DE69907754T2

DE69907754T2 - Filterträger,filterträgeranordnung und system

Info

Publication number: DE69907754T2
Application number: DE69907754T
Authority: DE
Inventors: A. William MITTELSTADT; M. David CASTIGLIONE
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: EP1163040B1; JP2002537917A; JP4370061B2; AU751463B2; KR100588454B1; EP1163040A1; KR20020001748A; DE69907754D1; CA2361155C; US6279570B1; AU5313299A; BR9917197A; WO2000051712A1; CA2361155A1

Description

Die Erfindung betrifft Filterträger, Filteranordnungen mit Filterträgern sowie kraftbetriebene Luftreinigungs-Atem(schutz)masken mit Helmen, in denen Filteranordnungen mit Filterträgern angeordnet sind.
Hintergrund
Atemmasken, die Luft zum Atmen filtern, trägt man häufig, wenn in Bereichen gearbeitet wird, in denen Luft mit giftigen oder gesundheitsschädlichen Stoffen verunreinigt sein kann. Filter-Atemmasken können unter Unterdruck arbeiten, wobei der Benutzer Luft durch Einatmen durch das Filter saugt, oder sie können mit Überdruck arbeiten, wobei ein Lüfter oder ein anderes Gerät einem Benutzer Luft zuführt. Eine kraftbetriebene Luftreinigungs-Atemmaske (PAPR – powered air purifying respirator) weist normalerweise eine Motorgebläseeinheit und eine Stromquelle (z. B. einen Batteriesatz) auf. In einigen Systemen befinden sich diese Komponenten an einem Gürtel um die Taille eines Benutzers, wobei ein Schlauch die gereinigte Luft zu einer Gesichtsmaske, einer Haube, einem Helm usw. transportiert. Allerdings können sich am Gürtel oder auf dem Rücken getragene Ausrüstungen im Gebrauch vom Benutzer lösen und/oder können die Fähigkeit des Benutzers einschränken, in engen Räumen zu arbeiten.
Bei einigen PAPRs, z. B. AIRSTREAN^TM und AIRHAT^TM (3M Company, St. Paul, Minnesota) sind diese Komponenten innerhalb eines Helms untergebracht, damit Komponenten nicht auf dem Rücken oder am Gürtel des Benutzers angeordnet sein müssen. Vorteilhaft ist die Anordnung des Filters in PAPRs in Helmanordnung im Wölbungsraum zwischen dem Benutzerkopf und der Helmaußenschale. Das Anordnen des Filters im Wölbungsraum kann dazu beitragen, das Profil oder die Größe des Helms zu verkleinern, vergleicht man ihn mit helmbasierten Systemen, bei denen sich das Filter außerhalb des Wölbungsraums befin det. Helme mit kleineren Profilen sind erwünscht, da sie es dem Benutzer ermöglichen, in kleineren engeren Räumen verglichen mit Helmen mit größeren Profilen zu arbeiten.
Die Leistung kraftbetriebener Luftreinigungs-Atemmasken mißt man durch solche Parameter wie Luftstrom, Druckabfall über das Filter im Betrieb, Wirkungsgrad beim Entfernen von Verunreinigungsstoffen und Partikelbelastbarkeit. Luftstrom und Druckabfall stehen im Zusammenhang, da für ein bestimmtes Gebläse und eine bestimmte Stromquelle ein Filter mit einem kleineren Druckabfall einen höheren Luftstrom liefert. Umgekehrt liefert ein Filter mit einem größeren Druckabfall einen geringeren Luftstrom mit demselben Gebläse und derselben Stromquelle. Luftstrom und Druckabfall sind wichtig, da zum Bereitstellen der gleichen gefilterten Luftmenge ein Atemmaskensystem mit einem Filter mit höherem Druckabfall mehr Energie benötigt als ein Atemmaskensystem mit einem Filter mit geringerem Druckabfall.
Der Druckabfall für eine bestimmte Luftstromgeschwindigkeit über ein Filter läßt sich verringern, indem man das Filtermaterial offener oder loser gestaltet. Allerdings zeigt ein Filter, in dem das Filtermaterial offener oder loser ist, normalerweise einen verringerten Wirkungsgrad beim Entfernen von Verunreinigungsstoffen, was ein weiterer der Parameter ist, durch die die Leistung kraftbetriebener Luftreinigungs-Atemmaskensysteme gemessen wird. Der Druckabfall für eine bestimmte Luftstromgeschwindigkeit läßt sich auch senken, ohne den Wirkungsgrad der Entfernung von Verunreinigungsstoffen zu verringern, indem die Größe oder Oberfläche des Filters erhöht wird. Allerdings zieht eine höhere Filtergröße normalerweise auch Größen- und/oder Volumenzunahmen des Systems nach sich. Solche Größen- und/oder Volumenzunahmen des Filters können das Profil oder die Größe von PAPRs in Helmanordnung erhöhen, was die Mobilität des Benutzers in beengten Bereichen potentiell einschränkt.
