DE69308621T2

DE69308621T2 - Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil

Info

Publication number: DE69308621T2
Application number: DE69308621T
Authority: DE
Inventors: Nino M Granatiero
Original assignee: Siebe North Inc
Current assignee: North Safety Products LLC
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2013-04-16
Also published as: AU660783B2; US5385141A; CA2093871C; EP0566400B1; DE69308621D1; ZA932626B; MX9302208A; EP0566400A1; JPH067468A; SG50645A1; AU3698293A; ES2100457T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Verwendung in Verbindung mit einem Gesichtsteil einer Maske, die die Abgabe der Atemluft des Benutzers aus dem Inneren des Gesichtsteils zuläßt.
Es sind Atemmasken bekannt, die mit einem federbelasteten Ausatmungsventil versehen sind, wie beim in EP 325959 geoffenbarten Sicherheitshelm. Es ist auch wohlbekannt, Atemmasken mit einem Gesichtsteil bereitzustellen, in dem ein Ausatmungsventil und auch eine Sprachübertragungsmembran eingesetzt werden, um die Übertragung von Sprache durch das Gesichtsteil hindurch zu verbessern, wobei ein solches Gesichtsteil aus einem nachgiebigen schalldämpfenden gummiartigen Material hergestellt ist.
Aus der am 5. November 1963 an Gongoll et al. ausgegebenen US-PS-3.109.425 ist bekannt, ein solches Ausatmungsventil und eine solche Sprachmembran in Kombination miteinander als einstückige Unteranordnung zur Befestigung an einem Gesichtsteil bereitzustellen. Eine ähnliche Offenbarung findet sich in der am 22. Mai 1962 an Lytle et al. ausgegebenen US-PS-3.035.574, die ebenfalls eine einstückige Unteranordnung aus Ausatmungsventil und Sprachübertragungsmembran lehrt, die eine Maximierung der ununterbrochenen Vorderfläche des Gesichtsteils und eine Minimierung der Anzahl an Durchgangsöffnungen ermöglicht, die im Gesichtsteil vorgesehen sein müssen, um die erforderliche Kombination aus Einlaß- und Auslaßöffnungen und einer Sprachübertragungsmembran unterzubringen.
In einem weiteren Beispiel beschreibt die GB-940030 ein Ausatmungsventil mit einem Verschlußelement, das einen starren Ring umfaßt, über den eine Sprachübertragungsmembran straff gespannt ist. Der Ring kann mit einer Gummischeibe in Eingriff gebracht werden, um das Ventil zu schließen, aber es muß einen Druckabfall zum Inneren des Ventils hin geben, um dieses Verschließen zu bewirken, was dazu führt, daß der Träger etwas von der möglicherweise giftigen Außenatmosphäre einatmen muß. Weiters muß sich das Verschlußelement dieses Ventils nicht zwangsläufig linear bezogen auf die Ventilscheibe bewegen, wenn sich das Ventil öffnet und schließt, und daher besteht das Risiko, daß seine freie Bewegung behindert wird oder daß es nicht zuverlässig auf der Scheibe aufsitzt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil für eine Atemmaske bereitgestellt, die einen ringförmigen Ventilkörper mit einer zentralen Öffnung umfaßt und einen Ventilsitz für ein ringförmiges Ventilelement bereitstellt, das durch seine innere Peripherie auf einem ringförmigen Stützelement gehalten wird, auf dem auch eine Sprachübertragungsmembran gehalten wird, wobei das ringförmige Stützelement an einem Ende eines Ankerschafts befestigt ist, um von diesem gehalten zu werden, und eine Schraubenfeder vorgesehen ist, um das Ventil in eine geschlossene Position zu drängen, wobei ein Ende der Feder im Ventilkörper oder in einer am Körper befestigten vorderen Kappe durch sich radial erstreckende Stützfinger gehalten wird.
Bei einer Kombination aus Ausatmungsventil und Sprachübertragungsmembran gemäß vorliegender Erfindung können das Ausatmungsventil und die Sprachübertragungsmembran zur Bewegung im Gleichklang in bezug zum Gesichtsteil gehalten werden, sodaß, während der Benutzer spricht, wofür reguliertes Ausatmen durch den Benutzer unbedingt erforderlich ist, nicht nur die Schallwellen direkt durch die Sprachübertragungsmembran hindurch übertragen werden, sondern auch bewirkt wird, daß sich die Sprachübertragungsmembran unter dem Einfluß des modulierten Luftdrucks der vom Benutzer beim Sprechen ausgeatmeten Luft in Gleichklang mit dem Ausatmungsventil bewegt. Es ist festzustellen, daß im Vergleich zur Leistung anderer Ventile bei der Verwendung eine bemerkenswerte Verbesserung der Lautstärke und der Dynamik der übertragenen Sprache erzielt wird, ohne daß die Funktion des Ausatmungsventil in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine Kombination aus Ausatmungsventil und Sprachübertragungsmembran bereitgestellt werden, bei der die Anzahl an Öffnungen, die im Gesichtsteil vorgesehen sein müssen; reduziert wird, während gleichzeitig eine Reduktion der Größe der Unteranordnung ermöglicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sprachübertragungsmembran in der Mitte des Ausatmungsventils angeordnet, wobei die Sprachübertragungsmembran und das Ausatmungsventil auf einer Spinne aus leichtgewichtigem Material gehalten werden, die wiederum auf einem Ständer aus leichtgewichtigem Material gehalten wird, der bezogen auf einen Hauptkörper des Ventils axial frei beweglich ist, wobei der Ständer durch eine Feder in eine Ventilverschlußrichtung vorgespannt ist.
