EP1722865B1 - Gebläsefiltergerät - Google Patents

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Publication number
EP1722865B1
EP1722865B1 EP05714914A EP05714914A EP1722865B1 EP 1722865 B1 EP1722865 B1 EP 1722865B1 EP 05714914 A EP05714914 A EP 05714914A EP 05714914 A EP05714914 A EP 05714914A EP 1722865 B1 EP1722865 B1 EP 1722865B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mask
control system
width modulation
filter device
electronic control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP05714914A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1722865A1 (de
Inventor
Frank Becker
Detlef Kielow
Martin Weber
Michael Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MSA Auer GmbH
Original Assignee
MSA Auer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MSA Auer GmbH filed Critical MSA Auer GmbH
Publication of EP1722865A1 publication Critical patent/EP1722865A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1722865B1 publication Critical patent/EP1722865B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B17/00—Protective clothing affording protection against heat or harmful chemical agents or for use at high altitudes
    • A62B17/04—Hoods

Definitions

  • the invention relates to a blower filter device for respirator hoods and masks, which comprises a blower driven by a motor and at least one filter upstream of the blower and an electronic control unit associated with the engine for setting a predetermined air volume flow.
  • Respirator hoods and masks are used to provide filtered breathable air to a wearer of a hood or mask in a gaseous or particulate contaminated environment by means of a blower.
  • the known arrangements use a fan which transports air through a filter via a hose into the hood or mask.
  • This requires an adaptation of the blower speed in order to be able to keep the volume flow of the breathing air in the hood or mask constant.
  • Various arrangements are known for the adaptation of the volume flow.
  • the EP 0621056 A1 suggests the measurement of the back pressure behind the blower filter device, wherein the dynamic pressure generated by the flow resistance of the hood serves as a measure of the air flow.
  • the DE 19502360 A1 describes a solution in which by measuring the operating current and the rotational speed of the motor, the power of the fan is regulated.
  • a similar method is also used in the WO02 / 2329 A1 used, wherein the rotor speed is controlled by the power consumption of the motor, that is, depending on the change in resistance through the filter, the motor power must be continuously adjusted by a complex voltage and current adjustment.
  • the fan speed is adjusted via the motor power of a DC motor.
  • the motor power is adjusted so that the required flow is achieved with the heaviest filters.
  • the adjustment requires a monthly basic calibration without a filter and manual recalibration for each filter used.
  • the fan speed can be determined, which is necessary for a given volume flow.
  • the disadvantage of this method is that under changed conditions, a recalibration is necessary. To do this, the user must disconnect the blower filter unit from the hood and connect the airflow indicator. For smooth-running filters, readjustment by hand is required.
  • the device can not be operated with a mask.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a blower filter device for respirators and respirator hoods, which is simple and inexpensive and allows a practical use.
  • the essence of the invention in the application of a blower associated electronically commutated DC motor which is controlled by the control electronics with a pulse width modulation ratio as a control variable for generating a certain engine speed and a corresponding air flow rate, in the hood operating mode with a from a stored in the control electronics calibration curve, which reflects the relationship between filter resistance, engine speeds, pulse width modulation ratios and air volumes, according to the respective input resistance in a calibration mode when switching on the device based on the measured speed read pulse width modulation ratio and in mask mode with a stored in the control electronics, the respective mask type constant pulse width modulation ratio, the control electronics with the help of a he the connection point between the respirator or hood (hereinafter referred to as header) and fan filter device associated sensor detects the respectively connected head (hood or mask or mask type) and automatically sets the respective control mode.
  • header a he the connection point between the respirator or hood
  • fan filter device associated sensor detects the respectively connected head (hood or mask or mask type) and automatically sets the respective
  • the DC motor is driven with a specific value of the pulse width modulation ratio and the resulting motor speed compared with values from a calibration curve stored in a memory. From this, the value of the input resistance of the filters under the current conditions can be determined.