In Helmen angeordnete und andere kraftbetriebene Luftreinigungs-Atemmaskensysteme, die in Verbindung mit Staub-/ Tröpfchen- bzw. Nebelfiltern zum Einsatz kommen, verfügen über Filterbeutelhalter, die den Staub-/Nebelfilter-Beutel einlaß und/oder den Umfang des Staub-/Nebelfilterbeutels abstützen. Ein derartiges Atemmaskensystem ist z. B. in der US-A-4280491 (Berg et al.) offenbart. Normalerweise sorgen die Halter für Staub-/Nebelfilterbeutel nur für begrenzte oder überhaupt keine Abstützung über die Mitte des Staub-/Nebelfilterbeutels, da allein der Luftstrom ausreichte, Knicken der Staub-/Nebelfilterbeutelmaterialien zu verhindern.
Ein weiterer Filterträger, der in einigen Atemmasken in Helmanordnung verwendet wird, ist in 1 gezeigt. Der Filterbeutelhalter 110 ist so gestaltet, daß er einen flachen Staub-/Nebelfilterbeutel in Bogenform abstützt, damit er sich in die Wölbung eines Helms einpaßt. Der Halter 110 ist aus zwei Teilen 112 und 114 aufgebaut, wobei das kleinere Teil 114 zusammengedrückt gehalten wird, um eine Öffnung 116 zwischen den beiden Teilen an einem Ende von ihnen zu bilden. Beide Teile 112 und 114 weisen mehrere Öffnungen 118 bzw. 120 auf, die der Länge des Halters 110 nach ausgerichtet sind.
Der Filterbeutelhalter 110 ist aus relativ flexiblem warmgeformtem Polystyrol hergestellt und so gestaltet, daß sich ein Filterbeutel im Betrieb aus dem Filterträger ausbauschen kann. Anders gesagt ist der Filterbeutelhalter 110 primär so gestaltet, daß er den Filterbeutel in einer Bogenform hält.
Neue Vorschriften, die vom Nationalinstitut für Arbeitssicherheit und Gewerbehygiene (NIOSH) für kraftbetriebene Luftreinigungs-Atemmasken erlassen wurden, fordern, daß die Atemmasken Filter der Klasse Hochleistungs-Teilchenfilter (HEPA-Klasse) verwenden, die 99,7% eines Testaerosols zurückhalten. Siehe dazu 42 C.F.R. § 84 (1995). Um aber für diesen Wirkungsgrad bei der Entfernung von Verunreinigungen zu sorgen, sind die verwendeten Filtermaterialien normalerweise erheblich steifer und/oder schwerer als die Filtermaterialien, die in Staub-/Nebelfiltern mit geringerem Wirkungsgrad zum Einsatz kommen.
Filter mit einem Wirkungsgrad der HEPA-Klasse in kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmasken in Helmanordnung können in relativ starren Faltenmedien vorgesehen sein. Befinden sich die Faltenfilter in einem Helmwölbungsraum, sind die Faltenfiltermedien normalerweise bogenförmig, was z. B. die US-4462399 (Braun) zeigt. Normalerweise weisen geformte Faltenfilter das erwünschte Filtermaterial zusammen mit der Trägerstruktur auf, die erforderlich ist, um die Form der Falten beizubehalten. Die Zusatzkomponenten steigern die Filterkosten und erhöhen normalerweise auch das Filtervolumen, was zu höheren Versand- und Lagerkosten führt. Der mit Faltenfiltern verwendete Helm ist möglicherweise auch größer, was das Profil erhöht und die Wendigkeit des Benutzers in beengten Räumen einschränkt.
Im Vergleich zu geformten Faltenfiltern sind Filterbeutel in der Herstellung normalerweise billiger und wegen ihrer kleineren Größe zudem billiger zu versenden und zu lagern. Beim Gebrauch in Verbindung mit Atemmasken in Helmanordnung, bei denen der Filterbeutel bogenförmig sein muß, um sich in die Helmwölbung einzupassen, kann das steifere Material in flachen Filterbeuteln der HEPA-Klasse zum Knicken neigen. Zu besonders starkem Knicken von Filterbeuteln kann es kommen, wenn der Filterbeutel der HEPA-Klasse nur um seinen Umfang abgestützt wird, was bei einigen bekannten Filterbeutelhaltern der Fall ist.
Durch Knicken entstehen Durchflußhindernisse, die die Filterbeutelleistung senken können, indem sie den Druckabfall über das Filter erhöhen, was wiederum die Luftstromgeschwindigkeiten des Atemmaskensystems reduzieren kann, in dem der geknickte Filterbeutel verwendet wird. Außerdem kann das Knicken des Filterbeutels die effektive Filterfläche verkleinern, was seinerseits die Partikelbelastbarkeit des Filters senken kann. Wie zuvor diskutiert wurde, ist die Partikelbelastbarkeit ein weiterer der Parameter, mit denen die Filterleistung beurteilt wird. Geknickte Filterbeutel werden im Gebrauch nicht gleichmäßig mit Teilchenmaterial belastet, was die Partikelbelastbarkeit des Filters reduziert.
