DE69921660T2

DE69921660T2 - Gesichtsmaske mit gefiltertem ausatmungsventil

Info

Publication number: DE69921660T2
Application number: DE69921660T
Authority: DE
Inventors: A. Daniel JAPUNTICH; V. Nicole McCULLOUGH; K. Jane PETERSON; R. Nicolas BAUMANN; W. John BRYANT; P. Christopher HENDERSON; E. Bruce PENNING
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: AU746751B2; AU2108199A; ES2232108T3; WO2000004957A1; US6805124B2; US20020023651A1; ZA994642B; KR100544552B1; US20030005934A1; DE69921660D1; CA2337434A1; PL190442B1; EP1100592A1; KR20010071022A; EP1479413A2; CN1149113C; CZ2001268A3; EP1100592B1; DK1100592T3; JP2002521102A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gesichtsmaske mit einem Filterelement, das mit einem Ausatmungsventil verbunden ist. Durch das Filterelement kann die Gesichtsmaske Verunreinigungen aus dem Ausatmungsstrom entfernen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gesichtsmasken werden zu zwei geläufigen Zwecken über den Atemwegen einer Person getragen: (1) um zu verhindern, dass Verunreinigungen in die Atemwege des Trägers eindringen; und (2) um andere Personen oder Gegenstände davor zu bewahren, dass sie Krankheitserregern und anderen Verunreinigungen ausgesetzt werden, die vom Träger ausgestoßen werden. In der ersten Situation wird die Gesichtsmaske in einer Umgebung getragen, in der die Luft Substanzen enthält, die für den Träger schädlich sind, zum Beispiel in einer Autokarosseriewerkstatt. In der zweiten Situation wird die Gesichtsmaske in einer Umgebung getragen, in der es ein hohes Risiko der Infektion oder Kontaminierung einer anderen Person oder eines Gegenstandes gibt, zum Beispiel in einem Operationssaal oder in einem Reinraum.
Gesichtsmasken, die dafür konstruiert worden sind, den Träger zu schützen, werden gewöhnlich als „Respiratoren" bezeichnet, während Masken, die in erster Linie im Hinblick auf das zweite Szenario konstruiert worden sind, also um andere Personen und Dinge zu schützen, im allgemeinen als „Gesichtsmasken" oder einfach als „Masken" bezeichnet werden.
Eine Operationsmaske ist ein gutes Beispiel für eine Gesichtsmaske, die sich häufig nicht als Respirator eignet. Einige Operationsmasken sind locker sitzende Gesichtsmasken, die in erster Linie dafür konstruiert sind, andere Personen vor Verunreinigungen zu schützen, die vom Träger ausgestoßen werden. Substanzen, die vom Mund eines Trägers ausgestoßen werden, sind häufig Aerosole, die im Allgemeinen Suspensionen feiner Feststoffe oder flüssiger Partikel in Gas enthalten. Operationsmasken können diese Partikel recht gut filtern. US-Patentschrift 3,613,678 an Mayhew offenbart ein Beispiel einer locker sitzenden Operationsmaske.
Masken, die das Gesicht nicht abdichten, so wie einige bekannte Operationsmasken, besitzen typischerweise kein Ausatmungsventil zum Ausblasen ausgeatmeter Luft aus dem Maskeninneren. Die Masken sitzen manchmal locker, um ausgeatmete Luft leicht aus den Seiten der Maske entweichen zu lassen, damit der Träger kein Unbehagen verspürt, insbesondere wenn er schwer atmet. Weil diese Masken locker sitzen, können sie jedoch den Träger nicht vollständig davor schützen, Verunreinigungen einzuatmen oder Fluidspritzern ausgesetzt zu sein. Im Hinblick auf die vielfältigen Verunreinigungen, die es in Krankenhäusern gibt, und die vielen Krankheitserreger, die in Körperfluiden existieren, ist die Eigenschaft, locker zu sitzen, ein beträchtlicher Nachteil für solche Operationsmasken. Außerdem sind Masken, die das Gesicht nicht abdichten, dafür bekannt, ausgeatmete Luft um die Maskenkanten herum passieren zu lassen, bekannt als „Vorbeiströmen", und solche Masken würden keinen Nutzen daraus ziehen, am Maskenkörper ein Ausatmungsventil befestigt zu haben.
Gesichtsmasken sind auch so konstruiert worden, dass sie eine engere, hermetischere Passgenauigkeit zwischen dem Gesicht des Trägers und der Maske bewirken. Einige enganliegende Masken weisen ein Gesichtsteil aus nicht-porösem Gummi auf, das entfernbare oder dauernd befestigte Filterpatronen aufnimmt. Das Gesichtsteil besitzt auch ein Ausatmungsventil, um warme, feuchte, ausgeatmete Luft mit hohem CO₂-Gehalt aus dem Maskeninneren auszublasen. Masken mit dieser Konstruktion werden gewöhnlich anschaulicher als Respiratoren bezeichnet. US-Patentschrift 5,062,421 an Burns und Reischel offen bart ein Beispiel einer solchen Maske. Kommerziell erhältliche Produkte sind z.B. die Masken der 5000er- und 6000er-Serie^TM, vertrieben von der 3M Company, St.Paul, Minnesota.
Andere enganliegende Gesichtsmasken weisen einen porösen Maskenkörper auf, der geformt und angepasst ist, um eingeatmete Luft zu filtern. Normalerweise werden diese Masken ebenfalls als Respiratoren bezeichnet und besitzen oft ein Ausatmungsventil, das sich unter erhöhtem inneren Luftdruck öffnet, wenn der Träger ausatmet – siehe zum Beispiel US-Patentschrift 4,827,924 an Japuntich.
Weitere Beispiele filternder Gesichtsmasken, die Ausatmungsventile besitzen, werden in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 an Japuntich u.a., US-Patentschrift 4,537,189 an Vicenzi, US-Patentschrift 4,934,362 an Braun und US-Patentschrift 5,505,197 an Scholey gegeben.
Typischerweise wird das Ausatmungsventil durch eine Ventilabdeckung geschützt, siehe zum Beispiel US-Geschmacksmuster 347,299 und 347,298, die das Ventil vor körperlicher Beschädigung schützen kann, verursacht zum Beispiel durch versehentliche Schläge.
Bekannte enganliegende Masken, die ein Ausatmungsventil besitzen, können verhindern, dass der Träger schädliche Partikel direkt einatmet, aber die Masken stoßen an ihre Grenzen, wenn es darum geht, andere Personen oder Gegenstände davor zu schützen, vom Träger ausgestoßenen Verunreinigungen ausgesetzt zu sein. Wenn ein Träger ausatmet, ist das Ausatmungsventil zur Außenluft geöffnet, und diese zeitweise Öffnung bewirkt einen Durchlass von dem Mund und der Nase des Trägers zur Maskenaußenseite. Die zeitweise Öffnung kann Aerosolpartikel, die vom Träger erzeugt wurden, vom Maskeninneren zur Außenseite gelangen lassen. Umgekehrt können Flugobjekte wie Spritzfluide durch die zeitweise Öffnung hindurch von der Außenseite der Maske in ihr Inneres gelangen.
In vielen Anwendungen, insbesondere in Operationssälen und Reinräumen, könnte der offene Durchlass, den das Ausatmungsventil vorübergehend bereitstellt, möglicherweise zur Infektion eines Patienten oder Verunreinigung eines Präzisionsbauteils führen. Der Verband der OP-Krankenschwestern hat empfohlen, dass Masken beim Zurückhalten ausgestoßener lebensfähiger Partikel zu 95 Prozent wirksam sein sollten. Proposed Recommended Practice for OR Wearing Apparel, AORN JOURNAL, Bd. 33, Nr.1, S. 100 bis 104, 101 (Jan. 1981); siehe auch D. Vesley u.a., Clinical Implications of Surgical Mask Retention Efficiencies for Viable and Total Particles, INFECTIONS IN SURGERY, S. 531 bis 536, 533 (Juli 1983). Demzufolge werden derzeit Gesichtsmasken, die Ausatmungsventile einsetzen, zur Verwendung in solchen Umgebungen nicht empfohlen. Siehe z.B. Guidelines for Preventing the Transmission of Mycobacterium Tuberculosis in Health Care Facilities, MORBIDITY AND MORTALITY WEEKLY REPORT, US Dept. Health & Human Services, Bd. 43, Nr. RR-13, S. 34 & 98 (28.Okt. 1994).
Es sind Gesichtsmasken hergestellt worden, die sowohl den Träger als auch Personen oder Objekte in der Nähe vor Verunreinigung schützen können. Kommerziell erhältliche Produkte sind z.B. die Markenmasken 1800^TM, 1812^TM, 1838^TM, 1860^TM und 8210^TM, vertrieben von der 3M Company. Andere Beispiele für Masken dieser Art werden in den US-Patentschriften 5,307,706 an Kronzer u.a., 4,807,619 an Dyrud und 4,536,440 an Berg offenbart. Die Masken sind relativ enganliegend, um zu verhindern, dass Gase und flüssige Verunreinigungen an ihrem Umfang in das Innere der Maske eindringen und aus diesem austreten, aber den Masken fehlt gewöhnlich ein Ausatmungsventil, das bewirkt, dass ausgeatmete Luft schnell aus dem Maskeninneren ausgeblasen wird. Daher können, obwohl die Masken Verunreinigungen aus den Einatmungs- und Ausatmungsströmen entfernen und Schutz vor Spritzfluiden bieten, die Masken im Allgemeinen nicht den Tragekomfort maximieren.
US-Patentschrift 5,117,821 an White offenbart ein Beispiel einer Maske, die Geruch aus ausgeatmeter Luft entfernt. Diese Maske wird für Jagdzwecke benutzt, um zu verhindern, dass das gejagte Tier den Jäger entdeckt. Diese Maske weist ein Einatmungsventil auf, das zulässt, dass Außenluft in das Maskeninnere gezogen wird, und es weist einen Reinigungskanister, der am Körper des Trägers getragen wird, zur Aufnahme ausgeatmeter Luft auf. Ein langer Schlauch leitet ausgeatmete Luft zum entfernten Kanister. Die Einrichtung weist an den Enden der Kanister angebrachte Ausatmungsventile auf, um die Passage des gereinigten Atems in die Atmosphäre zu kontrollieren, und um ein Wiedereinatmen von Atemluft aus dem Kanister auszuschließen. Der Kanister kann Aktivkohlepartikel enthalten, um Atemgerüche zu entfernen.