So bewegt sich das Ausatmungsventil, wenn der Benutzer ausatmet, auf ganz herkömmliche Weise von dem ihm zugeordneten Ventilsitz weg, sodaß der Benutzer ausatmen kann. Wenn der Benutzer, wie das häufig der Fall ist, während des Ausatmens spricht, werden nicht nur auf übliche Weise die Schallwellen durch die leichtgewichtige Sprachübertragungsmembran hindurch unter weiterem Pulsieren der ausgeatmeten Luft im Luftstrom am Ausatmungsventil vorbei übertragen, sondern bewegt sich außerdem der Körper der Sprachübertragungsmembran unter dem Einfluß des ausgestoßenen modulierten Luftdrucks auf die gleiche Weise wie der bei der Schallverstärkung verwendete Konus eines Lautsprechers vorwärts und rückwärts. So wird trotz der vom Ventil erzeugten Dämpfwirkung und der von der Sprachübertragungsmembran erzeugten Abschwächungswirkung durch die Körperbewegung der Sprachübertragungsmembran in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung im Vergleich zur Abschwächungswirkung auf die übertragene Sprache, die von einer relativ zum Gesichtsteil fixierten Sprachübertragungsmembran hervorgerufen wird, eine beträchtliche Verbeserung der Qualität des übertragenen Schalls erzielt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschreiben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt und in der:
Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ventilanordnung für eine Atemmaske ist; und
Fig. 2 ein Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform einer kombinierten Sprachübertragungsmembran- und Ventilanordnung für eine Atemmaske ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in ihrer Grundform, wobei die verschiedenen erörterterten Strukturen in Konstruktion und Anordnung modifiziert werden können, um spezifischen Anforderungen des zugeordneten Gesichtsteils zu entsprechen.
In Fig. 1 wird die kombinierte Membran- und Ausatmungsventilanordnung allgemein mit 10 bezeichnet, wobei das Ventil einen Ventilkörper 12 mit kreisförmiger Konfiguration umfaßt, der in eine Öffnung in einem Gesichtsteil 14 einzupassen ist, das in der Zeichnung teilweise gezeigt wird, um die Art der Verbindung des Ventilkörpers 12 mit dem Gesichtsteil 14 zu veranschaulichen. Wie dargestellt, ist der Ventilkörper 12 mit ringförmigen Flanschen 16 versehen, die einen ringförmigen Kanal definieren, in den ein Abschnitt des Gesichtsteils eingepaßt werden kann, wobei das Gesichtsteil dann über die Flansche 16 auf den entgegengesetzten Durchmesser gedehnt und in den zwischen den Flanschen 16 vorgesehenen ringförmigen Kanal eingefügt wird. Das Gesichtsteil, das aus einem gummiartigen Material besteht, zieht sich dann durch den ihm eigenen Memoryeffekt zusammen, sodaß es den Körper 12 in der Öffnung im Gesichtsteil fest umschließt.
Die Strömungsrichtung der ausgeatmeten Luft ist durch die Pfeile 18 angegeben, wobei der Ausatmungsluftstrom durch eine zentrale Öffnung 20 des Körpers 16, durch eine Spinne 22 hindurch erfolgt, wobei die ausgeatmete Luft dann an der allgemein mit 24 bezeichneten Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil vorbei in die Atmosphäre gelangt.
Der Ventilkörper 12 verfügt über einen Sitz 26 für ein ringförmiges Ventilelement 28, wobei das Ventilelement 28 aus einem Elastomermaterial gebildet ist.
Das ringförmige Ventileement 28 wird auf einer ringförmigen Stütze 30 getragen, wobei die ringförmige Stütze 30 aus einem harten Kunststoffmaterial oder wahlweise einem Leichtmetall gebildet ist. Das Ventileement 28 ist mit Flanschen 32 versehen, die über das Stützelement 30 passen, sodaß das Ventilelement 28 bezogen auf den Ventilsitz 26 in korrekter Ausrichtung gehalten wird.
Der ringförmige Rahmen 30 wird auf einer Spinne 34 gehalten, wobei die Spinne 34 wiederum auf einem Schaft 36 gehalten wird, der zur axialen Bewegung lose innerhalb eines rohrförmigen Fortsatzes 38 gehalten wird, der einstückig mit der Spinne 22 ausgebildet ist.
