkelemente wurden geprüft, um die Menge an Teilchen zu ermitteln, die durch das Ausatemventil gelangt und die vom Umlenkelement abgelenkt oder aufgefangen wird. Der Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien ist ein in vivo-Verfahren zum Beurteilen der Filterwirksamkeit von OP-Gesichtsmasken. Dies bedeutet, dass die Wirksamkeit einer Maske unter Verwendung lebender Mikroorganismen bestimmt wird, die ein Mensch während der Maskenverwendung produziert.
Das Verfahren, wie es in V. W. Green and D. Vesley, Method for Evaluating Effectiveness of Surgical Masks, 83 J. BACT 663–67 (1962) beschrieben ist, beinhaltet das Sprechen einer bestimmten Anzahl von Worten in einem bestimmten Zeitraum, während die Testmaske getragen wird. Vom Mund erzeugte Tröpfchen, die Mikroorganismen enthalten, die nicht von der Maske eingefangen werden, werden in einer Prüfkammer aufgenommen und mit Vakuum in ein Andersen-Probenahmegerät gesaugt (Andersen, A. A., New Sampler for the Collection, Sizing and Enumeration of Viable Particles, 76 J. BACT. 471–84 (1958)), wo die Mikroorganismen auf Platten eingefangen werden, die ein Agar-Nährmedium für das Bakterienwachstum aufweisen. Ein Kontrolltest, der ohne Maske über dem Mund des Sprechenden durchgeführt wird, wird zur Berechnung des der Wirksamkeit der Probemaske in Prozent verwendet (d. h. das Beispiel KONTROLLE).
Das Verfahren, das von Green und Vesley beschrieben wurde, bewertet die Wirksamkeit der Maskenmedien und den Sitz am Gesicht, indem die Anzahl von Teilchen beobachtet wird, die nicht von der Maske eingefangen werden. Bei dem vorliegenden Test weisen die Atemmasken, die für die Prüfung verwendet werden, das heißt die Atemschutzgeräts 1860, Typ N95 von 3M, eine ausreichend hohe Wirksamkeit der Medien und einen guten Sitz am Gesicht auf, sodass die Mehrheit der ermittelten Mikroorganismen die waren, die durch das Ausatemventil nach außen gelangten. Um jegliche Undichtigkeiten der Dichtung am Gesicht zu minimieren, wurden die Atemschutzgeräte vor dem Test jeweils auf ihren Sitz hin unter Verwendung des FT-10-Tests Saccharin Face Fit des Unternehmens 3M (im Handel von 3M erhältlich) getestet. Der maximale Abstand, um den sich die Ventilmembran öffnen konnte, betrug 0,65 cm.
Die Tests wurden von Nelson Laboratories, Inc., Salt Lake City, Utah, gemäß dem Verfahren von Green und Vesley durchgeführt. Die Kammer war so aufgebaut, wie es bei Green und Vesley ausgeführt ist. Sie bestand aus einer Kammer von 40,6 cm × 40,6 cm × 162,6 cm, die von einem Metallrahmen gehalten wurde. Der untere Abschnitt der Kammer verjüngte sich hin zu einem quadratischen Boden von 10,2 cm, der durchlöchert war, damit ein Andersen-Probenahmegerät daran befestigt werden konnte. Die Summe aller lebenden Teilchen, die auf den sechs Stufen des Andersen-Probenahmegeräts eingefangen wurden, wurde zur Bewertung der Aerosolbelastung verwendet. Der Luftstrom durch das Probenahmegerät wurde bei 28,32 Liter/min gehalten und alle Platten des Probenahmegeräts enthielten Sojamehl-Casein-Pepton-Agar. Nach der Probenahme wurden die Platten, die mit Mikroorganismen verunreinigt waren, 24 bis 48 Stunden lang bei 37°C+/–2°C inkubiert.
Nach der Inkubation wurden die Organismen auf den Platten gezählt und die Anzahl wurde unter Verwendung der Umrechnungstabellen von Andersen (1958) in mögliche Treffer umgewandelt. Der mittlere aerodynamische Massendurchmesser der Teilchen der vom Mund erzeugten Teilchen betrug 3,4 Mikrometer, berechnet nach dem Verfahren von Andersen (1958). Die Filterwirksamkeit gegenüber Bakterien (BFE) in Prozent wurde berechnet als: %BFE = [(A – B)/A]×100wobei:

A: = Anzahl bei Kontrolle ohne Maske (d. h. Beispiel KONTROLLE)
B: = Anzahl mit Prüfprobe (d. h. Beispiel 1 bis 4)