Obwohl die Jagdmaske verhindert, dass ausgeatmete organische Dämpfe in die Außenluft transportiert werden, (und den Jäger mit einem unfairen Vorteil ausstatten kann,) ist die Maske nicht dafür ausgelegt, dem Träger eine Quelle sauberer Luft bereitzustellen. Außerdem stellt sie keine Befestigung für einen Eintrittsfilter bereit, und sie ist in gewisser Weise unhandlich und wäre nicht praktisch für andere Anwendungen.
Die Deutsche Veröffentlichung 4 307 754 offenbart eine Maske, die einen langen Schlauch oder eine Röhre verwendet, der/die sich vom Maskenkörper erstreckt, um im weiteren in eine andere Luftröhre zu greifen, die im Gegenzug mit einer Luftstrom-Kontrolleinrichtung verbindet. Die Luftstrom-Kontrolleinrichtung kontrolliert die Versorgung und Entfernung der Atemluft und umfasst dabei eine Luftpumpe, die die ausgeatmete Luft in einen Luftfilter aufsaugt, um die ausgeatmete Luft zu reinigen oder zu dekontaminieren. Des Weiteren kann die Einrichtung auch benutzt werden, um den Träger mit gereinigter Luft zu versorgen. Dabei saugt die Luftstrom-Kontrolleinrichtung Atemluft auf und leitet die gefilterte Luft an den Träger. Die Luftstrom-Kontrolleinrichtung stellt eine Energiequelle und eine Klammer zum Befestigen der Einrichtung an der Bekleidung eines Trägers bereit.
In EP-A-0 171 511 ist eine Atemmaske offenbart, die ein Einatmungs- und Ausatmungsventil umfasst und eine ausschließlich am Ausatmungsventil befestigte Filtereinrichtung, die das vom Träger ausgeatmete Kohlendioxid herausfiltert, bevor es in die Atmosphäre eintritt. Dafür umfasst die Filtereinrichtung eine Lithiumhydroxid(LiOH)-Patrone, die Lithiumhydroxid (LiOH)-Körner als Kohlendioxid(CO₂)-Absorber und ein gewebtes Material als Filtermaterial enthält, um zu verhindern, dass Lithiumhydroxid(LiOH)-Staub mit dem Organismus des Trägers in Kontakt geraten und zu chemischen Verbrennungen führen kann.
In US-Patentschrift 5,016,625 ist ein Respirator zum Filtern der Luft von Rauch und Dämpfen aus einem Feuer offenbart, um zu verhindern, dass ein Träger zuviel eines giftigen Gases wie Kohlenmonoxid einatmet. Eine Belüftungseinrichtung ist mit einem textilen Material gefüllt, das mit einem Steuerelement nass gemacht wird. In das textile Material ist, angeblich zum Filtern ausgeatmeter Luft, ein Rückschlagventil eingebettet. Aufgrund des Druckes, der typischerweise zum Öffnen solch eines Rückschlagventils benötigt wird, würde man jedoch erwarten, dass die ausgeatmete Luft das Ventil umgeht und aus der Belüftungseinrichtung über denselben Weg austritt, den die eingeatmete Luft beim Eintritt in die Belüftungseinrichtung genommen hat.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen wird eine Filtergesichtsmaske benötigt, die verhindern kann, dass Verunreinigungen vom Träger in die Außenluft gelangen, die verhindern kann, dass Spritzfluide in das Maskeninnere eindringen, und die zulässt, dass warme, feuchte Luft mit hohem CO₂-Gehalt schnell aus dem Maskeninneren ausgeblasen wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Maske bereit, die in kurzer Zusammenfassung umfasst: (a) einen Maskenkörper; (b) ein am Maskenkörper befindliches Ausatmungsventil, das mindestens eine Öffnung hat, die es zulässt, dass ausgeatmete Luft während einer Ausatmung von einem inneren Gasraum zu einem äußeren Gasraum gelangen kann; und (c) ein auf der Filtergesichtsmaske im Ausatmungsstrom befindliches Ausatmungs-Filterelement, um zu verhindern, dass Verunreinigungen mit der ausgeatmeten Luft vom inneren Gasraum zum äußeren Gasraum gelangen können.
Die Erfindung unterscheidet sich von bekannten Gesichtsmasken, die ein Ausatmungsventil besitzen, darin, dass die Erfindung zum ersten Mal ein Ausatmungs-Filterelement aufweist, das verhindern kann, dass Verunreinigungen im Ausatmungsstrom vom Gasraum im Maskeninneren in den äußeren Gasraum gelangen. Diese Eigenschaft macht die Gesichtsmaske besonders vorteilhaft für die Anwendung in Operationsverfahren oder für die Anwendung in Reinräumen, wo sie in der Vergangenheit nicht benutzt worden wäre. Ebenso kann die Erfindung, anders als einige bisher bekannte Gesichtsmasken, die Form einer enganliegenden Maske haben, die dem Träger guten Schutz vor in der Luft befindlichen Verunreinigungen und vor Spritzfluiden bietet. Und weil die erfinderische Gesichtsmaske ein Ausatmungsventil besitzt, kann sie dem Träger dadurch guten Komfort bieten, dass er warme, feuchte Luft mit hohem CO₂-Gehalt schnell aus dem Maskeninneren ausblasen kann. Daher bietet die Erfindung den Trägern erhöhten Komfort durch Herabsetzung der Temperatur, der Feuchtigkeit und der Kohlendioxidgehalte innerhalb der Maske, während sie gleichzeitig den Träger schützt und verhindert, dass Partikel und andere Verunreinigungen in die äußere Umgebung gelangen.
Diese und andere Vorteile und Eigenschaften, die die Erfindung kennzeichnen, werden im Folgenden in der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht.
GLOSSAR
In Bezug auf die Erfindung werden die folgenden Ausdrücke wie folgt definiert:
„Aerosol" ist ein Gas, das suspendierte Partikel in fester und/oder flüssiger Form enthält;
„Saubere Luft" ist ein Volumen atmosphärischer Luft, die gefiltert worden ist, um Verunreinigungen zu entfernen;
„Verunreinigungen" sind Partikel und/oder andere Substanzen, die im Allgemeinen nicht als Partikel angesehen werden (z.B. organische Dämpfe usw.), die aber in Luft suspendiert sein können, einschließlich Luft in einem Ausatmungsstrom;
„Ausatmungsventil" ist ein Ventil, das für die Verwendung auf einer Filtergesichtsmaske konstruiert wurde, sich in Reaktion auf Druck durch ausgeatmete Luft zu öffnen, und geschlossen zu bleiben, wenn ein Träger einatmet, sowie zwischen den Atemzügen;
„Ausgeatmete Luft" ist Luft, die von einem Träger einer Filtergesichtsmaske ausgeatmet wird;
„Ausatmungs-Filterelement" ist eine poröse Struktur, durch die ausgeatmete Luft hindurch gelangen kann, und die Verunreinigungen aus einem Ausatmungsstrom entfernen kann;
„Ausatmungsstrom" ist der Luftstrom, der durch eine Öffnung eines Ausatmungsventils hindurch gelangt.
„Äußerer Gasraum" ist der umgebende Raum atmosphärischer Luft, in den ausgeatmetes Gas eintritt, nachdem es deutlich über das Ausatmungsventil hinaus gelangt ist;
„Filtergesichtsmaske" ist eine Maske, die mindestens die Nase und den Mund eines Trägers bedeckt, und die einen Träger mit sauberer Luft versorgen kann;
„Einatmungs-Filterelement" ist eine poröse Struktur, durch die eingeatmete Luft hindurch gelangt, bevor sie durch den Träger eingeatmet wird, so dass Verunreinigungen und/oder Partikel daraus entfernt werden können;
„Innerer Gasraum" ist der Raum, in den saubere Luft eintritt, bevor sie durch den Träger eingeatmet wird, und in den ausgeatmete Luft gelangt, bevor sie durch die Öffnung des Ausatmungsventils hindurch gelangt;
„Maskenkörper" ist eine Struktur, die mindestens über die Nase und den Mund einer Person passen kann, und die dazu beiträgt, einen von einem äußeren Gasraum getrennten inneren Gasraum zu definieren;
„Partikel" sind irgendeine flüssige und/oder feste Substanz, die in Luft suspendiert sein kann, zum Beispiel Krankheitserreger, Bakterien, Viren, Schleim, Speichel, Blut usw.;
„Poröse Struktur" ist eine Mischung eines Volumens eines festen Materials und eines Volumens an Hohlräumen, die ein dreidimensionales System aus eingelagerten, gewundenen Kanälen definiert, durch die ein Gas hindurch gelangen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bezüglich der Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern benutzt werden, um die entsprechende Struktur über die verschiedenen Ansichten hinweg zu bezeichnen, ist.