Der rohrförmige Fortsatz 38 ist von einer Feder 40 umgeben, wobei die Feder 40 zwischen der Spinne 22 und einer Endkappe 42 wirkt, die auf irgendeine zweckmäßige Weise am Schaff 36 befestigt ist, wie etwa durch Aufschrauben auf den Schaft 36. In der Zeichnung ist das Ventilelement 28 zur besseren Veranschaulichung etwas vom Ventilsitz 26 wegbewegt gezeigt, wie das der Fall ist, wenn ausgeatmete Luft durch die zentrale Öffnung 20 und an der Spinne 22 vorbei strömt. Wenn keine solche ausgeatmete Luif vorhanden ist, wird das Ventilelement 28 von der Feder 40 in engen Sitz mit dem Ventilsitz 26 bewegt.
Innerhalb des ringförmigen Rahmens 30 angeordnet und sich diametral dazu erstreckend befindet sich eine Sprechmembran 44, wobei die Sprechmembran aus irgendeinem geeigneten undurchlässigen Material, wie Kunststoff- oder Metallfolie, gebildet ist. Zweckmäßigerweise kann die Sprechmembran gewellt oder auf andere Weise geformt sein, um ihre Fähigkeit zu verbessern, sich unter dem Druck von Schallwellen zu bewegen, wie nach dem Stand der Technik wohlbekannt.
Bei der Verwendung einer Atemmaske mit einer Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil 10 gemäß vorliegender Erfindung bleibt das Ventilelement 28 für den Fall, daß der Druck im Inneren der Atemmaske geringer ist als der durch die Kraft der Feder 40 bestimmte, fest und sicher auf dem Ventilsitz 26 sitzen. Für den Fall, daß der Benutzer der Atemmaske ausatmet, bewirkt der Luftdruck, der im Inneren des Kanals 20 herrscht und gegen die Rückseite der Sprachübertragungsmembran 24 und das Ventilelement 28 wirkt, daß sich die Anordnung aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil 24 axial vom Ventilsitz 26 wegbewegt, wodurch es ermöglicht wird, daß ausgeatmete Luft zwischen dem Ventilsitz 26 und dem Ventilelement 28 hindurchgeht, sodaß sie an die Atmosphäre abgegeben wird.
Fig. 2 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die die gleiche lose bzw. schwebende Sprachübertragungsmembran- und Ventilanordnung wie in Fig. 1 umfaßt, bei der aber die Rückstellfeder anders angeordnet ist. In Fig. 2 werden für jene Elemente, die denen in Fig. 1 gleich sind, dieselben Bezugszahlen verwendet.
In Fig. 2 ist die Endkappe 42 auf dem Schaft 36 weggelassen, und die Feder 40 ist vor der Sprachübertragungs- und Ventilanordnung 24 angeordnet, wobei die Feder 40 gegen ein Widerager 48 wirkt, das von einer Spinne 50 getragen wird, die Teil einer Vorderkappe 52 der Anordnung bildet.
Wie in Fig. 1 bewirkt ausgeatmete Luft, die in Richtung der Pfeile 18 austritt, daß sich das Ventilelement 28 gegen die Wirkung der Feder 40 vom Ventilsitz 26 abhebt, wobei die Sprachübertragungsmembran- und Ventilanordnung 24 zu diesem Zeitpunkt in loser bzw. schwebender Beziehung in bezug zum Ventilsitz 26 gehalten wird.
Durch diese Änderung in der Konstruktion können die ringförmige Stütze 30, die Spinne 34 und der Schaft 36 jeweils aus einem extrem leichtgewichtigen Material wie geformtem Kunststoff gebildet werden, wodurch die Trägheit der kombinierten Sprachübertragungsmembran- und Ventilanordnung 24 unter dem Einfluß pulsierenden Luftdrucks verringert wird, wie er auftritt, wenn der Träger der Atemmaske spricht.
Im Verlauf eines solchen Ausatmens durch den Träger der Atemmaske kommt es vor, daß der Benutzer spricht, was zu einem Pulsieren des Drucks der austretenden ausgeatmeten Luft führt. Wenn keine Sprachübertragungsmembran 44 vorhanden ist, wie das üblicherweise bei Atemmasken der Fall ist, die keine Sprachübertragungsmembran erfordern, führen die schallabsorbierende Eigenschaft des Gesichtsteils 14 und der Scheinwiderstand, der dem Strom von am Ventil 28 vorbei austretender Luft entgegengesetzt wird, dazu, daß die Sprache des Benutzers gedämpft und die Lautstärke der Sprache des Benutzers beträchtlich abgeschwächt wird. Um dieses Problem zu überwinden, sind solche Atemmasken üblicherweise mit einer Sprachübertragungsmembran versehen. Dadurch wird die Qualität des übertragenen Schalls stark verbessert, führt aber immer noch dazu, daß die Sprechstimme des Trägers dumpf klingt und abgeschwächt wird, was darauf zurückzuführen ist, daß der Träger der Atemmaske gleichzeitig, während er spricht, auch ausatmet und das Ausatmungsventil offen ist, wodurch als Ergebnis des Sprechens des Benutzers eine Entkopplung der Sprachübertragungsmembran vom pulsierenden Luftdruck innerhalb der Atemmaske bewirkt wird. Das gilt besonders für den Fall, daß die Sprachübertragungsmembran an einer anderen Position als vor dem Mund des Benutzers angeordnet ist.