Der Filterbeutelhalter 110 von 1 ist ein weiteres Beispiel für bekannte Filterbeutelhalter, die zum Gebrauch mit Staub-/Nebelfilterbeuteln gestaltet sind, und vermag normalerweise nicht, Knicken von Filterbeuteln der HEPA-Klasse zu verhindern. Außerdem ist der Halter 110 aus Teilen gebil det, die relativ große Oberflächen haben. Diese großflächigen Teile können den Luftstrom zu großen Flächen des Filters wirksam blockieren, was den Druckabfall erhöht und die Partikelbelastbarkeit senkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Kurz zusammengefaßt stellt die Erfindung in einem Aspekt einen Filterträger für ein Luftfilter bereit, der zwei oder mehr erste Stützrippen auf einer ersten Seite des Filterträgers aufweist. Die ersten Stützrippen sind allgemein entlang einer Längsachse ausgerichtet. Außerdem weist der Filterträger zwei oder mehr zweite Stützrippen auf einer zweiten Seite des Filterträgers auf, wobei die zweite Seite des Filterträgers entgegengesetzt zur ersten Seite ist. Die zweiten Stützrippen sind ebenfalls allgemein entlang der Längsachse ausgerichtet. Mindestens eine der ersten Stützrippen ist von jeder der zweiten Stützrippen entlang einer Querachse seitlich versetzt, die allgemein lotrecht zur Längsachse ist. Der Filterträger weist Öffnungen so auf, daß sich ein Luftstrom in Querrichtung zusätzlich zur Längsrichtung durch den Filterträger verteilen kann.
Der Filterträger stützt gegenüberliegende Seiten eines Filterbeutels oder gegenüberliegende einzelne Filterelemente ab. Durch seitliches Versetzen der ersten und zweiten Stützrippen relativ zueinander über die Breite des Filterträgers ist ein Luftstrom über die Filterträgerbreite gegenüber dem Fall nicht behindert, in dem die ersten und zweiten Stützrippen im wesentlichen zueinander ausgerichtet wären. Dadurch kann die Belastbarkeit verbessert sein, da mehr vom Filtermaterial in einer den Filterträger aufweisenden Filteranordnung mit Filtrat belastet sein kann. Außerdem läßt sich der Druckabfall über eine den Filterträger verwendende Filteranordnung wegen reduzierter Durchflußwiderstände verbessern, wofür die seitlich versetzten Stützrippen sorgen.
Ferner stellt die Erfindung in anderen Aspekten eine Filteranordnung mit einem Filter und einem Filterträger gemäß der vorstehenden Diskussion zusammen mit einer in einem Helm angeordneten kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmaske be reit, wobei sich die Filteranordnung in der Helmwölbung befindet.
Da der Filterträger der Erfindung Stützrippen aufweist, die vorzugsweise getrennt sind und den Mittelabschnitt eines Filterbeutels zusätzlich zu seinem Umfang abstützen, kann der Filterträger das Knicken eines flachen Filterbeutels vorteilhaft verringern oder verhindern, der zum Gebrauch in einem Atemmaskensystem bogenförmig sein muß. Am klarsten ist dieser Vorteil möglicherweise, wenn die Filterbeutel aus Filtermaterial der HEPA-Klasse aufgebaut sind.
Im folgenden werden diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand verschiedener veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Begriffsbestimmungen
Im Hinblick auf die Erfindung sind die folgenden Termini wie folgt definiert:
"Wölbungsraum" bezeichnet den Raum zwischen dem Kopf eines Benutzers und der konkaven Seite eines Helms mit einer Wölbung;
"Filter" oder "Filtermaterial" bezeichnet ein allgemein poröses Bauteil oder Material, das so gestaltet ist, daß es Teilchen, Flüssigkeiten und/oder Gase aus einem Luftstrom zurückhält oder entfernt;
"Filterbeutel" bezeichnet einen Beutel, der mindestens teilweise aus Filtermaterial gebildet ist;
"Filterträger" bezeichnet eine Vorrichtung, die eine Trennung zwischen gegenüberliegenden Seiten eines Filterbeutels oder zwischen gegenüberliegenden Filterelementen aufrechterhält;
"allgemein zur Längsachse ausgerichtet" bedeutet, daß die Stützrippen entlang der Längsachse fortschreiten, bewegt man sich vom Eingangsende des Filterträgers zum Abschlußende des Filterträgers;
"HEPA-Klasse" und "Hochleistungs-Teilchenluftfilter-Klasse" definieren die Leistung von Filtermaterial nach 42 C.F.R. § 84 (1995);
"seitlich versetzt" bedeutet, daß die bezeichneten Strukturen entlang der relevanten Achse nicht zueinander ausgerichtet sind;
"Längsachse" bezeichnet eine Achse, die sich allgemein der Länge eines Filterträgers nach erstreckt;
"Stützrippe" bezeichnet ein Strukturteil, das so gestaltet ist, daß es mindestens einen Abschnitt eines Filters abstützt; und
"Querachse" bezeichnet eine Achse, die sich allgemein lotrecht zur Längsachse erstreckt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht eines bogenförmigen Filterbeutelhalters 110 des Stands der Technik.
2 ist eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Filterträgers.
3 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 10 von 2.
4 ist eine Querschnittansicht des Filterträgers 10 an der Linie 4–4 in 3.
5 ist eine Draufsicht auf den Filterträger 10.
6 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 10, der sich in einem Filterbeutel 40 befindet, der teilweise im Querschnitt gezeigt ist.
6A ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Filtermaterials 42 der HEPA-Klasse, das in Verbindung mit der Erfindung von Nutzen ist.
7 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 10 und Filterbeutels 40, die sich in einem Helm 50 befinden, der in Verbindung mit einer kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmaske verwendet wird.
8 ist eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Filterträger 210.
9 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 210 von 8.
10 ist eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Filterträger 310.
11 ist eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Filterträger 410.