  • the blower filter device according to the invention is advantageous over the known solutions of the prior art, as it after connecting the respective head and after switching on the blower regardless of the size of the blower prevailing input resistance according to the type, number or addition of the upstream filter both in hood mode as well as in mask mode, even with different types of mask, automatically provides the required optimum air flow. If the filter resistance changes during the hood operation and falls below a limit value of the required volume flow, the blower filter device only needs to be switched off and on again, in order subsequently to supply the desired air volume again.
  • the device is therefore easy and comfortable to use and also designed to be simple and inexpensive. As the unit operates constantly under optimal operating conditions, the life of the filters used increases.
  • control electronics for monitoring the air volume flow a display unit for signaling the exceeding or falling below the required air volume flow within predetermined limits Flow min ⁇ Flow ⁇ Flow max assigned and in the hood operating mode in the meantime changed filter resistance of the electronically commutated DC motor is controllable after switching off and on again and automatically reconnected with a new the corresponding filter resistance, read from the calibration curve new pulse width modulation ratio.
  • the display unit may comprise optical and / or acoustic signal elements.
  • the identification means for detecting the respectively connected head part is an integrated in an air outlet port of the blower filter device and connected to the control electronics sensor communicates with differently shaped hose fittings the respiratory protection hood or respirator or different respirators and the control electronics a corresponding signal for transmits the hood or mask mode of operation or different mask modes of operation.
  • the sensor system may comprise a switch, which occupies a specific switching position for the hood operating mode and when connecting a respirator mask another setting for setting the mask operating mode in the control electronics when connecting the hose connection piece of a respiratory protective hood, wherein in the hose fitting of the respirator an actuating element for adjusting the switch can be arranged for the mask operating mode, and the actuator according to the respective type of mask can be designed differently and the switch for the mask operation with a stored in the control electronics, each mask type specific pulse width modulation ratio in different, each mask type specific positions can be adjustable.
  • the switch for signaling the respective mask type and setting the respective pulse width modulation ratio may be formed multipolar.
  • the blower filter device 1 comprises a housing 2 for various filter cartridges 3, 4, an electronic control unit 5, a motor 6 which drives a fan 7, and a connection 8 for a connecting hose 9 to a breathing hood 10. Ambient air is sucked in by the fan 7 and flows through the filter cartridges 3, 4 and via the connecting hose 9 formed with a connection part 11 into the respiratory protection hood 10 and is available to a user as purified air.
  • the control electronics 5 comprises an accumulator 12 for power supply, a processor 13, a memory 14, a display unit 15 with optical and acoustic signal elements 16, 17 and a switch 18 for switching on and off of the blower filter device.
  • the control electronics 5 Since a respirator or hood is operated in each case different operating mode, the control electronics 5 must recognize whether just a respirator or - as in the embodiment - a respirator 10 is connected.
  • the air outlet connection 8 on the blower filter device 1 has an identification switch 19, which is electrically connected to the control electronics 5. Depending on its position (closed or open) is displayed in the control electronics 5, whether the air outlet port 8 is connected to a respirator 10 or a respirator.
  • an actuating element 20 (here shown in dashed lines) is designed to close the switch 19, such an actuating element is missing in the hose connecting piece 11 shown here for a respiratory protection hood 10, so that the switch 19 when attaching the hose connecting piece 11 remains in the open position.
  • a signal corresponding to the respective switch position is now generated to identify the respectively connected head part.
  • the motor in the fan filter unit 1 is operated as an electronically commutated DC motor 6.
  • a pulse width modulated signal is used, wherein the pulse width modulation ratio is determined by a ratio of signal on time t1 to signal off time t2.
  • This pulse width modulation ratio is used as the control variable and essentially determines the engine speed and thus the fan speed and the air volume flow.
  • the engine speed n is inversely proportional to the amount of air delivered and depends on the input resistance of the filter cartridges 3,4. Changes the input resistance of the filter cartridges 3.4, for example, by contamination or use of different filters, the engine speed and the flow rate change in an inversely proportional ratio at the set pulse width modulation ratio.