Nach dem Stand der Technik sind Kombinationen aus Ausatmungsventilen und Sprachübertragungsmembranen bekannt, bei denen die Sprachübertragungsmembran vor dem Mund des Trägers der Atemmaske angeordnet wird, wodurch die Übertragung der Stimme des Benutzers und die Verständlichkeit der Sprache des Benutzers verbesert werden. Diese Konstruktionen sind jedoch mit dem Problem belastet, daß sich das Ausatmungsventil zu dem Zeitpunkt, wenn der Benutzer spricht, in einem offenen Zustand befindet und der Luftdruck innerhalb der Atemmaske nur geringfügig über dem atmosphärischen liegt. So wird der Wirkungsgrad der Übertragung der Sprache des Trägers durch die Sprachübertragungsmembran stark verringert, was wieder zu einer Dämpfung und Abschwächung der Sprache des Benutzers führt.
Durch die Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil gemäß vorliegender Erfindung wird dieses Problem auf extrem einfache aber auch höchst wirksame Weise überwunden, wie nun erörtert wird.
Bei der Verwendung der Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil gemäß vorliegender Erfindung hebt sich zu dem Zeitpunkt, wenn der Benutzer der Atemmaske auszuatmen und zu sprechen beginnt, die gesamte Sprachübertragungsmembran- und Ausatmungsventilanordnung 24 vom Ventilsitz 26 ab, wodurch die Sprachübertragungsmembran und das Ausatmungsventil akustisch vom Körper 12 entkoppelt wird, wobei die Sprachübertragungsmembran- und Ausatmungsventilanordnung 24 zu diesem Zeitpunkt entgegen der von der Feder 40 ausgeübten Kraft in schwebendem Zustand gehalten wird. Die Feder 40, die eine relativ schwache Feder sein kann, ermöglicht es dann, daß sich die Sprachübertragungsmembran- und Ausatmungsventilanordnung 24 unter der aus dem Sprechen des Benutzers resultierenden pulsierenden Kraft des Luftdrucks auf Art des Konus eines Lautsprechers bewegt.
Auf diese Weise wird zusätzlich zum direkt durch die Membran 44 hindurch übertragenen Ton der Körper der Membran 44 in axiale Richtungen bewegt und erzeugt eine Wellenfront an der Vorderfläche der Sprachübertragungsmembran, wobei diese Wellenfront zusätzlich zum Schallwellendruck auftritt, der durch die Membran hindurch übertragen wird.
Das überraschende Ergebnis dieser Konstruktion besteht darin, daß nicht nur die Lautstärke der übertragenen Stimme des Sprechers weniger abgeschwächt wird, sondern auch die Dynamik der Stimme des Sprechers stark verbessert wird, wodurch die Stimme des Sprechers außerhalb der Atemmaske wesentlich besser verständlich wird.
Wie anerkannt werden wird, ist bisher eine Grundstruktur der Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil gemäß vorliegender Erfindung beschrieben worden. Es sind zahlreiche Verbesserungen möglich, einschließlich der, das an die Spinne 22 angrenzende Ende der Feder 40 direkt an der Spinne 22 zu befestigen und das gegenüberliegende Ende der Feder 40 direkt am schalenförmigen Element 42 zu befestigen, wobei die Feder dann bewirkt, daß das schalenförmige Element 42 und der Schaft 36 innerhalb der Hülse 38 zentriert und aus der Berührung mit der Hülse 38 gebracht werden. Dies verbessert die Dynamik und Lautstärke der Stimme des Sprechers weiter gegenüber einer Situation, die auftritt, wenn der Schaft 36 an der Hülse 38 anliegt.
Optimalerweise wird die auf die Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil 24 wirkende Rückstellkraft so gering wie praktisch durchführbar gehalten, was von der Anforderung abhängt, daß ausreichende Rückstellkraft auf die Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil 24 ausgeübt werden muß, um richtiges Sitzen des ringförmigen Ventils 28 auf dem Ventilsitz 26 zu gewährleisten.
Es ist auch festzustellen, daß das schalenförmige Element 42 wesentlich zur Übertragung der Dynamik der Stimme des Benutzers beiträgt, wobei das schalenförmige Element 42 eine Reaktionsfläche für die aus der Sprache des Benutzers resultierenden pulsierenden Luftwellen bietet, wobei das schalenförmige Element 42 dann durch den Schaft 36 und die Spinne 34, die als Anker dient, direkt an das ringförmige Rahmenelement 30 gekoppelt ist, an dem die Membran 44 befestigt ist. Das ist wieder der Funktionsweise eines Lautsprechers sehr ähnlich, wobei das schalenförmige Element 42 der Stimmspule des Lautsprechers und die Membran 44 dem Konus des Lautsprechers nahe kommt, wobei die Feder 40 auf die Art der herkömmlichen Spinne wirkt, die eingesetzt wird, um den Konus eines Lautsprechers zentriert anzuordnen und auf den Lautsprecherkonus eine Rückstellkraft auszuüben.
Fachleute werden verschiedene andere Modifikationen finden, wobei solche Modifikationen eingeschlossen sind, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil für eine Atemmaske, umfassend:

