EP1197244A2 - Atemschutzeinrichtung für eine Schutzeinrichtung beispielsweise Schutzmaske, Schutzhaube oder Schutzanzug - Google Patents

Atemschutzeinrichtung für eine Schutzeinrichtung beispielsweise Schutzmaske, Schutzhaube oder Schutzanzug Download PDF

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EP1197244A2
EP1197244A2 EP01810969A EP01810969A EP1197244A2 EP 1197244 A2 EP1197244 A2 EP 1197244A2 EP 01810969 A EP01810969 A EP 01810969A EP 01810969 A EP01810969 A EP 01810969A EP 1197244 A2 EP1197244 A2 EP 1197244A2
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EP
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blower
sensor
protection device
respiratory protection
impeller
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EP01810969A
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Peter Meier
Daniel Giger
Christian Suter
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Micronel AG
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/006—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort with pumps for forced ventilation

Definitions

  • the invention relates to a breathing apparatus for a Protective device, for example a protective mask, protective hood or Protective suit, with a filter arranged in an air duct, a blower that has an air guide housing and a bearing in it Has impeller and controlled by a sensor is, with a motor for driving the impeller and one Energy source and an electronic control circuit, which controls the performance of the blower.
  • a Protective device for example a protective mask, protective hood or Protective suit
  • a filter arranged in an air duct
  • a blower that has an air guide housing and a bearing in it Has impeller and controlled by a sensor is, with a motor for driving the impeller and one Energy source and an electronic control circuit, which controls the performance of the blower.
  • Respiratory protection devices of this type are available in numerous designs well known.
  • the fan creates an air flow and thereby supports breathing.
  • the protective device supplied air flow should be kept as constant as possible and correspond to a setpoint.
  • Another difficulty is that filters have different resistances and the air flow is therefore dependent on the built-in filter.
  • a respiratory protection device is known from DE 195 06 360 become, at which the performance of the blower is based of the fan's current and rotation speed becomes. This is intended to be the flow rate supplied to a gas mask kept constant in air.
  • the blower serves here itself as a detector that regulates its performance becomes.
  • capacitive electrodes are arranged on the blower Information according to the speed of the impeller to one by means of an oscillator and a phase control loop Counter of a microcontroller are passed on.
  • the current of the blower motor is measured and via a current measuring Amplifier placed on the A / D converter of the microcontroller.
  • the capacitive electrodes with the impeller are in a circuit connected to the fan, taking capacity changes this Electrodes cause a change in the frequency of the oscillator.
  • the air flow should therefore be independent of the filter resistance his.
  • the electronics required here are comparative complex and complicated.
  • the senor is designed as a fan with a freely rotating impeller and has a device for signaling.
  • the device a Hall element, a light barrier, or be an inductive or capacitive encoder.
  • Such signalers are inexpensive elements and result in precise signal delivery.
  • Appropriate matching electronics form the signal from the sensor a control signal for the fan.
  • the controlled variable is preferred an airflow setpoint.
  • the respiratory protection device shown in Fig. 1 has an air hose 2 on the for the supply of air in the direction of Arrow 21 to a protective mask 1 or to another protective device, for example on a protective hood or a protective suit connected.
  • the air supplied to the protective mask 1 is sucked in, for example, at a nozzle 13 and in the direction the arrow 24 fed to at least one filter 6.
  • the Filter 6 shown here only schematically can, for example a carbon filter or another suitable filter. It Several filters 6 can also be provided.
  • the filter 6 cleaned air reaches a blower in the direction of arrow 23 5, which is preferably a radial fan and in more common Way has an impeller 19, which by an electric motor 20th is driven.
  • the electric motor 20 is powered by an energy source 8, for example a battery, a rechargeable Accumulator or powered by an external power source.
  • the fan 5 promotes the air in the direction of arrow 22 in one Air duct 26 to an air flow sensor 3, which is similar to that Blower 5 an air guide housing 18 and a rotatable in this bearing impeller 15.
  • the impeller 15 is, however not driven, but turns passively due to the air flow, which through the air duct housing 18 to the hose 2nd passes.
  • the mass of the impeller 15 is as small as possible held and a bearing 16 preferably has one if possible little resistance.
  • the speed of the impeller 15 is proportional to the volume or mass flow through the air duct housing 18 passes through.
  • FIG. 3 and 4 show the structure of the airflow sensor 3.
  • Das Air duct housing is cylindrical as can be seen and has in Radially extending webs 17 arranged at a distance from one another, to which the bearing 16 is attached.
  • a signal generator 14 is arranged so that it detects rotations of the Impeller 15 responds.
  • the signal generator 14 is preferred a Hall element.
  • inductive or capacitive are also conceivable Signal transmitter. After all, others are, for example optical signal generator conceivable. Such signal generators are in themselves known and customary.
  • Fig. 2 shows in particular the control loop R by the Airflow sensor 3, the control circuit 7 and the blower 5, the Lines 9 and 10 and the air flow 22 is formed.
  • the Air flow 22 flows through the air duct 26 and the air duct housing 3 and finally passes through the air hose 2 into the protective mask 1.
  • Control circuit 7 an airflow setpoint can be supplied.
  • the impeller 15 rotates more slowly, because the fan 5 conveys less air.
  • the control device 7 now adjusts until the set airflow setpoint 22 is reached again.
  • the blower 5 is regulated accordingly so that its Power is greater according to the higher resistance.
  • the control circuit 7 can have a display 12, for example shows the battery status or the target air flow.
  • the display can be visual, acoustic or vibrating.