12 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 410 von 11.
13 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer alternativen Stützrippe 420' zur Verwendung in einem Filterträger.
14 ist eine Seitenansicht eines Filterträgers 410' mit Stützrippen 420' gemäß 13.
15 ist eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Filterträger 510.
16 ist eine Seitenansicht des Filterträgers 510 von 15.
17 ist eine Seitenansicht eines Stützteils 560d des Filterträgers 510 von 15 und 16.
Nähere Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen
Obwohl die Filterträger der Erfindung besondere Vorteile bei ihrem Gebrauch in Verbindung mit kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmasken in Helmanordnung bieten können, lassen sich die Filterträger auch in anderen Systemen oder Anwendungen verwenden, bei denen die gegenüberliegenden Seiten von Filterbeuteln getrennt sein müssen, ohne den Durchfluß innerhalb des Filterbeutels erheblich einzuschränken. Außerdem können die Filterträger auch in Verbindung mit Systemen gebraucht werden, in denen eine Trennung zwischen gegenüberliegenden Filterelementen gewahrt bleiben muß.
2 bis 5 zeigen eine veranschaulichende Ausführungsform eines Filterträgers 10 der Erfindung mit einer Länge über eine Längsachse 11 und einer Breite über eine Achse 13, die quer zur Längsachse 11 verläuft. Der Filterträger 10 weist mehrere Stützrippen 20a, 20b und 20c auf, die auf einer Seite von ihm liegen. Vorzugsweise erstrecken sich die Stützrippen 20a–20c der Länge des Trägers 10 nach. In 2 sind außerdem mehrere zweite Stützrippen 30a, 30b, 30c und 30d gezeigt, die auf der entgegengesetzten Seite des Trägers 10 liegen. Die zweiten Stützrippen 30a–30d erstrecken sich vorzugsweise ebenfalls im wesentlichen über die gesamte Länge des Filterträgers 10. Mehrere Querstützen 12 sind in Abständen der Länge des Filterträgers nach angeordnet und erstrec ken sich vorzugsweise über die Breite des Filterträgers 10. Vorzugsweise halten die Querstützen 12 den Abstand zwischen den ersten Stützrippen 20a–20c und zweiten Stützrippen 30a-30d aufrecht.
Vorzugsweise hat der Filterträger 10 eine Bogenform und erstreckt sich von einem Eingangsende 14 zu einem Abschlußende 16. Besonders bevorzugt ist die Bogenform, wenn der Filterträger 10 in Verbindung mit kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmasken in Helmanordnung zu verwenden ist. Die zunehmende Höhe der zweiten Stützrippen 30a–30d am Eingangsende 14 des Filterträgers 10 ist z. B. in 2 und 3 ersichtlich. Die Höhenzunahme am Eingangsende 14 des Filterträgers kann das Knicken von Filtermaterial am Eingangsende 14 verringern oder verhindern.
Erwünscht ist auch eine Verkleinerung der Vorderfläche des Filterträgers 10 über die Länge des Filterträgers 10 durch Minimieren der Dicke der Strukturkomponenten, z. B. der ersten Stützrippen 20a–20c, zweiten Stützrippen 30a–30d und Querstützen 12.
Gemäß 4 weist der Filterträger 10 die ersten Stützrippen 20a, 20b und 20c auf einer ersten Seite des Filterträgers 10 und die zweiten Stützrippen 30a, 30b, 30c und 30d auf einer zweiten Seite des Filterträgers auf. Beide Sätze aus Stützrippen 20a–20c und 30a–30d sind über die Filterträgerbreite beabstandet. Mindestens eine der ersten Stützrippen 20a–20c auf der ersten Seite ist über die Breite des Filterträgers 10 von den zweiten Stützrippen 30a–30d auf der zweiten Seite seitlich versetzt. Allerdings kann bevorzugt sein, daß alle ersten Stützrippen 20a–20c von allen zweiten Stützrippen 30a–30d seitlich versetzt sind, was in 4 dargestellt ist.
Durch Bereitstellen seitlich versetzter Stützrippen auf jeder Seite des Filterträgers 10 kann sich ein Luftstrom in Querrichtung zusätzlich zur Längsrichtung durch den Filterträger 10 verteilen. Wären die ersten Stützrippen 20a–20c zu den zweiten Stützrippen 30a–30d ausgerichtet, würden die Stützrippen Längskanäle erzeugen. Dann könnte ein Luftstrom durch den Filterträger 10 auf eine im wesentlichen in Längs richtung verlaufende Bewegung entlang den Kanälen beschränkt sein, was zu ungleichmäßiger Durchflußverteilung innerhalb des Filterträgers führen kann. Diese ungleichmäßige Durchflußverteilung kann zu ungleichmäßiger Teilchenbelastung führen, was die gesamte oder Höchstpartikelbelastbarkeit eines über dem Filterträger 10 liegenden Filterbeutels begrenzen könnte. Außerdem würde der durch ausgerichtete Stützrippen bewirkte ungleichmäßige Durchfluß wahrscheinlich den Druckabfall über einen Filterbeutel erhöhen, der über dem Filterträger 10 angeordnet ist.