1 eine perspektivische Ansicht einer Filtergesichtsmaske 20, an die ein Ausatmungsventil 22 angebracht ist;
2 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, die eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 31 veranschaulicht;
3 eine Vorderansicht eines Ventilsitzes 30, der in Verbindung mit dem Ventil 22 benutzt wird,
4 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, die eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 32 veranschaulicht;
5 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, die eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 33 veranschaulicht;
6 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, die eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 34 veranschaulicht;
7 eine Seitenansicht einer der in 1 dargestellten Maske 20 ähnlichen Maske 20' im Schnitt, die eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 35 veranschaulicht;
8 eine Seitenansicht einer der in 1 dargestellten Maske 20 ähnlichen Maske 20'' im Schnitt, die eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 36 veranschaulicht;
9 eine Seitenansicht einer der in 1 dargestellten Maske 20 ähnlichen Maske 20''' im Schnitt, die eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelements 37 veranschaulicht;
10 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, das ein erfindungsgemäßes Ausatmungs-Filterelement 38 aufweist;
11 eine Seitenansicht eines Ausatmungsventils 22 im Schnitt, das ein erfindungsgemäßes abnehmbares Ausatmungs-Filterelement 39 aufweist;
12 eine Vorderansicht einer Filtergesichtsmaske 60, die ein erfindungsgemäßes Ausatmungs-Filterelement 40 aufweist;
13 eine Vorderansicht einer Vollgesichts-Filtermaske 70, die ein erfindungsgemäßes Ausatmungs-Filterelement 41 veranschaulicht; und
14 eine schematische Darstellung, die die Luftströme veranschaulicht, wenn ein „Percent Flow Through Valve Test" durchgeführt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung hat einen Nutzen bei vielen Arten von Filtergesichtsmasken, darunter Halbmasken, die die Nase und den Mund des Trägers bedecken; Vollgesichts-Respiratoren, die die Nase, den Mund und die Augen des Trägers bedecken; Ganzkörperanzüge und Kapuzen, die einen Träger mit sauberer Luft versorgen; angetriebene und gespeiste Atemschutze; Selbstretter; und im Prinzip jede andere Filtergesichtsmaske, an die ein Ausatmungsventil befestigt werden kann. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für den Gebrauch bei Filtergesichtsmasken, die einen porösen Maskenkörper haben, der als Filter fungiert.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Ausatmungs-Filterelement stromaufwärts von der Öffnung des Ausatmungsventils im Maskeninneren angeordnet werden, so dass Partikel in Aerosolen aufgesammelt werden, bevor sie durch das Ausatmungsventil hindurch gelangen. In einer anderen Ausführungsform kann das Ausatmungs-Filterelement zwischen dem Maskenkörper und der Öffnung zum Ausatmungsventil angeordnet werden. In noch anderen Ausführungsformen kann das Ausatmungs-Filterelement stromabwärts vom Ausatmungsventil angeordnet sein, so dass Luft, die durch das Ausatmungsventil hindurch gelangt, danach durch das Ausatmungs-Filterelement hindurch gelangt. Andere Ausführungsformen weisen ein Ausatmungs-Filterelement auf, das nicht nur das Ventilgehäuse bedeckt, sondern größere Teile des Maskenkörpers und sogar das gesamte Äußere des Maskenkörpers, um eine vergrößerte Filteroberfläche und einen niedrigeren Ausatmungswiderstand oder Druckabfall am Ausatmungs-Filterelement zu schaffen. Die Erfindung kann auch Ausführungsformen aufweisen, in denen die Masken-Abdeckungsbahnen oder Formschichten als Ausatmungs-Filterelement fungieren, oder in denen die Ventilabdeckung das Ausatmungs-Filterelement ist.
In 1 wird eine Gesichtsmaske 20 dargestellt, die ein Ausatmungsventil 22 aufweist, das sich zentral auf dem Maskenkörper 24 befindet. Der Maskenkörper 24 ist beim Tragen in einer im Großen und Ganzen schalenförmigen Bauform konfiguriert, um bequem über die Nase und den Mund einer Person zu passen. Die Maske ist so geformt, dass sie an ihrem Rand 21 einen im Wesentlichen leckstellenfreien Kontakt mit dem Gesicht des Trägers aufrechterhält. Der Maskenkörper 24 wird um den Maskenrand 21 herum durch Bänder 26, die sich beim Tragen der Maske hinter den Kopf und Hals des Trägers erstrecken, fest gegen das Gesicht eines Trägers gezogen. Die Gesichtsmaske 20 bildet einen inneren Gasraum zwischen dem Maskenkörper 24 und dem Gesicht des Trägers. Der innere Gasraum wird von der umgebenden atmosphärischen Luft oder dem äußeren Gasraum durch den Maskenkörper 24 und das Ausatmungsventil 22 getrennt. Der Maskenkörper kann eine sich anpassende Nasenklammer 25 (siehe 7 bis 9) aufweisen, die an der Innenseite des Maskenkörpers 24 (oder der Außenseite oder zwischen Schichten) befestigt ist, um für ein bequemes Passen über die Nase und dort, wo die Nase auf den Wangenknochen trifft, zu sorgen. Eine Maske mit der in 1 gezeigten Bauform wird in US-Patentanmeldung 08/612,527 von Bostock u.a., und in den US-Geschmacksmusteranmeldungen 29/059,264 von Henderson u.a., 29/059,265 von Bryant u.a. und 29/062,787 von Curran u.a. beschrieben. Die Gesichtsmasken der Erfindung können viele andere Bauformen annehmen, wie flache Masken und schalenförmige Masken, gezeigt zum Beispiel in US-Patentschrift 4,807,619 an Dyrud u.a. Die Nasenklammer kann die Bauform haben, die in US-Patentschrift 5,558,089 an Casuglione beschrieben wird. Die Maske könnte an ihrem Rand auch eine thermochrome die Passform anzeigende Abdichtung aufweisen, um den Träger leicht feststellen zu lassen, ob sich eine gute Passform gebildet hat – siehe US-Patentschrift 5,617,849 an Springett u.a.
Das auf dem Maskenkörper 24 bereitgestellte Ausatmungsventil 22 öffnet sich, wenn ein Träger ausatmet, in Reaktion auf erhöhten Druck innerhalb der Maske, und sollte zwischen den Atemzügen und während des Einatmens geschlossen bleiben. Wenn ein Träger einatmet, wird Luft durch das Filtermaterial hindurch gezogen, das ein Faservlies-Filtermaterial 27 umfassen kann (2, 4 bis 9 und 12 bis 13). Filtermaterialien, die auf Unterdruck-Halbmaskenrespiratoren wie dem in 1 dargestellten Respirator 20 alltäglich sind, enthalten oft ein verwirrtes Gewebe elektrisch geladener schmelzgeblasener Mikrofasern (BMF). BMF-Fasern besitzen typischerweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 10 Mikrometern (μm) oder weniger. Wenn sie in einem Gewebe zufällig verwirrt sind, weisen sie eine ausreichende Integrität auf, um als Matte verarbeitet zu werden. Beispiele für Fasermaterialien, die als Filter in einem Maskenkörper benutzt werden können, sind in US-Patentschrift 5,706,804 an Baumann u.a., US-Patentschrift 4,419,993 an Peterson, der erneuten US-Patenterteilung Re 28,102 an Mayhew, den US-Patentschriften 5,472,481 und 5,411,576 an Jones u.a. und US-Patentschrift 5,908,598 an Rousseau u.a. offenbart. Die Fasermaterialien können Additive enthalten, um die Filterleistung zu verbessern, wie die in den US-Patentschriften 5,025,052 und 5,099,026 an Crater u.a. beschriebenen Additive, und können auch niedrige Gehalte extrahierbarer Kohlenwasserstoffe aufweisen, um die Leistung zu verbessern; siehe zum Beispiel die US-Patentanmeldung 08/941,945 von Rousseau u.a. Fasergewebe können auch so hergestellt werden, dass sie erhöhten Widerstand gegen öligen Nebel haben, wie in US-Patentschrift 4,874,399 an Reed u.a. und in den US-Patentanmeldungen 08/941,270 und 08/941,864, beide von Rousseau u.a., gezeigt wird. Elektrische Ladung kann unter Verwendung von Techniken, die zum Beispiel in US-Patentschrift 5,496,507 an Angadjivand u.a., US-Patentschrift 4,215,682 an Kubik u.a. und US-Patentschrift 4,592,815 an Nakao beschrieben sind, auf BMF-Faservliesgewebe aufgebracht werden.
2 zeigt das auf dem Maskenkörper 24 befestigte Ausatmungsventil 22 im Querschnitt. Der Maskenkörper 24 fungiert als Einatmungs-Filterelement und weist eine Filterschicht 27 eine äußere Abdeckungsbahn 29 und eine innere Abdeckungsbahn 29' auf. Das Einatmungs-Filterelement ist in den Maskenkörper 24 integriert. Das heißt, es bildet einen Teil des Maskenkörpers und ist kein Teil, das nachträglich an dem Körper befestigt wird. Die äußeren und inneren Abdeckungsbahnen 29 und 29' schützen die Filterschicht 27 vor abtragenden Kräften und halten alle Fasern zurück, die sich von der Filterschicht 27 lockern können. Die Abdeckungsbahnen 29, 29' können auch Filterfähigkeiten aufweisen, allerdings typischerweise nicht annähernd so gute wie die Filterschicht 27. Die Abdeckungsbahnen können aus Faservliesmaterialien hergestellt sein, die Polyolefine und Polyester enthalten (siehe z.B. die US-Patente 4,807,619 und 4,536,440 und US-Patentanmeldung 08/881,348, eingereicht am 24.Juni 1997). Das Ausatmungsventil 22 weist einen Ventilsitz 30 und eine flexible Klappe 42 auf. Die flexible Klappe 42 liegt auf einer Dichtungsoberfläche 43 auf, wenn die Klappe geschlossen ist, wird aber von dieser Oberfläche 43 am freien Ende 44 angehoben, wenn während eines Ausatmens ein signifikanter Druck erreicht wird. Die Dichtungsoberfläche 43 des Ventils ist im Allgemeinen in einem konkaven Querschnitt gekrümmt, wenn sie in einer Seitenansicht betrachtet wird.
3 zeigt den Ventilsitz 30 in einer Vorderansicht. Der Ventilsitz 30 besitzt eine Öffnung 45, die sich radial einwärts zur Dichtungsoberfläche 43 befindet. Die Öffnung 45 kann Querverstrebungen 47 aufweisen, die die Dichtungsoberfläche 43 und letztlich das Ventil 22 (2) stabilisieren. Die Querverstrebungen 47 können auch verhindern, dass die Klappe 42 (2) während eines Einatmens in die Öffnung 45 umklappt. Die flexible Klappe 42 ist in ihrem befestigten Abschnitt 48 (2) auf der Klappenhaltefläche 49 am Ventilsitz 30 befestigt. Die Klappenhaltefläche 49 befindet sich wie gezeigt außerhalb des durch die Öffnung umfassten Bereichs und kann Stifte 51 aufweisen, um die Befestigung der Klappe an der Fläche zu unterstützen. Die flexible Klappe 42 (2) kann an der Fläche 49 befestigt werden unter Anwendung von Schallschweißen, eines Klebstoffs, mechanischer Einspannung und ähnlichem. Der Ventilsitz 30 weist auch einen Flansch 46 auf, der sich seitlich vom Ventilsitz 30 an dessen Basis erstreckt, um eine Oberfläche zu schaffen, die zulässt, dass das Ausatmungsventil 22 (2) am Maskenkörper 24 befestigt wird. Das in 2 und 3 dargestellte Ventil 22 wird vollständiger beschrieben in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 an Japuntich u.a. Anders als bei dem in diesen zwei Patenten beschriebenen Ventil weist das in 2 dargestellte Ventil 22 ein im Ausatmungsstrom befindliches Ausatmungs-Filterelement 31 auf.