Von jedem von vier beispielhaften Umlenkelementen auf der Abdeckung des Ausatemventils wurden zwei Proben getestet. Die durchschnittlichen Ergebnisse der beiden Tests für die Proben sind nachstehend in der Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse für das Vergleichsbeispiel waren der Durchschnitt von zwei Wiederholungsversuchen, bei denen kein Umlenkelement am Ausatemventil angebracht war.
Die Wirksamkeit des Umlenkelements der Ventile, die Umlenkelemente aufwiesen, die an den Ventilen befestigt waren, ist im Vergleich zu den Ventilen ohne Umlenkelement in der letzten Spalte in Tabelle 4 dargestellt. Die Wirksamkeit des Umlenkelements wird berechnet als: % WIRKSAMKEIT DES UMLENKELEMENTS = [(C – D)/C]×100,wobei:

C: = Anzahl ohne vorhandenes Umlenkelement (d. h. Vergleichsbeispiel)
D: = Anzahl mit vorhandenem Umlenkelement

Ergebnisse des Filterwirksamkeitstests gegenüber Bakterien mit Atemschutzgeräten 1860^TM von 3M, die Cool Flow^TM-Ausatemventile und Umlenkelemente aufweisen, die aufden Atemschutzgeräten befestigt sind
Beispiel	Umlenkelementabstand (cm) bei 79 l/min	Gesamtbakterienzahl mit Anderson- Probenahmegerät	BFE % Wirksamkeit	% Wirksamkeit des Umlenkelements
KONTROLLE	–	37672	–	–
Vergleich	–	14,0	99,9628	–
1	0,70	3,0	99,9920	78,6
2	1,77	3,5	99,9907	75,0
3	0,64	2,5	99,9934	82,1
4	0,58	2,5	99,9934	82,1

Die Daten zeigen, dass ein Anstieg der Filterwirksamkeit gegenüber Bakterien von etwa 0,03 Prozent erreicht wurde, als ein Umlenkelement in Verbindung mit einer Filter- und Gesichtsmaske verwendet wurde, die ein Ventil aufweist, im Vergleich zu einer Gesichtsmaske mit Ventil ohne Verwendung eines Umlenkelements.
Jeder Anstieg der Wirksamkeit, selbst 0,01%, ist insoweit eine merkliche Verbesserung, als die Anzahl von Teilchen, die möglicherweise mit einem Patienten oder einer anderen äußeren Fläche in Berührung kommt, verringert wird. Die Daten zeigen weiterhin, dass die Verwendung eines Umlenkelements die Menge an Teilchen, die durch das Ausatemventil gelangten, bei diesen Beispielen um 75 bis 82% verringerte, wodurch eine Atemmaske geschaffen wird, die ein Ausatemventil aufweist, das eine Filterwirksamkeit gegenüber Bakterien (BFE) von über 99,99% aufweist.
Die Ergebnisse zeigen auch einen Anstieg der Wirksamkeit des Umlenkelements und des Prozentsatzes der BFE, wenn der Abstand zwischen dem Umlenkelement und dem Ausatemventil abnimmt, was in der Theorie zum Umlenkelement vorhergesagt wird, die zuvor in der ausführlichen Beschreibung erörtert ist.
Schlüssel zu den Figuren
1
(Stand der Technik)
2
(Stand der Technik)
3
(Stand der Technik)