4 zeigt ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung, das darin besteht, daß die äußersten zweiten Stützrippen 30a und 30d kürzer als die zweiten Stützrippen 30b und 30c sind, die zwischen den äußersten Stützrippen 30a und 30d liegen. Die reduzierte Höhe der äußersten Stützrippen 30a und 30d kann von besonderem Nutzen sein, wenn der Filterträger 10 in Verbindung mit flachen Filterbeuteln verwendet wird, da die Filterbeutelseiten normalerweise im Bereich der äußersten Stützrippen 30a und 30d verbunden sind, was den Beutel schmaler macht. Durch Reduzieren der Höhe der äußersten Stützrippen läßt sich Spannung auf die Nähte eines flachen Filterbeutels abbauen.
Ein weiteres in 4 gezeigtes bevorzugtes Merkmal ist die relative Anzahl von Stützrippen auf jeder Seite des Filterträgers 10. Die Anzahl zweiter Stützrippen 30a–30d auf der konkaven zweiten Seite des bevorzugten bogenförmigen Filterträgers 10 ist vorzugsweise größer als die Anzahl erster Stützrippen 20 auf der konvexen Seite des bevorzugten bogenförmigen Filterträgers 10. Vorzugsweise weist die konkave Trägerseite mehr Stützrippen 30a–30d als die konvexe Seite auf, auf der sich die ersten Stützrippen 20a–20c befinden. Mehr Stützrippen 30a–30d sind auf der konkaven Seite bevorzugt, um Knicken der konkaven Seite eines auf dem bevorzugten bogenförmigen Träger 10 angeordneten Filterbeutels zu verhindern. Wie zuvor diskutiert wurde, kann das Knicken des Filterbeutels den Durchfluß begrenzen, den Druckabfall erhöhen und ungleichmäßige Partikelbelastung verursachen.
5 zeigt eine Draufsicht auf den Filterträger 10 mit einer. Längsachse 11 und einer zweiten Querachse 13. Die Achse 13 liegt quer zur Längsachse 11, was bedeutet, daß die Querachse 13 allgemein lotrecht zur Längsachse 11 ist. Die ersten Stützrippen 20a–20c und zweiten Stützrippen 30a–30d sind vorzugsweise zur Längsachse 11 ausgerichtet. Obwohl die Stützrippen 20a–20c und 30a–30d vorzugsweise zur Längsachse 11 ausgerichtet sind, können sie leichte Abweichungen dieser Ausrichtung dort zeigen, wo solche auftretenden Abweichungen den Luftstrom durch den Filterträger 10 nicht wesentlich beeinflussen. Vorzugsweise sind die Querstützen 12 gemäß 5 über die Filterträgerlänge so verteilt, daß ein ordnungsgemäßer Abstand zwischen den Stützrippen 20a–20c und 30a–30d gewahrt bleibt. Die Querstützen 12 sind optional, d. h. es ist möglich, daß nicht jeder Filterträger sie aufweist.
Obwohl die dargestellten Querstützen 12 allgemein quer zur Längsachse 11 orientiert sind, sollte verständlich sein, daß sie nicht unbedingt quer zur Längsachse 11 sein müssen. Obwohl sich ferner die Querstützen 12 über die Breite des Filterträgers 10 gemäß 5 erstrecken, können sich Querstützen in anderen Filterhaltern nur teilweise über die Filterträgerbreite erstrecken.
Erfindungsgemäße Filterträger 10 lassen sich durch vielfältige Techniken herstellen. Bevorzugt kann sein, die Filterträger aus einem formbaren Material z. B. durch Spritzgießtechniken herzustellen. Dem Fachmann werden aber viele andere Möglichkeiten deutlich sein, wie erfindungsgemäße Filterträger hergestellt werden könnten.
6 veranschaulicht den in einem Filterbeutel 40 angeordneten Filterträger 10. Bevorzugte Filterbeutel 40, die in Verbindung mit dem Filterträger 10 zum Einsatz kommen, sind als flache Filterbeutel hergestellt. Flache Filterbeutel sind bevorzugt, da sie billiger als ein geformter Beutel herzustellen sind. Außerdem ist mit dem Zufügen eines separaten Filterträgers 10 gemäß der vorstehenden Beschreibung die Notwendigkeit eines geformten Filterbeutels verringert.
Vorzugsweise ist der Filterträger 10 steifer als der Filterbeutel 40, in dem der Filterträger 10 verwendet wird. Anders ausgedrückt paßt sich der Filterbeutel 40 der Form des Filterträgers 10 an. Die Steifigkeit kann das Einsetzen des bevorzugten bogenförmigen Filterträgers 10 und Filterbeutels 40 in den Wölbungsraum eines Helms erleichtern.
Zudem kann die Steifigkeit des Filterträgers 10 dazu beitragen, die Trennung zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Filterbeutels 40 beizubehalten, auch bei Filterbeuteln, die aus steifen Filtermedien der HEPA-Klasse aufgebaut sind. Ein bevorzugtes Filtermedium 42 der HEPA-Klasse ist in der vergrößerten Querschnitteilansicht von 6A gezeigt.
Das dargestellte Filtermedium 42 weist eine innerste Schutzschicht 44 aus z. B. einem Kunststoffmaschengeflecht auf, um die Innenschichten des Filtermediums 42 beim Einsetzen des Filterträgers 10 zu schützen. Vorzugsweise sind die Öffnungen im Geflecht groß genug, um Anbacken am Geflecht selbst beim Filtergebrauch zu verhindern. In einem Beispiel ist das Geflecht etwa 250 Mikrometer dick und weist Stränge auf, die rautenförmige Öffnungen bilden, wobei etwa 3 bis 6 Stränge je Zentimeter vorhanden sind.