Das in 2 dargestellte Ausatmungs-Filterelement 31 befindet sich zwischen dem Filtermaterial 27 im Maskenkörper 24 und der Basis 46 des Ausatmungsventils 22. Das Ausatmungs-Filterelement 31 ist somit stromabwärts von der Öffnung 52 im Maskenkörper 24 angeordnet. Luft, die vom Träger ausgeatmet wird, tritt in den Gasraum im Maskeninneren ein, der sich in 2 links vom Maskenkörper 24 befinden würde. Die ausgeatmete Luft verlässt den inneren Gasraum durch eine Öffnung 52 im Maskenkörper 24. Die Öffnung 52 wird durch das Ventil 22 an seiner Basis 46 umschrieben. Bevor sie durch die Ventilöffnung 45 hindurch gelangt, gelangt die ausgeatmete Luft durch das Ausatmungs-Filterelement 31 hindurch. Das Ausatmungs-Filterelement 31 entfernt Verunreinigungen, die im Ausatmungsstrom vorhanden sein können, zum Beispiel suspendierte Partikel im ausgeatmeten Aerosol des Trägers. Nachdem sie durch das Ausatmungs-Filterelement 31 gelangt ist, verlässt die ausgeatmete Luft dann die Ventilöffnung 45, wenn das freie Ende 44 der flexiblen Klappe in Reaktion auf eine Kraft, die durch die ausgeatmete Luft des Trägers erzeugt wird, von der Dichtungsoberfläche 43 angehoben wird. Die gesamte ausgeatmete Luft sollte durch das Filtermaterial 27 des Maskenkörpers oder das Ausatmungs-Filterelement 31 hindurch gelangen. Die ausgeatmete Luft, die durch das Filtermaterial 27 des Maskenkörpers oder das Ausatmungs-Filterelement 32 hindurch gelangt, tritt dann in die Atmosphäre ein. Unter idealen Bedingungen wird nicht zugelassen, dass ausgeatmete Luft ungefiltert in die Atmosphäre eintritt, solange sie nicht versehentlich aus der Maske entweicht, zum Beispiel an ihrem Rand 21 (1).
Die ausgeatmete Luft, die den inneren Gasraum durch die Ventilöffnung 45 verlässt, gelangt dann weiter durch die Öffnungen 53 in der Ventilabdeckung 54, um in den äußeren Gasraum einzutreten. Die Ventilabdeckung 54 erstreckt sich über das Äußere des Ventilsitzes 30 und umfasst die Öffnungen 53 an den Seiten und dem Oberteil der Ventilabdeckung 54. Eine Ventilabdeckung mit dieser Bauform wird in US-Geschmacksmuster 347,299 an Bryant u.a. gezeigt. Andere Bauformen anderer Ausatmungsventile und Ventilabdeckungen können ebenso benutzt werden (siehe US-Geschmacksmuster 347,298 an Japuntich u.a. für eine andere Ventilabdeckung).
Der Widerstand oder Druckabfall am Ausatmungs-Filterelement sind vorzugsweise geringer als der Widerstand oder Druckabfall am Einatmungs-Filterelement des Maskenkörpers. Weil ausgeatmete Luft den Weg des geringsten Widerstandes gehen wird, ist es wichtig, ein Ausatmungs-Filterelement zu verwenden, das einen geringeren Druckabfall als der Maskenkörper aufweist, vorzugsweise geringer als die Filtermedien im Maskenkörper, so dass ein Hauptteil der ausgeatmeten Luft durch die Ausatmungs-Filtermedien hindurch gelangt, anstatt durch die Filtermedien des Maskenkörpers. Zu diesem Zweck sollte das Ausatmungsventil, einschließlich des Ausatmungs-Filterelements, einen Druckabfall aufweisen, der geringer ist als der Druckabfall an den Filtermedien am Maskenkörper. Die meiste oder im Wesentlichen die gesamte ausgeatmete Luft wird daher vom Inneren des Maskenkörpers durch das Ausatmungsventil hinaus und durch das Ausatmungs-Filterelement hindurch strömen. Wenn der Luftströmungswiderstand aufgrund des Ausatmungs-Filterelementes zu groß ist, so dass die Luft nicht leicht aus dem Maskeninneren ausgestoßen wird, können sich die Feuchtigkeits- und Kohlendioxidgehalte innerhalb der Maske erhöhen, und können dem Träger Unbehagen bereiten.
4 zeigt ein Ausatmungs-Filterelement 32, das sich an einer anderen Stelle befindet. In dieser Ausführungsform ist das Ausatmungs-Filterelement 32 am Inneren des Maskenkörpers 24 stromaufwärts von der Öffnung 52 in den Filtermedien angeordnet. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform hebt die ausgeatmete Luft die flexible Klappe 42 nach dem Austritt aus der Öffnung 45 an und gelangt dann aus den Öffnungen 53 in der Ventilabdeckung 54 heraus. Die ausgeatmete Luft gelangt durch das Ausatmungs-Filterelement 32 hindurch, bevor sie durch die Filtermedienöffnung 52 und Ventilöffnung 45 hindurch gelangt. Wie in anderen Ausführungsformen kann das Ausatmungs-Filterelement 32 an dieser Stelle zum Beispiel durch mechanisches Befestigen (z.B. durch Schnappverschluss oder kraftschlüssige Verbindung), Ultraschallschweißen oder das Verwenden eines Klebstoffs an der Maske befestigt werden.
5 zeigt ein Ausatmungs-Filterelement 33, das sich über und um die Ventilabdeckung 54 des Ausatmungsventils 22 herum erstreckt. Das Ausatmungs-Filterelement 33 wird vorzugsweise eng neben das äußere der Ventilabdeckung angeordnet, und wird zwischen dem Maskenkörper 24 und dem Ventilsitz 30 und der Ventilabdeckung 54 gehalten. Wenn es sich an dieser Stelle befindet, gelangt die ausgeatmete Luft durch das Ausatmungs-Filterelement 33 hindurch, nachdem sie durch die Öffnungen 53 in der Ventilabdeckung 54 hindurch gelangt ist. Ausführungsformen wie diese können dadurch vorteilhaft sein, dass die Anordnung des Ausatmungs-Filterelementes 33 stromabwärts von der Ventilöffnung 45 und der Klappe 42 erlaubt, dass der Ausatmungsstrom die Ventilklappe 42 unbehindert trifft. Das heißt, die Anordnung des Ausatmungs-Filterelementes stromabwärts kann eine Impulsverminderung des Ausatmungsstroms vermeiden, die die Öffnungsleistung des Ventils beeinträchtigen könnte. Die Anordnung stromabwärts kann auch dadurch vorteilhaft sein, dass sie für eine bessere prophylaktische Abdeckung des Ventils sorgt und Partikel aufsammeln kann, die durch Aufbruch eines Kondensationsmeniskus zwischen der Ventilklappe 42 und dem Ventilsitz 30 erzeugt werden könnten.
6 zeigt ein Ausatmungs-Filterelement 34, das am Inneren der Ventilabdeckung 54 angeordnet ist. Das Ausatmungs-Filterelement 34 wird zwischen dem Ventilsitz 30 und dem Maskenkörper 24 und zwischen dem Ventilsitz 30 und der Ventilabdeckung 54 gehalten. Luft, die ausgeatmet wird, gelangt daher durch das Ausatmungs-Filterelement 34 hindurch, bevor sie durch die Öffnungen 53 in der Ventilabdeckung 54, aber nachdem sie durch die Ventilöffnung 45 hindurch gelangt ist. Die Anordnung des Ausatmungs-Filterelementes 34 stromabwärts in dieser Ausführungsform kann genauso vorteilhaft sein, wie oben mit Bezug auf 5 beschrieben.
7 zeigt auch ein Ausatmungs-Filterelement, das stromabwärts von der Ventilklappe 42 angeordnet ist. Das Ausatmungs-Filterelement 35 besitzt im Verhältnis zu den anderen Ausführungsformen einen ausgedehnten Oberflächenbereich. Das Ausatmungs-Filterelement 35 erstreckt sich vollständig über das Äußere des Ausatmungsventils 22 und des Maskenkörpers 24. Weil das Ausatmungs-Filterelement 35 einen Oberflächenbereich aufweist, der etwas größer als der Oberflächenbereich des Maskenkörpers 24 (oder der Filtermedien 27 im Maskenkörper 24) ist, wird sich am Ausatmungs-Filterelement 35 ein geringerer Druckabfall als am Maskenkörper 24 zeigen (wenn bei beiden dieselben Filtermedien benutzt werden), und deswegen wird ausgeatmete Luft leicht aus dem inneren Gasraum zum äußeren Gasraum durch die Öffnung 52 im Maskenkörper 24 und durch die Öffnung 45 des Ausatmungsventils hindurch gelangen. Filtermedien 27, die im Maskenkörper 24 benutzt werden, sind typischerweise Hochleistungsmedien, die einen sehr niedrigen Partikeldurchgang aufweisen (siehe die obige Beschreibung und die oben genannten Patente und Patentanmeldungen bezüglich BMF-Filtermedien, elektrisches Laden und Faseradditiven). Der Partikeldurchgang ist üblicherweise ausreichend, um NIOSH-Erfordernissen zu genügen, dargelegt in 42 C.F.R. Teil 84. Partikeldurchgang und Druckabfall bewegen sich entgegengesetzt zueinander (niedrigere Partikeldurchgänge sind gewöhnlich begleitet von höheren Druckabfällen). Weil Element 35 verglichen mit dem Maskenkörper 24 einen niedrigeren Druckabfall aufweisen würde, ist die in 7 dargestellte Ausführungsform dadurch vorteilhaft, dass die im Ausatmungs-Filterelement 35 benutzten Filtermedien Hochleistungsmedien wie die im Maskenkörper benutzten sein können.