  • the engine speed must be changed by changing the pulse width modulation ratio.
  • the required optimum air flow of, for example, 135 ⁇ 7 1 / min is stored in the memory 14 of the control electronics, a table of values or calibration curve, the relationship between pulse width modulation ratio (PWM), engine speed (n), filter resistance and airflow.
  • PWM pulse width modulation ratio
  • n engine speed
  • filter resistance filter resistance
  • the device is put into operation with the on / off switch 18.
  • the control electronics 5 after connecting the hose connector 11 of a breathing hood 10 from the air outlet 8 (fan output) due to the standing in a certain switching position identification switch 19 receive a signal that a breathing hood 10 is connected.
  • an automatic calibration process is performed.
  • the DC motor 6 is operated at a fixed pulse width modulation ratio driven.
  • the resulting engine speed n 1 is measured via the Hall sensors 21 present in the DC motor 6.
  • the filter resistance ie the sum of the filter resistances from the filter inserts (gas filter 3, particle filter 4), can be determined on the basis of the calibration curve stored in the memory 14.
  • the value for the pulse width modulation ratio is determined at which the engine speed (working speed n 2 ) adjusted so that the desired air flow rate (here 135 1 / min) results. With this pulse width modulation ratio of the DC motor 6 is driven.
  • the set engine speed n 2 is continuously measured during operation by the Hall sensor 21 present in the DC motor 6.
  • a speed range n min ⁇ n 2 ⁇ n max is defined in the electronic control unit 5, which defines the permissible operating range. If the input resistance of the filter cartridges 3, 4 changes, for example as a result of contamination (high resistance) or due to a leakage in the output range (low resistance), the engine speed n becomes correspondingly greater or smaller. If the measured value for the engine speed n 2 is outside the defined working range, an alarm is triggered by the electronic control unit 5, since the volume flow at an engine speed outside the working range no longer has the desired value.
  • the alarm is displayed by means of the display unit 15 with optical signal elements 16 and / or acoustic signal elements 17.
  • the alarm signals the wearer of the respirator of a change in the conditions to which the wearer must respond by either triggering another calibration procedure by turning it off and on again, adjusting a new engine speed by a new pulse width modulation ratio to restore the desired volume flow, or by he cleans the filter cartridges 3, 4 or changes.
  • the blower filter device 1 previously used in connection with a respiratory protection hood can also be operated with a respiratory mask.
  • the identification switch 19 is actuated with the actuating element 20 and thus the control electronics 5 signals that with the blower filter device 1, a respirator is to be supplied with forced air. Since the respirator, in contrast to the respirator on the user's face is tight and sealed even with a resulting in the mask negative pressure through the exhalation valve against the outside atmosphere, passes through the filter cartridges 3, 4 purified air to the user.
  • the DC motor 6 of the blower filter device 1 with a constant pulse width modulation ratio, regardless of the input resistance of the filter cartridges 3, 4 are controlled.
  • the masking calibration described above for hood operation is not required.
  • the identification switch 19 may have a plurality of switching positions in conjunction with the actuating element 20 in order to detect different types of mask, each having different inherent resistances, and to conduct a corresponding signal to the control electronics 5. Depending on the type of mask connected, a previously determined value stored in memory 14 can be set for the pulse width modulation ratio corresponding to the mask type.
  • sensors for identifying the various head parts for the respective operation of the control electronics can be arranged on the fan output.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gebläsefiltergerät für Atemschutzhauben und -masken, das ein von einem Motor angetriebenes Gebläse und mindestens ein dem Gebläse vorgeschaltetes Filter sowie eine dem Motor zugeordnete Steuerelektronik zur Einstellung eines vorgegebenen Luftvolumenstromes umfasst.