Eine Grobfilterschicht 46 liegt über der Schutzschicht 44 in 6A und ist vorzugsweise zum Zurückhalten großer Stoffteilchen vorgesehen. In einem Beispiel ist die Grobfilterschicht 46 ein Vlies geringerer Dichte aus geladenen Elektretfasern, das unter dem Handelsnamen FILTRETE^TM G150 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota vertrieben wird.
Zwei Schichten 48a und 48b aus einem Hochleistungs-Filtermedium sind über der Grobfilterschicht 46 vorgesehen. Vorzugsweise können die Schichten 48a und 48b auf Polypropylen basierende Blasmikrofaser- (BMF) Bahnen in der Herstellung gemäß den Verfahren sein, die in der WO-A-00/13765 (veröffentlicht 16.03.00; Priorität 03.09.98) beschrieben sind. Diese Verfahren nutzen ein Schmelzblasverfahren, das dem ähnelt, das z. B. in Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, Band 48, Seiten 1342 ff. (1956) oder im Bericht Nr. 4364 der Naval Research Laboratories, veröffentlicht am 25. Mai 1954 mit dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers" von Wente et al. beschrie ben ist. Das relativ niedrige Flächengewicht wurde durch Erhöhen der Drehzahl des Aufnehmers statt Verringern der Harzabgabegeschwindigkeit erhalten. Die BMF-Bahnen könnten unter Verwendung eines Hydroaufladeverfahrens, das im wesentlichen der Beschreibung in der US-5496507 (Angadjivand et al.) entspricht, mit einem Wasserdruck von etwa 550 kPa aufgeladen sein. Ein geeignetes Harz ist Fina 3960, ein Polypropylenharz mit einem Schmelzindex von 350, das von Fina Corp., Houston, Texas zu beziehen ist.
Eine Ladungsanreicherungspackung für die BMF-Bahnen könnte durch folgendes Verfahren hergestellt sein: CHIMAS-SORB^TM 944FL (ein gehindertes Amin von Ciba Geigy Corp., Hawthorne, New York) wird durch Schmelzmischen mit Poly(4-methyl-1-penten) (TPX DX 820 von Mitsui Petrochemicals Industries, Tokio, Japan) in einem Einschneckenextruder im Verhältnis 40 : 60 gemischt, und die resultierende Mischung wird zu einer Faser mit großem Durchmesser extrudiert. Die Faser mit großem Durchmesser wird zu einem Pulver (Siebgröße 0,125 Inch) zermahlen, und die gemahlene Faser wird zu Polypropylenpellets als Ausgangsmaterial bei der Herstellung der BMF-Bahnen zugegeben. Die Zusammensetzung der BMF-Bahn könnte aus 98 Gew.-% Polypropylen und 2 Gew.-% der Ladungsanreicherungspackung bestehen.
Bei Herstellung gemäß der vorstehenden Diskussion hat jeder der Schichten 48a und 48b vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,3 mm, ein Flächengewicht von etwa 22 Gramm je Quadratmeter und weist Fasern mit einem effektiven Faserdurchmesser von 4,8 Mikrometern auf. Beim Test mit einem DOP-Aerosol mit 0,3 Mikrometern bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 85 Litern je Minute zeigt jede der Schichten 48a und 48b vorzugsweise einen Druckabfall von 5,5 mm H₂O und eine Penetration von 0,03%.
Die Schichten 48a und 48b sind durch eine Abdeckbahn 49 über der Außenseite des Filterbeutels 40 geschützt. Eine bevorzugte Abdeckbahn ist ein Spinnvliespolypropylen und ist so ausgewählt, daß sie für den gewünschten Schutz der darunterliegenden Filterschichten sorgt, ohne einen Luftstrom durch das Filter 40 erheblich zu reduzieren.
Alle im Filter 40 verwendeten Materialien sind vorzugsweise mit der gewünschten Technik verträglich, die zum Verbinden der Seiten des Filters verwendet wird, z. B. Ultraschallschweißen, Verkleben usw.
Beispiele für andere Filtermaterialien, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können, sind in den US-A-4592815 (Nakao), 5496507 (Angadjivand et al.), 4588537 (Claase et al.), 4375718 (Wadsworth et al.), 4215682. (Kubik et al.), 5057710 (Nishiura et al.), Re 30782 und Re 31285 (beide van Turnhout) beschrieben.
Der bevorzugte bogenförmige Filterträger 10 verleiht diese Bogenform dem Filterbeutel 40, der über dem Filterträger 10 liegt. Der bogenförmige Filterträger 10 und zugehörige Filterbeutel 40 können in der Wölbung eines Helms 50 gemäß 7 angeordnet sein. Das Anordnen eines Filters in einer Helmwölbung bietet eine Reihe von Vorteilen, die z. B. in der US-A-4280491 (Berg et al.) und 4462399 (Braun) diskutiert sind. Kurz gesagt kann aber die Verwendung des Wölbungsraums in einer kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmaske auf Helmbasis das Helmprofil verglichen mit Systemen in Helmanordnung reduzieren, die nicht den Wölbungsraum nutzen, während ferner die Notwendigkeit von Gebläsen und/oder Stromversorgungen entfällt, die am Gürtel oder auf dem Rücken angeordnet sind.