In 8 befindet sich das Ausatmungs-Filterelement 36 ebenfalls stromabwärts von den Öffnungen 53 in der Ventilabdeckung 54. Anders als in der in 7 dargestellten Ausführungsform ist jedoch der Oberflächenbereich des Ausatmungs-Filterelementes 36 kleiner als der Oberflächenbereich des Maskenkörpers 24. Das Ausatmungs-Filterelement 36 ist dort am Maskenkörper 24 befestigt, wo die zentrale Verkleidung 55 des Maskenkörpers mit der oberen Verkleidung 56 und der unteren Verkleidung 57 zusammentrifft. Obwohl das Ausatmungs-Filterelement 36 keinen Oberflächenbereich bedeckt, der größer als der Maskenkörper 24 ist, ist es verglichen mit anderen Ausführungsformen dennoch ein vergrößerter Oberflächenbereich. Das Ausatmungs-Filterelement 36 kann daher nicht unbedingt die Durchgangs- und Druckabfallwerte aufweisen, die die Filtermedien 27 aufweisen, aber es kann dennoch ein sehr gutes Filtermedium sein, das einen geringen Partikeldurchgang aufweist. Wenn die inneren und äußeren Abdeckungsbahnen 29 und 29' merklich dem Gesamtdruckabfall des Maskenkörpers 24 etwas hinzufügen, dann kann es möglich sein, dass das Ausatmungs-Filterelement 36 ein ebenso gutes Filtermedium sein kann wie die im Maskenkörper 24 verwendeten Filtermedien 27.
In 9 ist das Ausatmungs-Filterelement 37 die äußere Abdeckungsbahn 29. Diese Ausführungsform ist dadurch vorteilhaft, dass sie relativ einfach herzustellen sein kann. Das Produkt kann hergestellt werden durch Stanzen eines Lochs durch die anderen Schichten 27, 29' im Maskenkörper 24, gefolgt vom Aufbringen der äußeren Abdeckungsbahn 29, nachdem die Löcher gestanzt sind. Die Ausführungsform kann für ein Fließband-Herstellungsverfahren vorteilhaft sein. Alternativ könnte die innere Abdeckungsbahn 29' als Ausatmungs-Filterelement fungieren, und die äußere Abdeckungsbahn 29 könnte ein darin befindliches Loch aufweisen. Oder beide Schichten 29, 29' könnten als Ausatmungs-Filterelement fungieren.
In 10 weist das Ausatmungsventil 22 ein Ausatmungs-Filterelement auf, das als filternde Abdeckung 38 dargestellt ist, die aus einem gesinterten Kunststoff oder anderem Material mit ausreichender Festigkeit sowie einer porösen Struktur, die Filterfähigkeiten verleiht, hergestellt ist. Beispiele für Materialien, die benutzt werden könnten, um eine gesinterte Ventilabdeckung erzeugen, umfassen VYLON HP (1 mm Korngröße), VYLON HP (2 mm Korngröße), VYLON TT1/119 und VYLON HP (2,5 mm Korngröße), alle hergestellt mit einem Material auf Polypropylenbasis, er hältlich von Porvair Technology Ltd., Wrexham, Clwyd, Wales, United Kingdom. Die gesinterten oder porösen Ventilabdeckungen können aus Folien hergestellt sein, die aus den Körnern erzeugt werden. Das Folienmaterial kann in Stücke geschnitten werden, die in Form einer Ventilabdeckung zusammengesetzt werden. Alternativ können die Körner erhitzt werden und über ein Werkzeug gepresst werden, das so ausgestaltet ist, dass es eine Ventilabdeckung formt. Die Ventilabdeckung 38 hat nicht die Öffnungen 53 wie die Ventilabdeckung 50 aus 2, 5 bis 9 und 11. Stattdessen gelangt die Luft, die durch das Ventil 24 strömt, durch die poröse Struktur der filternden Ventilabdeckung 38 hindurch. Bei Verwendung dieser integrierten Bauform wird ein von der Ventilabdeckung gesondertes Ausatmungs-Filterelement nicht benötigt.
11 zeigt ein Ausatmungsventil 22 mit einem Ausatmungs-Filterelement 39, das entfernbar und vorzugsweise ersetzbar ist. Das entfernbare Filterelement 39 erstreckt sich über die und rastet auf der Ventilabdeckung 54 unter Verwendung von herkömmlichen oder anderen Befestigungsmitteln ein. Eine (nicht dargestellte) undurchlässige Schicht kann sich zwischen der Ventilabdeckung 54 und dem Maskenkörper 24 befinden, um den Wiedereintritt ausgeatmeter Feuchtigkeit zu verhindern. Das entfernbare Filterelement 39 kann so konfiguriert sein, dass es auf der Ventilabdeckung 54 einrastet und zu dieser eine enge Abdichtung bildet, oder kann auf andere in dem Fachgebiet bekannte Weisen befestigt sein, z.B. druckempfindliche Verbindung oder repositionierbares adhäsives Kleben. Das entfernbare Filterelement 39 kann eine poröse Struktur besitzen wie ein thermisch gebundenes Faservliesgewebe, oder es kann wie oben beschrieben aus einem gesinterten oder porösen Material hergestellt sein. Diese Ausführungsform erlaubt, dass das Ausatmungs-Filterelement ersetzt wird, bevor die Maske ihre Dienste beendet.
12 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer schalenförmigen Maske, allgemein mit 60 gekennzeichnet. Die Gesichtsmaske 60 weist Bänder 62 auf, die mit einem Maskenkörper 64 verbunden sind, und die sich um das Hintere des Kopfes und des Halses des Trägers erstrecken, um die Maske gegen das Gesicht zu halten. Der Maskenkörper 64 fungiert als Einatmungs-Filterelement und ist im allgemeinen aus faserigem Filtermaterial wie oben beschrieben hergestellt und kann auch innere oder äußere Abdeckungsbahn-Schichten umfassen, siehe zum Beispiel US-Patentschrift 5,307,796 an Kronzer u.a., US-Patentschrift 4,807,619 an Dyrud und US-Patentschrift 4,536,440 an Berg. Ähnlich wie die in 1 bis 7 dargestellte Ausführungsform kann die Gesichtsmaske 60 ein Ausatmungsventil umfassen, das dem Ventil in den anderen Ausführungsformen ähnlich ist. Ein Ausatmungs-Filterelement 40, das das Äußere der (nicht dargestellten) Ventilabdeckung bedeckt, kann verwendet werden, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den äußeren Gasraum eintreten. Das Ausatmungs-Filterelement kann wie oben in 5 veranschaulicht befestigt werden. Das Ausatmungs-Filterelement kann auch, wie oben mit Bezug auf die anderen Figuren beschrieben, angeordnet werden. Die Gesichtsmaske kann auch in anderen Schalenformen konfiguriert sein als die in 12 und den oben beschriebenen Figuren dargestellten Ausführungsformen. Die Maske könnte zum Beispiel die in US-Patentschrift 4,827,924 an Japuntich dargestellte Bauform haben.
13 veranschaulicht einen Vollgesichtsrespirator 70, der einen Maskenkörper 72 umfasst, der typischerweise einen nicht-porösen Kunststoff und/oder eine Gummi-Gesichtsabdichtung 73 und ein durchsichtiges Visier 74 umfasst. Der Maskenkörper 72 ist für das Abdecken der Augen, der Nase und des Mundes des Trägers konfiguriert und bildet eine Abdichtung gegen das Gesicht des Trägers. Der Maskenkörper 72 umfasst Einatmungslöcher 76, die zur Aufnahme solcher entfernbarer Filterpatronen (nicht dargestellt) konfiguriert sind, wie sie in der „Health and Environmental Safety-Broschüre" der Minnesota Mining and Manufacturing Company 70-0701-5436-7 (535)BE vom 1.April 1993 beschrieben werden. Die Öffnungen 76 sollten ein Einatmungs-Rückschlagventil aufweisen, das Luft in die Maske strömen lässt. Die Filterpatronen filtern die in die Maske gezogene Luft, bevor sie durch die Öffnungen 76 hindurch gelangt. Die Maske 70 weist Bänder oder ein Geschirr (nicht dargestellt) auf, die sich oben über den Kopf des Trägers oder hinter Kopf und Hals des Trägers erstrecken, um die Maske 70 gegen das Gesicht des Trägers zu halten. Eine Gesichtsmaske dieser Bauweise wird auch in US-Patentschrift 5,924,420 an Reischel u.a., US-Geschmacksmuster 388,872 an Grannis u.a. und US-Geschmacksmuster 378,610 an Reischel u.a. dargestellt und beschrieben.
Der Maskenkörper 72 weist ein Ausatmungsventil 78 im allgemeinen im zentralen unteren Teil der Maske 70 auf. Das Ausatmungsventil 78 kann eine in seiner Mitte gehaltene kreisförmige klappenartige Membran (nicht gezeigt) aufweisen mit einem Dorn, der sich durch eine Öffnung in der Mitte der Klappe erstreckt. Solche Ausatmungsventile sind zum Beispiel in US-Patentschrift 5,062,421 beschrieben. Die vorliegende Erfindung weist auch ein Ausatmungs-Filterelement 41 auf, das über dem äußeren Teil des Ventilgehäuses angeordnet ist. Das Ausatmungs-Filterelement 41 kann in anderen Positionen entlang des Ausatmungsstroms und nahe dem Ausatmungsventil ähnlich den in anderen Figuren dargestellten Stellen angeordnet sein. Das Ausatmungs-Filterelement 41 kann als abnehmbar und ersetzbar ausgestaltet sein. Das Ausatmungs-Filterelement ist vorzugsweise derart angepasst, dass seine Anordnung im Ausatmungsstrom das Ausatmungs-Filterelement auf dem Weg des geringsten Widerstandes liegen lässt, so dass das Ausatmungs-Filterelement den Strom durch das Ausatmungsventil nicht wesentlich abhält.