  • Gebläsefiltergeräte für Atemschutzhauben und -masken werden verwendet, um einem Träger einer Haube oder Maske gefilterte Atemluft in einer durch Gase oder Partikel kontaminierten Umgebung mit Hilfe eines Gebläses zur Verfügung zu stellen. Die bekannten Anordnungen verwenden ein Gebläse, das Luft durch ein Filter hindurch über einen Schlauch in die Haube oder Maske transportiert. Beim Einsatz dieser Geräte ändern sich während der Benutzung, z.B. durch Filterverschmutzung die Betriebsbedingungen. Das macht eine Anpassung der Gebläsedrehzahl erforderlich, um den Volumenstrom der Atemluft in die Haube oder Maske konstant halten zu können. Für die Anpassung des Volumenstromes sind verschiedene Anordnungen bekannt.
  • In der EP 0352938 A2 wird eine Anordnung von zwei Drucksensoren verwendet, von denen sich einer vor dem Gebläse und einer hinter dem Gebläse befindet, um den Differenzdruck zu messen und damit die Gebläsedrehzahl zu steuern.
  • Die EP 0621056 A1 schlägt die Messung des Staudrucks hinter dem Gebläsefiltergerät vor, wobei der durch den Strömungswiderstand der Haube erzeugte Staudruck als Maß für den Luftvolumenstrom dient.
  • Diese Lösungen sind insofern nachteilig, als die Verwendung von Drucksensoren konstruktiv und apparativ aufwändig und letztlich mit hohen Kosten verbunden ist.
  • Die DE 19502360 A1 beschreibt eine Lösung, bei der durch Messung des Betriebsstromes und der Rotationsgeschwindigkeit des Motors die Leistung des Gebläses reguliert wird. Eine ähnliche Methode wird auch in der WO02/2329 A1 verwendet, wobei die Rotorgeschwindigkeit über den Energieverbrauch des Motors gesteuert wird, das heißt in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung durch die Filter muss die Motorleistung durch eine aufwändige Spannungs- und Stromanpassung kontinuierlich nachgeregelt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung des Luftvolumenstromes wird in der WO 02/11815A1 beschrieben. Bei dieser Anordnung wird die Gebläsedrehzahl über die Motorleistung eines Gleichstrommotors eingestellt. Die Motorleistung wird so eingestellt, dass mit den schwergängigsten Filtern der geforderte Volumenstrom erreicht wird. Für die Einstellung ist eine monatliche Grundkalibrierung ohne Filter sowie für jedes verwendete Filter eine manuelle Neukalibrierung notwendig. Mit dem bekannten Strömungswiderstand eines an Stelle der Haube an das Gebläsefiltergerät anzuschließenden Luftstromindikators kann die Gebläsedrehzahl bestimmt werden, die für einen bestimmten Volumenstrom nötig ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass bei veränderten Bedingungen eine Neukalibrierung notwendig wird. Dazu muss der Benutzer das Gebläsefiltergerät von der Haube trennen und den Luftstromindikator anschließen. Bei leichtgängigen Filtern ist eine Nachregelung von Hand erforderlich. Außerdem kann das Gerät nicht mit einer Maske betrieben werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gebläsefiltergerät für Atemschutzmasken und Atemschutzhauben zu schaffen, das einfach und kostengünstig ausgebildet ist und eine praktikable Benutzung ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Gebläsefiltergerät gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei einem Gebläsefiltergerät der eingangs erwähnten Art besteht der Kern der Erfindung in der Anwendung eines dem Gebläse zugeordneten elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, der von der Steuerelektronik mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis als Steuergröße zur Erzeugung einer bestimmten Motordrehzahl und eines entsprechenden Luftvolumenstromes gesteuert wird, und zwar im Haubenbetriebsmodus mit einem aus einer in der Steuerelektronik hinterlegten Kalibrierkurve, die den Zusammenhang zwischen Filterwiderständen, Motordrehzahlen, Pulsweitenmodulationsverhältnissen und Luftvolumina widerspiegelt, entsprechend dem jeweiligen Eingangswiderstand in einem Kalibriermodus beim Einschalten des Gerätes auf der Basis der gemessenen Drehzahl ausgelesenen Pulsweitenmodulationsverhältnis und im Maskenbetrieb mit einem in der Steuerelektronik gespeicherten, dem jeweiligen Maskentyp entsprechenden konstanten Pulsweitenmodulationsverhältnis, wobei die Steuerelektronik mit Hilfe einer der Anschlussstelle zwischen Atemschutzmaske oder -haube (im folgenden als Kopfteil bezeichnet) und Gebläsefiltergerät zugeordneten Sensorik das jeweils angeschlossene Kopfteil (Haube oder Maske bzw. Maskentyp) erkennt und den jeweiligen Steuermodus automatisch einstellt.