Ein erster Vorteil beim Anordnen des bogenförmigen Filterträgers 10 und Filterbeutels 40 in der Helmwölbung ist die potentiell bessere Fähigkeit des Helms, Stöße zu absorbieren. Beim Gebrauch in Verbindung mit einigen Helmen kann der Filterträger 10 die Energie eines Stoßes über eine längere Zeitperiode verteilen, was die Spitzenaufprallkraft verringert, die ein Helmbenutzer erfährt.
Zur Erleichterung der Stoßabsorption durch den Filterträger 10 kann bevorzugt sein, die Filterträger 10 aus Materialien aufzubauen, die gute Energieabsorptions- und Stoßdurchbiegungskennwerte über einen breiten Temperaturbereich haben. Ein solches Material ist eine Mischung aus Polyethylen hoher Dichte und einem thermoplastischen Elastomer. In einem spezifischen Beispiel wurde Polyethylen hoher Dichte mit einem thermoplastischen Elastomer (10 Gew.-%) gemischt, um ei nen Filterträger 10 zu produzieren, der beim Reduzieren der Spitzenaufprallkräfte, denen ein Helmbenutzer ausgesetzt ist, über einen breiten Temperaturbereich besonders wirksam war. Das spezielle verwendete Elastomer wird unter dem Handelsnamen ENGAGE von Dow Chemical Corp. vertrieben.
2 bis 7 zeigen eine Ausführungsform eines Filterträgers der Erfindung und seiner Verwendung in einem kraftbetriebenen Luftreinigungs-Atemmaskensystem in Helmanordnung. 8 bis 17 veranschaulichen alternative erfindungsgemäße Filterträger. Obwohl die in 8 bis 17 gezeigten Träger flach, d. h. nicht bogenförmig sind, könnten sie alternativ in einer gebogenen Form z. B. zum Einsatz in einem Helmwölbungsraum, vorgesehen sein.
Insbesondere zeigen 8 und 9 einen Filterträger 210 mit ersten gekrümmten Stützrippen 220a–220c und zweiten gekrümmten Stützrippen 230a–230c. Alle Stützrippen sind allgemein sinusförmig in der Draufsicht von 8. Vorzugsweise sind die ersten Stützrippen 220a–220c an den zweiten Stützrippen 230a–230c an den Schnittpunkten befestigt. Dadurch sind keine Querstützen vorgesehen. In 8 ist ein solcher Schnittpunkt mit der Bezugszahl 222 bezeichnet. Da die ersten Stützrippen 220a–220c und zweiten Stützrippen 230a–230c Höhen haben, die kleiner als die volle Höhe des Trägers 210 sind (siehe 9), bleiben Öffnungen über die Breite des Trägers 210 gewahrt (wobei die Breite quer zur Längsachse 211 ist).
10 ist eine Draufsicht auf einen weiteren Filterträger 310 mit ersten Stützrippen 320 auf einer Seite des Filterträgers 310 und zweiten Stützrippen 330. auf der entgegengesetzten Seite des Trägers 310. Die Breite des Trägers 310 in der Messung quer zur Längsachse 311 verengt sich vom Eingangsende 314 zum Abschlußende 316 des Trägers 310. Querteile 312 sind vorgesehen, um ordnungsgemäße Abstände zwischen allen Stützrippen 320 und 330 beizubehalten.
11 und 12 veranschaulichen einen weiteren Filterträger 410 mit abgewinkelten ersten Stützrippen 420a–420h auf einer Seite des Filterträgers 410 und längeren zweiten Stützrippen 430 auf der Gegenseite des Filterträgers 410. Vorzugsweise erstrecken sich die längeren zweiten Rippen 430 im we sentlichen über die gesamte Länge des Trägers 410 entlang der Längsachse 411. Außerdem weist der Filterträger 410 Querteile 412 auf, die sich vorzugsweise über die Breite des Trägers 410 quer zur Längsachse 411 erstrecken.
Jedes Paar abgewinkelte erste Stützrippen 420a/420b, 420c/420d, 420e/420f, 420g/420h ist vorzugsweise so orientiert, daß der Abstand zwischen den Stützrippen über die Breite des Filterträgers 410 der Länge des Filterträgers 410 nach abnimmt, bewegt man sich vom Eingangsende 414 zum Abschlußende 416. Mit Ausnahme des Stützrippenpaars 420g/420h ist bevorzugt, daß jedes Paar Stützrippen nicht zusammentrifft, sondern statt dessen eine Öffnung bildet, durch die Luft der Länge des Filterträgers 410 nach durchlaufen kann.
Eine Variante des Filterträgers 410 von 11 und 12 ist in 13 und 14 dargestellt. Eine der abgewinkelten Stützrippen 420b' ist in 13 dargestellt und weist eine solche abgestufte Form auf, daß der untere Stützrippenabschnitt 422b' in der Fläche liegt, die von den zweiten Stützrippen 430' im Filterträger 410' gemäß 14 eingenommen wird. Dagegen liegen die oberen Abschnitte 424b' der Stützrippe 420b' auf der Oberseite des Filterträgers 410'. Diese Variante kann die Luftstromverteilung im Filterträger 410' weiter verbessern.