In allen dargestellten Ausführungsformen gelangt unter normalen Umständen im Wesentlichen die gesamte ausgeatmete Luft entweder durch den Maskenkörper oder das Ausatmungs-Filterelement 31 bis 41 hindurch. Obwohl die Luft das Ausatmungs-Filterelement an verschiedenen Punkten im Ausatmungsstrom antreffen kann, ermöglicht das Ausatmungs-Filterelement, gleichgültig wo es sich befindet, dass Verunreinigungen aus dem Ausatmungsstrom entfernt werden, um anderen Personen und Gegenständen ein Maß an Schutz zu liefern, während es zur selben Zeit erhöhten Tragekomfort bietet und den Träger eine enganliegende Maske aufsetzen lässt. Das Ausatmungs-Filterelement muss nicht unbedingt alle Verunreinigungen aus einem Ausatmungsstrom entfernen, entfernt aber vorzugsweise mindestens 95 Prozent, insbesondere mindestens 97 Prozent, noch besser mindestens 99 Prozent, wenn es gemäß dem unten beschriebenen Bacterial Filtration Efficiency Test untersucht wird.
Um dem Träger während des Tragens der erfindungsgemäßen Masken guten Komfort zu bieten, ermöglicht die Maske, dass vorzugsweise mindestens 50 Prozent der Luft, die in den inneren Gasraum eintritt, durch das Ausatmungs-Filterelement hindurch gelangt. Insbesondere gelangt mindestens 75 Prozent und noch besser mindestens 90 Prozent der ausgeatmeten Luft durch das Ausatmungs-Filterelement hindurch, anstatt durch die Filtermedien zu gehen oder möglicherweise am Maskenrand zu entweichen. Wenn das in den US-Patentschriften 5,509,436 und 5,325,892 an Japuntich beschriebene Ventil auf dem Respirator benutzt wird und das Ausatmungs-Filterelement einen niedrigeren Druckabfall als der Maskenkörper aufweist, können mehr als 100 Prozent der Luft durch das Ausatmungs-Filterelement hindurch gelangen. Wie in den Japuntich-u.a.-Patenten beschrieben kann dies auftreten, wenn bei einem Percent Flow Through Valve Test (unten beschrieben) Luft mit einer Geschwindigkeit von mindestens 8 Metern pro Sekunde in die Filtergesichtsmaske gegeben wird. Weil mehr als 100 Prozent der ausgeatmeten Luft durch das Ventil hinaus gelangt, gibt es einen Nettozufluss von Luft durch die Filtermedien. Die Luft, die durch die Filtermedien hindurch in den inneren Gasraum eintritt, ist weniger feucht und kühler, und verbessert deswegen den Tragekomfort.
Die Ausführungsformen des Ausatmungs-Filterelements, die Filter sind, die größere Teile des Maskenkörpers abdecken, weisen einen größeren Oberflächenbereich auf, so dass der Widerstand durch das Ausatmungs-Filterelement wirksam vermindert wird. Niedrigerer Widerstand im Ausatmungsstrom erhöht den Prozentsatz der ausgeatmeten Luft, die durch das Ausatmungsventil hindurch gelangt, anstatt durch den Maskenkörper. Unterschiedliche Materialien und Größen für den Maskenkörper und den Ausatmungsventilfilter können unterschiedliche Strömungsmuster und Druckabfälle erzeugen.
Bei vielen Arten kommerziell erhältlicher Filtermedien wie bei den oben beschriebenen schmelzgeblasenen Mikrofasergeweben oder gesponnenen Faservliesmedien hat sich herausgestellt, dass annehmbare Filtermedien für Ausatmungs-Filterelemente sind. Ein bevorzugtes Ausatmungs-Filterelement umfasst ein Polypropylen-Spinngewebe. Ein solches Gewebe kann erhalten werden von PolyBond Inc., Waynesboro, Virginia, Produktnummer 87244. Das Ausatmungs-Filterelement könnte auch ein offenzelliger Schaumstoff sein. Außerdem könnten, wenn die Maske Formschichten verwendet, um die Filtermedien zu unterstützen (siehe z.B. US-Patentschrift 5,307,796 an Kronzer, US-Patentschrift 4,807,619 an Dyrud und US-Patentschrift 4,536,440 an Berg), die Formschichten (auch als das Masken-Formhüllenmaterial bezeichnet) als Ausatmungs-Filterelement benutzt werden. Oder das Ausatmungs-Filterelement könnte aus denselben Materialien hergestellt sein, die gewöhnlich benutzt werden, um Formschichten zu bilden. Solche Materialien weisen typischerweise Fasern mit Bindekomponenten auf, die zulassen, dass die Fasern an Faserschnittpunkten aneinander gebunden werden. Solche thermisch bindenden Fasern treten typischerweise in monofiler oder Bikomponentenform auf. Die Faservlieskonstruktion der Formschicht verschafft dieser eine Filterfunktion – obwohl typischerweise nicht so groß wie bei einer Filterschicht -, die die Formschicht größere Partikel wie Speichel vom Träger aussieben lässt. weil diese Fasergewebe aus thermisch bindenden Fasern hergestellt sind, kann es möglich sein, die Gewebe in einen dreidimensionalen Aufbau zu formen, der ausgestaltet ist, über ein Ausatmungsventil zu passen, zum Beispiel in der Form einer Ventilabdeckung. Im Allgemeinen wird jede poröse Struktur, die Verunreinigungen filtern kann, für die Verwendung als Ausatmungs-Filterelement in der Erfindung in Betracht gezogen.
Um den Druckabfall am Ausatmungs-Filterelement zu verringern, könnte es in einer Form mit ausgeweitetem Oberflächenbereich konfiguriert sein. Zum Beispiel könnte es gewellt oder gefaltet sein, oder es könnte in der Form eines Filters in Pfannkuchenform ausgestaltet sein, der entfernbar befestigt sein könnte.
Das Ausatmungs-Filterelement enthält vorzugsweise (ein) fluorhaltige(s) Additiv(e), um der Maske besseren Schutz vor Spritzfluiden zu verleihen. Fluorhaltige Additive, die für solche Zwecke geeignet sein können, werden in den US-Patentschriften 5,025,052 und 5,099,026 an Crater u.a., US-Patentschrift 5,706,804 an Baumann u.a. und US-Patentanmeldung 08/901,363 an Klun u.a., eingereicht am 28.Juli 1997, beschrieben. Das fluorhaltige Additiv kann in das Volumen festen Materials eingebaut werden, das in der porösen Struktur des Ausatmungs-Filterelements vorhanden ist, und/oder es kann auf die Oberfläche der porösen Struktur aufgebracht werden. Wenn die poröse Struktur faserig ist, ist das fluorhaltige Additiv vorzugsweise mindestens in einige oder alle der Fasern im Ausatmungs-Filterelement eingebaut.
Das/Die fluorhaltige(n) Additiv(e), das/die in Verbindung mit dem Ausatmungs-Filterelement benutzt werden kann/können, um einen Flüssigkeitsdurchtritt durch das Element zu verhindern, kann/können zum Beispiel fluorhaltige Oxazolidinone, fluorhaltige Piperazine, fluorhaltige aliphatische Radikal enthaltende Verbindungen, fluorhaltige Ester und Kombinationen daraus sein. Bevorzugte fluorhaltige Additive sind z.B. die fluorhaltigen Oxazolidinone wie C₈F₁₇SO₂N(CH₃)CH₂CH(CH₂Cl)OH (siehe Beispiel 1 des Crater-u.a.-Patents) und fluorhaltige dimere Säureester (siehe Beispiel 1 der Klun-u.a.-Anmeldung). Ein bevorzugtes kommerziell erhältliches fluorhaltiges Additiv ist der FX-1801 Scotchban^TM Markenprotektor von der 3M Company, Saint Paul, Minnesota.
Zusätzlich zu den oder an Stelle der erwähnten fluorhaltigen Additive können andere Materialien wie Wachse oder Silikone verwendet werden, um eine Flüssigkeitsdurchdringung zu verhindern. Im wesentlichen jedes Erzeugnis, das eine Flüssigkeitsdurchdringung verhindern kann, allerdings nicht zu dem Preis, dass der Druckabfall am Ausatmungs-Filterelement deutlich erhöht wird, wird für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen. Vorzugsweise ist das Additiv in der Schmelze verarbeitbar, so dass es direkt in die poröse Struktur des Ausatmungs-Filterelements eingebaut werden kann. Die Additive verleihen wünschenswerterweise abweisende Eigenschaften gegenüber wässrigen Fluiden und erhöhen daher die Oleophobie und die Hydrophobie oder sind Wirkstoffe, die die Oberflächenenergie verringern.
Das Ausatmungs-Filterelement ist nicht nur nützlich zum Entfernen von Verunreinigungen und Verhindern von Flüssigkeitsdurchdringung, sondern es kann auch nützlich sein zum Entfernen unerwünschter Dämpfe. Daher kann das Ausatmungs-Filterelement zum Entfernen solcher Verunreinigungen Sorptionsfähigkeiten aufweisen. Das Ausatmungs-Filterelement kann aus aktiven Partikeln wie Aktivkohle, die durch Polymerpartikel zusammengebunden ist, hergestellt sein, um ein Filterelement zu bilden, das auch einen Vlies-Partikelfilter wie oben beschrieben umfassen kann, um dampfentfernende Eigenschaften ebenso wie zufriedenstellende Partikelfilterfähigkeiten bereitzustellen. Ein Beispiel für einen gebundenen Partikelfilter ist in den US-Patentschriften 5,656,368, 5,078,132 und 5,033,465 an Braun u.a. und US-Patentschrift 5,696,199 an Senkus u.a. offenbart. Ein Beispiel für ein Filterelement mit kombinierten Gas- und Partikelfilterfähigkeiten ist in US-Patentschrift 5,763,078 an Braun und Steffen offenbart. Das Ausatmungs-Filterelement könnte auch als Vliesgewebe, zum Beispiel aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, konfiguriert sein, das aktive Partikel trägt, wie in US-Patentschrift 3,971,373 an Braun beschrieben. Die aktiven Partikel können auch Oberflächenbehandlungen unterzogen werden, um Dampfentfernung zu ermöglichen; siehe z.B. die US-Patentschriften 5,496,785 und 5,344,626, beide an Abler.