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Abstract

Die Atemschutzvorrichtung weist in einem Luftkanal einen Filter (6) auf. Ein Gebläse (5) besitzt ein Luftführungsgehäuse (18) und ein in diesem drehbar gelagertes Flügelrad (19). Das Gebläse (5) ist von einem Sensor (3) gesteuert. Mittels einer elektronischen Steuerschaltung (7) wird die Leistung des Gebläses (5) gesteuert. Der Sensor (3) ist ein im Luftkanal angeordneter Volumen- oder Massenstrom-Sensor, der unabhängig vom Gebläse (5) ist und der über die Steuerschaltung (7) das Gebläse (5) so steuert, dass der Atemluftstrom im wesentlichen konstant bleibt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Atemschutzvorrichtung für eine Schutzeinrichtung, beispielsweise Schutzmaske, Schutzhaube oder Schutzanzug, mit einem in einem Luftkanal angeordneten Filter, einem Gebläse, das ein Luftführungsgehäuse und ein in diesem gelagertes Flügelrad aufweist und das von einem Sensor gesteuert ist, mit einem Motor für den Antrieb des Flügelrades sowie einer Energiequelle und einer elektronischen Steuerschaltung, welche die Leistung des Gebläses steuert.
Atemschutzvorrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungen allgemein bekannt. Das Gebläse erzeugt einen Luftstrom und unterstützt dadurch die Atmung. Der der Schutzeinrichtung zugeführte Luftstrom sollte möglichst konstant gehalten werden und einem Sollwert entsprechen. Hier besteht nun die Schwierigkeit, dass der im Luftkanal angeordnete Filter beim Gebrauch verstopft und damit der Widerstand ansteigt und entsprechend der Luftstrom abnimmt. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass Filter unterschiedliche Widerstände aufweisen und der Luftstrom somit vom eingebauten Filter abhängig ist.
Durch die DE 195 06 360 ist eine Atemschutzvorrichtung bekannt geworden, bei welcher die Leistung des Gebläses auf der Basis des Stroms und der Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters reguliert wird. Dadurch soll die einer Gasmaske zugeführte Durchflussmenge an Luft konstant gehalten werden. Das Gebläse dient hier selber als Detektor, durch den seine Leistung reguliert wird. Dazu sind am Gebläse kapazitive Elektroden angeordnet, die Informationen entsprechend der Geschwindigkeit des Flügelrades mittels eines Oszillators und eines Fasenregelkreises an einen Zähler eines Mikrokontrollers weitergegeben werden. Der Strom des Gebläsemotores wird gemessen und über einen strommessenden Verstärker auf den A/D-Wandler des Mikrokontrollers aufgegeben. In einer Schaltung sind die kapazitiven Elektroden mit dem Flügelrad des Lüfters verbunden, wobei Kapazitätsänderungen dieser Elektroden eine Veränderung der Frequenz des Oszillators hervorrufen. Der Luftstrom soll damit unabhängig vom Filterwiderstand sein. Die hier erforderliche Elektronik ist jedoch vergleichsweise aufwendig und kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Atemschutzvorrichtung der genannten Art zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger herstellbar ist und die dennoch gegenüber Verschmutzungen des Filter im wesentlichen störungsunempfindlich ist. Die Erfindung ist gemäss Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Sensor ein im Luftkanal angeordneter Volumen- oder Massenstromsensor ist, der unabhängig vom Gebläse ist und der über die Steuerschaltung das Gebläse so steuert, dass der Atemluftstrom im wesentlichen konstant bleibt. Die erfindungsgemässe Atemschutzvorrichtung ermöglicht eine sichere, vom Luftwiderstand des Systems und von der Umgebungstemperatur unabhängige Regelung. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Sensors, der vom Gebläse unabhängig ist, eine sehr präzise Regelung des Atemluftstromes ermöglicht. Filter mit unterschiedlichem Luftwiderstand ergeben jeweils den gleichen Atemluftstrom. Durch die präzise Regelung kann der Stromverbrauch vermindert und damit beispielsweise eine Batterie geschont werden.