  • Bei dem im Haubenbetriebsmodus nach dem Einschalten des Gerätes durchgeführten Kalibriervorgang wird der Gleichstrommotor mit einem bestimmten Wert des Pulsweitenmodulationsverhältnisses angesteuert und die resultierende Motordrehzahl mit Werten aus einer Kalibrierkurve, die in einem Speicher hinterlegt ist, verglichen. Daraus kann der Wert des Eingangswiderstandes der Filter unter den aktuellen Bedingungen bestimmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Gebläsefiltergerät ist gegenüber den bekannten Lösungen des Standes der Technik insofern vorteilhaft, als es nach dem Anschließen des jeweiligen Kopfteils und nach dem Einschalten des Gebläses unabhängig von der Größe des am Gebläse jeweils herrschenden Eingangswiderstandes entsprechend der Art, Anzahl oder Zusetzung der vorgeschalteten Filter sowohl im Haubenbetrieb als auch im Maskenbetrieb, und zwar auch bei unterschiedlichen Maskentypen, automatisch den erforderlichen optimalen Luftvolumenstrom zur Verfügung stellt. Wenn sich der Filterwiderstand während des Haubenbetriebes ändert und ein Grenzwert des erforderlichen Volumenstromes unterschritten wird, muss das Gebläsefiltergerät lediglich aus- und wiedereingeschaltet werden, um anschließend wieder die gewünschte Luftmenge zu liefern. Das Gerät ist daher einfach und komfortabel zu handhaben und zudem einfach und kostengünstig ausgebildet. Da das Gerät ständig unter optimalen Betriebsbedingungen arbeitet, erhöht sich die Lebensdauer der verwendeten Filter.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuerelektronik zur Überwachung des Luftvolumenstromes eine Anzeigeeinheit zur Signalisierung des Über- oder Unterschreitens des erforderlichen Luftvolumenstromes innerhalb festgelegter Grenzwerte Flowmin<Flow<Flowmax zugeordnet, und bei im Haubenbetriebsmodus zwischenzeitlich verändertem Filterwiderstand ist der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor nach dem Aus- und Wiedereinschalten und einer damit automatisch verbundenen Neukalibrierung mit einem dem geänderten Filterwiderstand entsprechenden, aus der Kalibrierkurve ausgelesenen neuen Pulsweitenmodulationsverhältnis steuerbar. Die Anzeigeeinheit kann optische und/oder akustische Signalelemente umfassen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Identifizierungsmittel zum Erkennen des jeweils angeschlossenen Kopfteiles eine in einem Luftauslassanschluss des Gebläsefiltergerätes integrierte und mit der Steuerelektronik verbundene Sensorik, die mit unterschiedlich ausgebildeten Schlauchanschlussstücken der Atemschutzhaube oder der Atemschutzmaske oder unterschiedlicher Atemschutzmasken kommuniziert und der Steuerelektronik ein entsprechendes Signal für den Hauben- oder Maskenbetriebsmodus oder unterschiedliche Maskenbetriebsmodi übermittelt.