Es hat sich herausgestellt, dass Gesichtsmasken mit einem erfindungsgemäßen Ausatmungs-Filterelement Industriestandards für Eigenschaften wie Fluidwiderstand, Filterleistung und Tragekomfort genügen oder übertreffen. Auf medizinischem Gebiet wird für Gesichtsmasken typischerweise die Bakterienfilterleistung (BFE) ausgewertet, welche die Fähigkeit einer Maske ist, Partikel, gewöhnlich vom Träger ausgestoßene Bakterien, zu entfernen. BFE-Tests sind so ausgestaltet, dass sie den Prozentsatz der Partikel auswerten, die aus dem Maskeninneren entweichen. Es gibt drei vom Department of Defense eingeordnete und unter MIL-M-36954C, Military Specification: Mask, Surgical, Disposable (12.Juni 1975), veröffentlichte Tests, die den BFE auswerten. Als minimaler Industriestandard sollte ein Operationserzeugnis eine Leistung von mindestens 95 % aufweisen, wenn sie in diesen Tests ausgewertet wird.
Die BFE wird berechnet durch Subtrahieren der prozentualen Durchdringung von 100 %. Die prozentuale Durchdringung ist das Verhältnis der Anzahl an Partikeln stromabwärts von der Maske zu der Anzahl an Partikeln stromaufwärts von der Maske. Filtergesichtsmasken, die ein elektrisch geladenes Polypropylen-BMF-Gewebe benutzen und ein Ausatmungs-Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, können den minimalen Industriestandard übertreffen und können sogar eine Leistung aufweisen, die größer als 97 % ist.
Gesichtsmasken sollten auch einen Fluidwiderstandstest bestehen, in dem fünf Testsätze künstlichen Blutes unter einem Druck von 5 Pfund pro Quadratinch (PSI) gegen die Maske getrieben werden. Wenn kein künstliches Blut durch die Maske hindurch gelangt, besteht sie den Test, und wenn irgendwelches Blut nachgewiesen wird, fällt sie durch. Masken mit einem Ausatmungsventil und einem Ausatmungs-Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung konnten diesen Test bestehen, sowohl wenn das Ausatmungs-Filterelement auf der Außenseite oder Außenluftseite des Ventils, als auch, wenn es auf der Innenseite oder Gesichtsseite des Ausatmungsventils angeordnet ist. Daher können die Filtergesichtsmasken der vorliegenden Erfindung bei ihrer Verwendung einen guten Schutz gegen Spritzfluide bieten.
Der Tragekomfort verbessert sich, wenn ein hoher Prozentsatz der ausgeatmeten Luft frei durch das Ausatmungsventil hinaus gelangt, anstatt durch den Maskenkörper oder dessen Rand. Tests wurden durchgeführt, in denen ein komprimierter Luftstrom in den inneren Gasraum einer Gesichtsmaske geleitet wird, während man den Druckabfall am Maskenkörper misst. Obwohl die Ergebnisse, abhängig von dem für das Einatmungs-Filterelement benutzten Filtermaterial und auch von der Position und Art des Ausatmungs-Filterelements in der vorliegenden Erfindung, variieren, hat sich herausgestellt, dass bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa neunundsiebzig Litern pro Minute über 95 % der Luft den inneren Gasraum durch das Ventil und weniger als 5 % durch das Filtermaterial im Maskenkörper verlassen können, wenn man ein kommerziell erhältliches Polypropylen-Spinngewebematerial (87244, erhältlich von PolyBond in Waynesboro, Virginia) als Ausatmungs-Filterelement verwendet.
BEISPIELE
Gesichtsmasken mit einem Ausatmungs-Filterelement wurden wie folgt hergestellt. Die verwendeten Ausatmungsventile werden in US-Patentschrift 5,325,892 an Japuntich u.a. beschrieben und sind erhältlich auf Gesichtsmasken von der 3M Company als 3M Cool Flow^TM Exhalation Valves. Ein Loch mit einem Durchmesser von zwei Zentimetern (cm) wurde in die Mitte des 3M-Respirators der Marke 1860^TM geschnitten, um das Ventil aufzunehmen. Das Ventil wurde unter Verwendung eines von Branson (Danbury, Connecticut) erhältlichen Schallschweißgerätes am Respirator befestigt. 3M-Gesichtsmasken-Respiratoren der Marke 8511^TM, die schon ein Ventil besaßen, wurden ebenfalls verwendet. Das Filterelement wurde auf verschiedene Weisen am Ventil befestigt. In einer Ausführungsform wurde das Filterelement in seiner Position zwischen dem Ventilsitz und dem Maskenkörper, wie in 2 dargestellt, angeschweißt. In einer anderen Konstruktion wurde das Ausatmungs-Filterelement über der Ventilabdeckung angeordnet und so geschnitten, dass es sich auf allen Seiten etwa einen halben Inch über das Ventil hinaus erstreckte. Das Ausatmungs-Filterelement wurde dann wie in 5 dargestellt auf den äußeren Ansatz der Ventilabdeckung unter Verwendung eines von Branson (Danbury, Connecticut) erhältlichen Schallschweißgerätes ultraschallgeschweißt. Das Ausatmungs- Filterelement kann in dieser Weise auch unter Verwendung eines Klebstoffs befestigt werden. In einer anderen Konstruktion wurde das Ausatmungs-Filterelement wie in 6 dargestellt über dem Ventilsitz und unterhalb der Ventilabdeckung angeordnet. Das Gewebematerial, das sich über den Ventilsitz hinaus erstreckte, wurde dann unter den Sitz gesteckt, und das eingewickelte Ventil wurde auf dem Maskenkörper über der Öffnung angeordnet. Die Baugruppe aus Respirator, Filtergewebe und Ventil wurde dann mit Ultraschall zusammengeschweißt. Aus dem Inneren der Maske wurde das überstehende Filtergewebe weggeschnitten, so dass die Ventilöffnung unversperrt hinterlassen wurde und das Filtergewebe das Ventil bedeckte und um den Ventilrand herum abgedichtet wurde. In einer anderen Konstruktion wurde das Ausatmungs-Filterelement mit Schallschweißen oder einem Klebstoff an der äußeren Kante eines filternden Gesichtsteils befestigt, um zu ermöglichen, dass das Filterelement im wesentlichen das gesamte Maskenäußere bedeckt, einschließlich des Ausatmungsventils, wie in 7 dargestellt.
BACTERIAL FILTRATION EFFICIENCY TEST
Die oben beschriebenen Gesichtsmasken wurden in einem Test auf Bakterienfilterleistung (BFE) untersucht, der im Vergleich zu dem Department-of-Defense-Standard MIL-M-36954C, Military Specifications: Mask, Surgical, Disposable (12.Juni 1975) 4.4.1.1.2 Method II, beschrieben von William H.Friedrichs Jr. in „The Journal of Environmental Sciences", S.33 bis 40 (November/Dezember 1989), modifiziert wurde, aber auf diesem basiert.
Die unten in Tabelle 1 umrissenen Gesichtsmasken wurden in einer luftdichten Kammer abgedichtet. Luft wurde durch Vakuum durch einen Hochleistungs-Luftpartikel(HEPA)filter in die Kammer gezogen und dann durch den Respirator geleitet, vom inneren Gasraum zum äußeren Gasraum, in einem konstanten Strom von 28,3 Litern pro Minute, um einen konstanten Ausatmungszustand zu simulieren. Dies bewirkte, dass das Ventil offen blieb. Ein Vernebler (Teilenummer FT-13, 3M Company, Occupational Health and Environmental Safety Division, St.Paul, Minnesota) wurde benutzt, um auf der Innenseite oder Gesichtsseite des Respirators ein Test-Aerosol aus Polystyrollatex(PSL)-Kugeln (erhältlich von der Duke Scientific Corp., Palo Alto, Kalifornien) zu erzeugen, die eine Größe ähnlich der von Aerosolen aufweisen, die durch Vernebeln von Staphylococcus aureus mit einem aerodynamischen Durchmesser von 2,92 μm erzeugt werden. Das Test-Aerosol wurde nicht ladungsneutralisiert. Der Testsatz wurde durch Pressen des Verneblers mit einer Häufigkeit von einem Pressen pro Sekunde erzeugt, und es wurden stromaufwärts im inneren Gasraum und dann stromabwärts im äußeren Gasraum unter Verwendung eines „Aerodynamic Particle Sizers" (APS 3310 von der TSI Company, St.Paul, Minnesota) Proben entnommen. Die prozentuale Durchdringung wurde bestimmt durch Dividieren der Partikelkonzentration stromabwärts vom Ventil durch die Partikelkonzentration stromaufwärts vom Ventil, und Multiplizieren mit 100. Nur Konzentrationen von Partikeln im Größenbereich von 2,74 bis 3,16 μm wurden zur Berechnung der Durchdringung verwendet. Die BFE wurde als 100 minus der Durchdringung berechnet. Es hat sich herausgestellt, dass In-vitro-Methoden wie diese strenger sind als In-vivo-Methoden wie ein modifizierter Greene-and-Vesley-Test, beschrieben von Donald Vesley, Ann C.Langholtz und James L.Lauer in „Infection in Surgery", 5.531 bis 536 (Juli 1983). Deswegen ist zu erwarten, dass ein Erreichen von 95 % BFE unter Verwendung der oben beschriebenen Methode gleichwertig oder besser als ein Erreichen von 95 % BFE unter Verwendung des modifizierten Greene-and-Vesley-Tests ist. Ergebnisse der Auswertung unter Verwendung der oben beschriebenen Untersuchungsmethode sind in Tabelle 1 dargestellt.
TABELLE 1
Ergebnisse der BFE-Untersuchung von 3M^TM-Cool-Flow^TM-Ausatmungsventilen mit Ausatmungs-Filterelementen, die auf 3M-1860^TM-Respiratoren befestigt waren
Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass Ausatmungsventile, die Ausatmungs-Filterelemente besitzen, in einem simulierten Bakterienfilterleistungs-Test eine Filterleistung erreichen können, die größer ist als 95 %.