Eine besonders kostengünstige und zuverlässige Ausführung ergibt sich nach einer Weiterbildung der Erfindung dann, wenn der Sensor als Fan mit einem freidrehenden Flügelrad ausgebildet ist und eine Vorrichtung zur Signalabgabe aufweist. Die Vorrichtung zur Signalabgabe kann ein Hallelement, eine Lichtschranke, oder eine Induktiv- oder Kapazitivgeber sein. Solche Signalgeber sind kostengünstige Elemente und ergeben eine präzise Signalabgabe. Eine geeignete Anpasselektronik formt das Signal des Sensors in ein Regelsignal für das Gebläse um. Die Regelgrösse ist vorzugsweise ein Luftstrom-Sollwert.
Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
schematisch eine erfindungsgemässe Atemschutzvorrichtung mit einer hier lediglich angedeuteten Gasmaske als Schutzeinrichtung,
Fig. 2
schematisch einen geregelten Regelkreis,
Fig. 3
schematisch eine Ansicht eines als Fan ausgebildeten Sensors,
Fig. 4
eine weitere schematische Ansicht des Sensor gemäss Fig. 3,
Fig. 5
ein Diagramm mit Messkurven einer Durchflussregelung,
Fig. 6
das Diagramm gemäss Fig. 1, wobei die Strombegrenzung 420mA beträgt.
Die in Fig. 1 gezeigte Atemschutzvorrichtung weist einen Luftschlauch 2 auf, der für die Zuführung von Luft in Richtung des Pfeiles 21 an eine Schutzmaske 1 oder an eine andere Schutzeinrichtung, beispielsweise an eine Schutzhaube oder einen Schutzanzug angeschlossen ist. Die der Schutzmaske 1 zugeführte Luft wird beispielsweise an einem Stutzen 13 angesaugt und in Richtung des Pfeiles 24 wenigstens einem Filter 6 zugeführt. Der hier lediglich schematisch gezeigte Filter 6 kann beispielsweise ein Kohlenfilter oder ein anderer geeigneter Filter sein. Es können auch mehrere Filter 6 vorgesehen sein. Die im Filter 6 gereinigte Luft gelangt in Richtung des Pfeiles 23 zu einem Gebläse 5, das vorzugsweise ein Radialgebläse ist und in üblicher Weise ein Flügelrad 19 aufweist, das von einem Elektromotor 20 angetrieben ist. Der Elektromotor 20 wird von einer Energiequelle 8, beispielsweise einer Batterie, einem wieder aufladbaren Akkumulator oder mittels einer externen Stromquelle gespiesen.
Das Gebläse 5 fördert die Luft in Richtung des Pfeiles 22 in einem Luftkanal 26 zu einem Luftstrom-Sensor 3, der ähnlich dem Gebläse 5 ein Luftführungsgehäuse 18 und ein in diesem drehbar gelagertes Flügelrad 15 aufweist. Das Flügelrad 15 ist jedoch nicht angetrieben, sondern dreht passiv aufgrund des Luftstromes, welcher durch das Luftführungsgehäuse 18 zum Schlauch 2 hindurchgeht. Die Masse des Flügelrades 15 ist möglichst klein gehalten und ein Lager 16 weist vorzugsweise einen möglichst kleinen Widerstand auf. Die Drehzahl des Flügelrades 15 ist proportional zum Volumen- bzw. Massenstrom, der durch das Luftführungsgehäuse 18 hindurchgeht.
Die Fig. 3 und 4 zeigen den Aufbau des Luftstrom-Sensors 3. Das Luftführungsgehäuse ist wie ersichtlich zylindrisch und weist im Abstand zueinander angeordnete radial verlaufende Stege 17 auf, an denen das Lager 16 befestigt ist. Am Luftführungsgehäuse 18 ist ein Signalgeber 14 so angeordnet, dass er auf Drehungen des Flügelrades 15 anspricht. Der Signalgeber 14 ist vorzugsweise ein Hallelement. Denkbar sind jedoch auch induktive- oder kapazitive Signalgeber. Schliesslich sind auch andere beispielsweise optische Signalgeber denkbar. Solche Signalgeber sind an sich bekannt und handelsüblich.