einen ringförmigen Ventikörper (12) mit einer zentralen Öffnung (20), der einen Ventilsitz (26) für ein ringförmiges Ventilelement (28) bietet, und

ein ringförmiges Stützelement (30), das das Ventilelement trägt, sowie

eine Sprachübertragungsmembran (44), die innerhalb des ringförmigen Stützelements gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das ringförmige Stützelement (30) an einem Ende eines Ankerschafts (36) befestigt ist, um vom Ankerschaft gehalten zu werden,

das ringförmige Ventilelement (28) auf dem ringförmigen Stützelement durch die innere Peripherie des Ventilelements gehalten wird und

eine Schraubenfeder (40) bewirkt, daß das Ventil in eine geschlossene Position gedrängt wird, wobei ein Ende der Feder im Ventilkörper (12) oder in einer am Körper (12) befestigten Vorderkappe (52) durch sich radial nach innen erstreckende Stützfinger (22) gehalten wird.

2. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach Anspruch 1, worin das ringförmige Stützelement (30) den Außenrand der Sprachübertragungsmembran (44) abstützt.

3. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach Anspruch 1 oder 2, worin sich der Ankerschaft (36) konzentrisch innerhalb der Schraubenfeder (40) erstreckt.

4. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiters eine am Ankerschaft (36) befestigte Platte (42) umfaßt, die innerhalb der Öffnung und vom Ventilsitz (26) in Richtung nach innen angeordnet ist.

5. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das eine Ende der Schraubenfeder (40) durch die Stützfinger (22) abgestützt wird.

6. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Ankerschaft (36) axial innerhalb eines rohrförmigen Elements (38) beweglich ist, das sich von den Stützfingern (22) weg erstreckt.

7. Kombination aus Sprachübertragungsmembran und Ausatmungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das eine Ende der Schraubenfeder (40) durch Mittel (48) abgestützt wird, die vom Ventilsitz (26) in Richtung nach außen angeordnet sind.