Claims

Unterdruck-Atemschutzgerät (20; 20'), das aufweist: (a) einen Maskenkörper (24), der einen inneren Gasraum und einen äußeren Gasraum definiert, wobei der Maskenkörper eine integriert angeordnete Einatemfilterschicht (28) zum Filtern eingeatmeter Luft aufweist, die durch den Maskenkörper strömt, (b) ein Ausatemventil (22), das auf dem Maskenkörper (24) angeordnet ist, wobei das Ausatemventil eine Ventilmembran (32) und mindestens eine Öffnung (35) aufweist, wobei Ventilmembran und die Öffnung so aufgebaut und angeordnet sind, dass ein Ausatemstrom (100) aus dem inneren Gasraum zum äußeren Gasraum strömen kann, und (c) ein Umlenkelement (50), das auf dem Ausatemventil (22) im Ausatemstrom (100) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausatemventil und das Umlenkelement das Atemschutzgerät mit einem Verhältnis des Abstands zwischen einer Ventilöffnung und dem Umlenkelement (Z_n) zur Höhe einer Öffnung des Ausatemventils (D_j) von weniger als etwa 5 versehen.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) so aufgebaut und angeordnet ist, dass es den Blick auf die Ventilmembran versperrt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei die integriert angeordnete Einatemfilterelement schicht (28) eine Schicht aus verworrenen, elektrisch geladenen, Meltblown-Mikrofasern aufweist und wobei der Maskenkörper (24) ferner eine formende Schicht aufweist, die dem Maskenkörper strukturelle Integrität verleiht.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Ausatemventil (22) einen Ventilsitz (30) und eine einzelne flexible Klappe (32) aufweist, die einseitig am Ventilsitz befestigt ist, wobei die flexible Klappe (32) ein freies Ende (34) aufweist, das entfernt vom und unter dem befestigten Ende (38) der Klappe (32) angeordnet ist, wenn die Maske getragen wird, wobei das freie Ende (34) lose ist und vom Ventilsitz (30) hochgehoben werden kann, wenn während des Ausatmens ein beträchtlicher Druck erreicht wird.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Ausatemventil (22) eine Ventilabdeckung (27) aufweist, die Ventilöffnungen (46) aufweist, wobei das Umlenkelement (50) den Großteil der Ventilabdeckung (27) und die Ventilöffnungen (46) bedeckt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei mindestens 99% aller Teilchen im Ausatemstrom (100) daran gehindert werden, aus dem inneren Gasraum in den äußeren Gasraum zu gelangen, wenn der Test gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien erfolgt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei mindestens 99,9% aller Teilchen im Ausatemstrom (100) daran gehindert werden, aus dem inneren Gasraum in den äußeren Gasraum zu gelangen, wenn der Test gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien erfolgt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei mindestens 99,99% der Teilchen im Ausatemstrom (100) daran gehindert werden, aus dem inneren Gasraum in den äußeren Gasraum zu gelangen, wenn der Test gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien erfolgt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) im Ausatemstrom (100) angeordnet ist und Teilchen aus ihm beseitigt, indem die Strömung scharf umgeleitet wird, nachdem sie durch die Ventilöffnung (35) geströmt ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 9, wobei das Umlenkelement (50) im Wesentlichen die gesamte Luft im Ausatemstrom (100) mindestens 90 Grad umlenkt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) durchsichtig ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) derart angepasst ist, dass sich das Umlenkelement durch die Platzierung im Ausatemstrom (100) im Weg des geringsten Widerstands befindet, wenn eine Person ausatmet.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei der Maskenkörper (24) eine Öffnung (44) aufweist, die darin angeordnet ist, wobei das Ausatemventil (22) auf dem Maskenkörper (24) an der Öffnung (44) angeordnet ist und wobei das Ausatemventil (22) einen Ventildeckel (27) aufweist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 13, wobei das Umlenkelement (50) auf dem Ventildeckel (27) angeordnet ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) abnehmbar ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 13, wobei das Umlenkelement (50) einstückig mit dem Ventildeckel (27) ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) und der Ventildeckel (27) ein und dasselbe sind.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei mindestens 100% der Luft, die in den inneren Gasraum gelangt, um durch das Ausatemventil (22) zu strömen, vom Umlenkelement (50) abgelenkt wird, wenn der Test gemäß dem Test der Ventildurchströmung als Prozentsatz erfolgt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, das in der Lage ist, den Flüssigkeitsdichtigkeitstest zu bestehen.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) eine vordere Platte (53) aufweist, die im Weg des Ausatemstroms (100) angeordnet ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 20, wobei das Umlenkelement (50) ferner eine Mulde (56) aufweist, die dabei behilflich ist, Teilchen zurückzuhalten, die vom Umlenkelement (50) aufgefangen werden.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 20, wobei das Umlenkelement (50) ferner ein linkes und ein rechtes Ablenkelement (58) aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der vorderen Platte (53) angeordnet sind.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis Z_n zu D_j kleiner als etwa 4 ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 23, wobei das Verhältnis Z_n zu D_j kleiner als etwa 2 ist und größer als 0,5 ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 24, wobei das Verhältnis Z_n zu D_j größer als 1 ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 25, wobei das Verhältnis Z_n zu D_j größer als 1,2 ist.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) den Teilcheneinfang gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien um mindestens 70% gegenüber demselben Atemschutzgerät erhöht, dem das Umlenkelement fehlt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) den Teilcheneinfang gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien um mindestens 75% gegenüber demselben Atemschutzgerät erhöht, dem das Umlenkelement fehlt.
Unterdruck-Atemschutzgerät nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (50) den Teilcheneinfang gemäß dem Filterwirksamkeitstest gegenüber Bakterien um mindestens 80% gegenüber demselben Atemschutzgerät erhöht, dem das Umlenkelement fehlt.
Verfahren zum Beseitigen von Verunreinigungen aus einem Ausatemstrom (100), wobei das Verfahren das Anordnen des Atemschutzgeräts nach Anspruch 1 mindestens über Nase und Mund eines Trägers und anschließend das Ausatmen von Luft aufweist, so dass ein wesentlicher Teil der ausgeatmeten Luft vom Umlenkelement (50) abgelenkt wird.