Beim Drehen des Flügelrades 15 erzeugt der Signalgeber 14 proportional zur Drehzahl ein Signal, das über eine Signalleitung 9 einer Steuerschaltung 7 zugeführt wird. Diese Steuerschaltung 7 ist über eine weitere Leitung 10 mit dem Motor 20 des Gebläses 5 verbunden und reguliert dieses so, dass der Atemluftstrom im wesentlichen konstant bleibt. Wie ersichtlich, ist der Luftstrom-Sensor unabhängig vom Gebläse 5.
Die Fig. 2 zeigt insbesondere den Regelkreis R, der durch den Luftstrom-Sensor 3, die Steuerschaltung 7 und dem Gebläse 5, den Leitungen 9 und 10 sowie dem Luftstrom 22 gebildet wird. Der Luftstrom 22 durchströmt den Luftkanal 26 sowie das Luftführungsgehäuse 3 und gelangt schliesslich durch den Luftschlauch 2 in die Schutzmaske 1. Mittels eines Schaltelementes 11 ist der Steuerschaltung 7 ein Luftstrom-Sollwert zuführbar.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Atemschutzvorrichtung erläutert.
Am Schaltelement 11 wird ein gewünschter Luftstrom-Sollwert, beispielsweise 120 l/min. eingestellt. Wird nun die Atemschutzvorrichtung an einem hier nicht gezeigten Schalter eingeschaltet, so beginnt das Flügelrad 19 des Gebläses zu drehen und erzeugt einen Luftstrom 22, der im Luftkanal 26 in Richtung des Pfeils 22 gegen den Luftstrom-Sensor 3 gerichtet ist. Durch diesen Luftstrom 22 angeregt dreht das Flügelrad 15 und entsprechend der Drehzahl wird der Signalgeber 14 angeregt und ergibt ein entsprechendes Signal. Aufgrund dieses Signales regelt die Steuerschaltung 7 die Steuerung des Motores 20, bis der eingestellte Luftstrom-Sollwert erreicht ist. Nach dem Erreichen dieses Sollwertes wird dieser durch den Regelkreis R konstant gehalten, indem die Regelelektronik in an sich bekannter Weise stetig ein Soll-Signal mit einem Ist-Signal vergleicht und so ein Gleichgewicht einstellt.
Atmet der Benutzer der Schutzmaske 1, so wird das genannte Gleichgewicht gestört, sodass gemäss Fig. 5 der Luftstrom A, der Luftdruck B und der Gebläsestrom C sich ändern. Zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes arbeitet der Regelkreis R wie oben erläutert. Um Energie zu sparen, wird vorzugsweise eine Strombegrenzung vorgenommen. Die Messung gemäss Fig. 5 erfolgte ohne Strombegrenzung, während die Messung gemäss Fig. 6 mit einer Strombegrenzung von 420mA erfolgte. Das Regelsignal des Sensors ist in diesen beiden Figuren 5 und 6 mit der Kurve D angegeben. Das Regelsignal D des Sensors 3 verläuft im wesentlichen parallel zur Luftstromkurve A. Die Kurve des Luftdrucks B verläuft hingegen im wesentlichen gegengleich zur Kurve des Luftstroms A.
Ändert sich nun der Luftwiderstand beispielsweise durch eine Verschmutzung des Filters 6, so dreht das Flügelrad 15 langsamer, da das Gebläse 5 weniger Luft fördert. Die Regelvorrichtung 7 regelt nun nach, bis der eingestellte Sollwert des Luftstromes 22 wieder erreicht ist. Dasselbe erfolgt bei der Verwendung eines neuen Filters 6 mit unterschiedlichem Luftwiderstand. Bei der Verwendung eines Filters mit einem höherem Luftwiderstand wird entsprechend das Gebläse 5 so geregelt, dass seine Leistung entsprechend dem höherem Widerstand grösser ist.
Die Steuerschaltung 7 kann eine Anzeige 12 aufweisen, die beispielsweise den Batteriezustand oder den Soll-Luftstrom anzeigt. Die Anzeige kann optisch, akustisch oder auch vibrierend sein.