FLUID RESISTANCE TEST
Um Blutspritzer von der geplatzten Arterie eines Patienten zu simulieren, kann man gemäß dem australischen Standard AS 4381-1996 (Appendix D) für Operationsgesichtsmasken, veröffentlicht von Standards Australia (Standards Association of Australia), 1 The Crescent, Homebush, NSW 2140, Australia, ein bekanntes Volumen Blut mit einer bekannten Geschwindigkeit auf das Ventil aufschlagen lassen.
Die durchgeführte Untersuchung war der australischen Methode ähnlich, mit wenigen, unten beschriebenen, Änderungen. Eine Lösung künstlichen Blutes wurde hergestellt durch Vermischen von 1000 Millilitern (ml) entionisierten Wassers, 25,0 g Acrysol G110 (erhältlich von Rohm und Haas, Philadelphia, Pennsylvania), und 10.0 g des Farbstoffs Red 081 (erhältlich von der Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin). Die Oberflächenspannung wurde gemessen und, wie erforderlich, durch Zugabe von Brij 30^TM, einer nichtionischen oberflächenaktiven Substanz, erhältlich von ICI Surfactants, Wilmington, Delaware, so eingestellt, dass sie im Bereich zwischen 40 und 44 dyn/cm lag.
Das Ventil mit der offengehaltenen Ventilmembran wurde 18 Inch (46 cm) entfernt von einer 0,033 Inch (0,084 cm) großen Öffnung (18er-Messventil) angeordnet. Künstliches Blut wurde aus der Öffnung gespritzt und direkt auf die Öffnung zwischen dem Ventilsitz und der offenen Ventilmembran gezielt. Die Taktung wurde so eingestellt, dass ein Volumen von 2 ml künstlichen Blutes unter einem Speicherdruck von 5 PSI (34.000 Newton pro Quadratmeter) aus der Öffnung gelassen wurde. Ein Stück Löschpapier wurde auf der Innenseite des Ventils direkt unter dem Ventilsitz angeordnet, um jegliches künstliche Blut nachzuweisen, das zur Gesichtsseite des Respiratorkörpers durch das Ventil hindurch dringt. Das Ventil wurde fünfmal mit künstlichem Blut getestet. Jeder Nachweis künstlichen Blutes auf dem Löschpapier oder irgendwo innerhalb der Gesichtsseite des Respirators nach fünf Tests wird als Durchfallen gewertet; kein Nachweis von Blut innerhalb der Gesichtsseite des Respirators nach fünf Tests wird als Bestehen gewertet. Der Respiratorkörper wurde nicht ausgewertet.
Die Ergebnisse der Fluidwiderstandsuntersuchung gemäß der oben beschriebenen Methode an Konstruktionen mit Ausatmungs-Filterelementen, die in unterschiedlichen Positionen befestigt waren und verschiedene Materialien aufwiesen, sind in Tabelle 2 dargestellt.
TABELLE 2
Fluidwiderstand von 3M^TM-Cool-F1ow^TM-Ausatmungsventilen mit einem Ausatmungs-Filterelement, das auf einem 3M-8511^TM-Respiratoren befestigt war
Die Daten in Tabelle 2 zeigen, dass die Ausatmungsventile der Erfindung guten Widerstand gegen Spritzfluide bieten konnten.
PERCENT FLOW THROUGH VALVE TEST
Ausatmungsventile mit Ausatmungs-Filterelementen wurden untersucht, um den Prozentsatz ausgeatmeten Luftstroms auszuwerten, der den Respirator durch das Ausatmungsventil hindurch verlässt, anstatt durch den Filterbereich des Respirators auszutreten. Dieser Parameter wurde unter Verwendung des Tests ausgewertet, der in den Beispielen 8 bis 13 der US-Patentschrift 5,325,892 beschrieben wird, und der hier zur Erleichterung des Bezugs kurz erneut beschrieben wird.
Die Leistung des Ausatmungsventils, Atem auszublasen, ist ein Hauptfaktor für den Tragekomfort.
Die Filtergesichtsmasken-Respiratoren wurden derart auf einer Metallplatte befestigt, dass das Ausatmungsventil direkt über einer 0,96-Quadratzentimeter(cm²)-Öffnung angeordnet war, durch die komprimierte Luft geleitet wurde, wobei der Strom wie ausgeatmete Luft auf die Innenseite der Maske geleitet wurde. Der Druckabfall an den Filtermedien der Maske kann bestimmt werden durch Anordnen einer Sonde eines Manometers im Inneren der Filtergesichtsmaske.
Der prozentuale Gesamtstrom wurde durch die folgende Methode bestimmt, zum besseren Verständnis mit Bezug auf 14. Zuerst wurde die lineare Gleichung bestimmt, die das Verhältnis des Maskenfiltermedien-Volumenstroms (Q_f) zum Druckabfall (ΔP) an der Gesichtsmaske beschreibt, während das Ventil geschlossen gehalten wurde. Der Druckabfall an der Gesichtsmaske, während das Ventil sich öffnen konnte, wurde dann bei einem vorgegebenen Ausatmungs-Volumenstrom (Q_T) gemessen. Der Strom durch die Filtermedien der Gesichtsmaske Q_f wurde über den gemessenen Druckabfall aus der linearen Gleichung bestimmt. Der Strom durch das Ventil allein (Q_V) wird berechnet als Q_V = Q_T – Q_f. Der Prozentsatz des gesamten Ausatmungsstroms durch das Ventil wird berechnet durch 100 (Q_T – Q_f)/Q_T.
Wenn der Druckabfall an der Gesichtsmaske bei gegebenem Q_T negativ ist, wird der Luftstrom durch die Filtermedien der Gesichtsmaske hindurch in das Maskeninnere auch negativ sein, wodurch der Umstand entsteht, das der Strom durch die Ventilöffnung hinaus Q_V größer ist als der Ausatmungsstrom Q_T. Daher wird, wenn Q_f negativ ist, während des Ausatmens tatsächlich Luft durch den Filter hineingezogen und durch das Ventil hindurch hinaus geschickt, was einen prozentualen Gesamt-Ausatmungsstrom bewirkt, der größer ist als 100 %. Dies wird Aspiration genannt und verschafft dem Träger Kühlung. Die Ergebnisse der Untersuchung an Konstruktionen mit einem Ausatmungs-Filterelement, das in unterschiedlichen Positionen befestigt war und verschiedene Materialien aufwies, sind unten in Tabelle 3 dargestellt.
TABELLE 3
Prozentualer Strom durch das Ventil bei 42 und 79 Litern/Minute (LPM) von 3M^TM-Cool-Flow^TM-Ausatmungs ventilen mit Ausatmungs-Filterelementen, die auf 3M-1860^TM-Respiratoren befestigt waren
Die Daten in Tabelle 3 zeigen, dass von den Gesichtsmasken der Erfindung gute Strömungsprozentsätze durch das Ausatmungsventil hindurch erreicht werden können.

Claims

Filtergesichtsmaske, die ein erstes Filterelement zum Filtern eingeatmeter Luft und weiterhin folgendes umfasst (a) einen Maskenkörper, (b) ein am Maskenkörper befindliches Ausatmungsventil, das mindestens eine Öffnung hat, die es zuläßt, daß ausgeatmete Luft während einer Ausatmung von einem inneren Gasraum zu einem äußeren Gasraum gelangen kann, und (c) ein zweites Filterelement, das einen im oder am Maskenkörper oder Ausatmungsventil und im Ausatmungsstrom befindlichen Faserfilter aufweist, um zu verhindern, daß Verunreinigungen mit der ausgeatmeten Luft vom inneren Gasraum zum äußeren Gasraum gelangen können.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 1, wobei das erste Filterelement und das zweite Filterelement unterschiedlich groß sind oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 2, wobei das erste Filterelement sich integral im Maskenkörper befindet und wobei am zweiten Filterelement, wenn eine Person ausatmet, ein Druckabfall erfolgt, wobei der Druckabfall am zweiten Filterelement geringer als ein Druckabfall am ersten Filterelement während einer Ausatmung ist.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 2, wobei das erste Filterelement sich nicht integral im Maskenkörper befindet und wobei das zweite Filterelement so ausgeführt ist, daß sich das zweite Filterelement durch die Anordnung im Ausatmungsstrom in einer Bahn mit geringstem Widerstand befindet, wenn eine Person ausatmet.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 3, wobei die Filtergesichtsmaske einen schalenförmigen Maskenkörper hat und das erste Filterelement eine Filterschicht aufweist.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 3, wobei der Maskenkörper eine darin befindliche Öffnung hat, wobei sich das Ausatmungsventil an der Öffnung am Maskenkörper befindet.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 6, wobei der Maskenkörper eine Schicht aus Filtermaterial aufweist und wobei sich das zweite Filterelement zwischen dem Filtermaterial und der Basis des Ausatmungsventils befindet oder wobei sich das zweite Filterelement stromaufwärts von der Öffnung im Filtermaterial befindet oder wobei das Ausatmungsventil eine Ventilabdeckung aufweist und sich das zweite Filterelement über das Äußere der Ventilabdeckung und darum herum erstreckt oder wobei das Ausatmungsventil eine Ventilabdeckung aufweist und sich das zweite Filterelement am Inneren der Ventilabdeckung befindet oder wobei sich das zweite Filterelement über das Äußere des Ausatmungsventils und des Maskenkörpers erstreckt und die Oberfläche des zweiten Filterelements größer als die Oberfläche des Filtermaterials im Maskenkörper ist oder wobei sich das zweite Filterelement stromabwärts von dem Ausatmungsventil befindet und am Maskenkörper befestigt ist und eine Oberfläche hat, die kleiner als die Oberfläche des Filtermaterials im Maskenkörper ist.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 3, wobei das erste Filterelement eine Schicht aus Filtermaterial aufweist, der Maskenkörper eine Abdeckungsbahn aufweist und wobei die Abdeckungsbahn als das zweite Filterelement dient.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 1, wobei das Ausatmungsventil eine daran befindliche Ventilabdeckung hat, die eine poröse Struktur besitzt, die es ermöglicht, daß die Ventilabdeckung als ein zweites Filterelement dient.
Filtergesichtsmaske nach Anspruch 1, wobei das zweite Filterelement bei einem Test in Übereinstimmung mit dem Bacterial Filtration Efficiency Test mindestens 95% der Verunreinigungen entfernt.