Die in 8, 10 und 11 gezeigten Filterträger zeigen Varianten eines Merkmals aller erfindungsgemäß hergestellter Filterträger, d. h. Stützrippen, die allgemein zu einer Längsachse ausgerichtet sind. Wie zuvor in den Begriffsbestimmungen ausgeführt, bedeutet "allgemein zur Längsachse ausgerichtet", daß die Stützrippen entlang der Längsachse fortschreiten, bewegt man sich vom Eingangsende des Filterträgers zum Abschlußende des Filterträgers. In einigen Filterträgern, z. B. den von 5 und 15 (siehe unten), sind die Stützrippen allgemein parallel zur Längsachse des Filterträgers. Die Filterträger von 8, 10 und 11 weisen Stützrippen auf, die aber so gekrümmt oder abgewinkelt sind, daß sie mindestens teilweise über die Breite des Filterträgers verlaufen, wenn sie entlang der Längsachse fortschreiten.
15 bis 17 zeigen noch einen weiteren Filterträger 510, der mehrere Stützteile 560a–560e aufweist, die sich der Länge des Filterträgers 510 nach erstrecken. Jedes der Teile 560a–560e hat eine abgestufte Form mit oberen Stützrippenabschnitten, die mit unteren Stützrippenabschnitten auf abgestufte Weise untereinander verbunden sind. 16, eine Seitenansicht des Filterträgers 510, zeigt die gesamte Länge des Teils 560e mit oberen Stützrippen 520e und 522e sowie unteren Stützrippen 530e und 532e. Die Gesamtlänge des Teils 560d ist in 17 gezeigt. Benachbarte Stützrippen, z. B. 560d und 560e, sind vorzugsweise zueinander spiegelbildlich (an einer Achse 511 gemäß 16 gespiegelt). Als Ergebnis der komplementären Beschaffenheit der Teile 560 sind die oberen Stützrippen 520d und 522d des Teils 560d in 16 zusammen mit den unteren Stützrippen 530d und 532d des Teils 560d ersichtlich (dessen Rest hinter dem Teil 560e verdeckt ist).

Claims

Filterträger für ein Luftfilter, insbesondere eine Atemschutzmaske, wobei der Träger aufweist: zwei oder mehr erste Stützrippen (20a–20c) auf einer ersten Seite des Filterträgers (10), wobei jede der ersten Stützrippen allgemein zu einer Längsachse (11) des Filterträgers ausgerichtet ist; und zwei oder mehr zweite Stützrippen (30a–30d) auf einer zweiten Seite des Filterträgers (10), wobei die zweite Seite entgegengesetzt zur ersten Seite des Filterträgers ist und jede der zweiten Stützrippen allgemein zur Längsachse (11) ausgerichtet ist; wobei mindestens eine der ersten Stützrippen (20a–20c) von jeder der zweiten Stützrippen (30a–30d) entlang einer Querachse (13) seitlich versetzt ist, die quer zur Längsachse (11) ist, wobei der Filterträger Öffnungen so aufweist, daß sich ein Luftstrom in Querrichtung zusätzlich zur Längsrichtung durch den Filterträger (10) verteilen kann.
Filterträger nach Anspruch 1, wobei jede der ersten Stützrippen (20a–20c) von jeder der zweiten Stützrippen (30a–30d) entlang der Querachse (13) seitlich versetzt ist.
Filterträger nach Anspruch 1–2, wobei die erste Seite des Filterträgers (10) konvex und die zweite Seite des Filterträgers konkav ist.
Filterträger nach Anspruch 1–3, ferner mit einem Eingangsende (14) und einem Abschlußende (16), die entlang der Längsachse (11) beabstandet sind, wobei sich mindestens eine der ersten Stützrippen (20a–20c) und min destens eine der zweiten Stützrippen (30a–30d) vom Eingangsende des Filterträgers zum Abschlußende des Filterträgers erstrecken.
Filterträger nach Anspruch 1, ferner mit einer Breite in der Messung entlang der Querachse (13), wobei die zweiten Stützrippen (30a–30d), die an äußersten Positionen entlang der Breite des Filterträgers (10) liegen, eine Höhe in der Messung zwischen der ersten und zweiten Seite des Filterträgers haben, die kleiner als die Höhe der zweiten Stützrippen (30a–30d) ist, die zwischen den äußersten Positionen liegen.
Filterträger nach Anspruch 1–5, wobei die ersten Stützrippen (20a–20c) und die zweiten Stützrippen (30a–30d) allgemein parallel zur Längsachse (11) und vorzugsweise aus Polyethylen hoher Dichte und einem thermoplastischen Elastomer aufgebaut sind.
Filterträger nach Anspruch 1–6, wobei der Filterträger (10) mehr zweite Stützrippen (30a–30d) als erste Stützrippen (20a–20c) aufweist.
Filteranordnung mit: einem Filter; und dem Filterträger nach Anspruch 1–7.
Kraftbetriebene Luftreinigungs-Atemschutzmaske mit: einem Helm mit einem Wölbungsraum; einer Filteranordnung, die sich im Wölbungsraum des Helms befindet, wobei die Filteranordnung ein Filter und den Filterträger nach Anspruch 1–7 aufweist.
Filteranordnung nach Anspruch 8 oder kraftbetriebene Luftreinigungs-Atemschutzmaske nach Anspruch 9, wobei das Filter einen Filterbeutel (40) aufweist.