Claims (10)

  1. Atemschutzvorrichtung für eine Schutzeinrichtung (1), beispielsweise Schutzmaske, Schutzhaube oder Schutzanzug, mit wenigstens einem in einem Luftkanal (26) angeordneten Filter (6), einem Gebläse (5), das ein Luftführungsgehäuse (25) und ein in diesem drehbar gelagertes Flügelrad (19), mit einem Motor (20) für den Antrieb des Flügelrades (19), welches Flügelrad (19) von einem Sensor (3) gesteuert ist, sowie einer Energiequelle (8) und einer elektronischen Steuerschaltung (7), welche die Leistung des Gebläses (5) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein im Luftkanal (26) angeordneter Volumen- oder Massenstrom-Sensor ist, der unabhängig vom Gebläse (5) ist und der über die Steuerschaltung (7) das Gebläse (5) so steuert, dass der Atemluftstrom im wesentlichen konstant bleibt.
  2. Atemschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein frei drehendes Flügelrad (15) aufweist, das vom Luftstrom angetrieben wird.
  3. Atemschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15) mit einem Signalgeber (14) zusammenarbeitet.
  4. Atemschutzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15) in einem zylindrischen Luftführungsgehäuse (18) gelagert ist.
  5. Atemschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) an einem Gehäuse (18) einen Signalgeber (14) aufweist.
  6. Atemschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (14) ein Hallelement oder ein optischer Signalgeber ist.
  7. Atemschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (14) ein Induktiv- oder Kapazitiv-Signalgeber ist.
  8. Atemschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) in Strömungsrichtung gesehen nach dem Gebläse (5) angeordnet ist.
  9. Atemschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Gebläse (5) angeordnet ist.
  10. Atemschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (5) ein Radialgebläse ist.
EP01810969A 2000-10-11 2001-10-04 Atemschutzeinrichtung für eine Schutzeinrichtung beispielsweise Schutzmaske, Schutzhaube oder Schutzanzug Withdrawn EP1197244A3 (de)

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