  • Die Sensorik kann einen Schalter, der beim Anschließen des Schlauchanschlussstückes einer Atemschutzhaube eine bestimmte Schaltstellung für den Haubenbetriebsmodus und beim Anschließen einer Atemschutzmaske eine andere Schaltstellung zur Einstellung des Maskenbetriebsmodus in der Steuerelektronik einnimmt, umfassen, wobei in dem Schlauchanschlussstück der Atemschutzmaske ein Betätigungselement zur Einstellung des Schalters für den Maskenbetriebsmodus angeordnet sein kann, und das Betätigungselement entsprechend dem jeweiligen Maskentyp unterschiedlich ausgebildet sein kann und der Schalter für den Maskenbetrieb mit einem in der Steuerelektronik hinterlegten, jeweils maskentypspezifischen Pulsweitenmodulationsverhältnis in unterschiedliche, jeweils maskentypspezifische Positionen einstellbar sein kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schalter zur Signalisierung des jeweiligen Maskentyps und Einstellung des jeweiligen Pulsweitenmodulationsverhältnisses mehrpolig ausgebildet sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein mit einer Atemschutzhaube verbundenes Gebläsefiltergerät mit einer zugehörigen Steuerelektronik dargestellt ist, näher erläutert.
  • Das Gebläsefiltergerät 1 umfasst ein Gehäuse 2 für verschiedene Filtereinsätze 3, 4, eine Steuerelektronik 5, einen Motor 6, der ein Gebläse 7 antreibt, und einen Anschluss 8 für einen Verbindungsschlauch 9 zu einer Atemschutzhaube 10. Umgebungsluft wird durch das Gebläse 7 angesaugt und strömt durch die Filtereinsätze 3, 4 und über den mit einem Anschlussteil 11 ausgebildeten Verbindungsschlauch 9 in die Atemschutzhaube 10 und steht einem Benutzer als gereinigte Luft zur Verfügung.
  • Die Steuerelektronik 5 umfasst einen Akkumulator 12 zur Energieversorgung, einen Prozessor 13, einen Speicher 14, eine Anzeigeeinheit 15 mit optischen und akustischen Signalelementen 16, 17 sowie einen Schalter 18 zum Ein- und Ausschalten des Gebläsefiltergerätes 1.
  • Da eine Atemschutzmaske bzw. -haube in jeweils unterschiedlichem Betriebsmodus betrieben wird, muss die Steuerelektronik 5 erkennen, ob gerade eine Atemschutzmaske oder - wie im Ausführungsbeispiel - eine Atemschutzhaube 10 angeschlossen ist. Zu diesem Zweck weist der Luftauslassanschluss 8 am Gebläsefiltergerät 1 einen Identifizierungsschalter 19 auf, der mit der Steuerelektronik 5 elektrisch verbunden ist. In Abhängigkeit von seiner Lage (geschlossen oder offen) wird in der Steuerelektronik 5 angezeigt, ob der Luftauslassanschluss 8 mit einer Atemschutzhaube 10 oder einer Atemschutzmaske verbunden ist. Während bei einer Atemschutzmaske in dem entsprechenden Anschlussteil des Verbindungsschlauchs ein Betätigungselement 20 (hier strichliert dargestellt) zum Schließen des Schalters 19 ausgebildet ist, fehlt bei dem hier dargestellten Schlauchanschlussstück 11 für eine Atemschutzhaube 10 ein derartiges Betätigungselement, so dass der Schalter 19 beim Aufstecken des Schlauchanschlussstückes 11 in der geöffneten Stellung bleibt. In der Steuerelektronik 5 wird nun ein der jeweiligen Schalterstellung entsprechendes Signal zur Identifizierung des jeweils angeschlossenen Kopfteiles erzeugt.
  • Der Motor im Gebläsefiltergerät 1 wird als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor 6 betrieben. Zur Ansteuerung wird ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet, wobei das Pulsweitenmodulationsverhältnis bestimmt ist durch ein Verhältnis von Signal-An-Zeit t1 zu Signal-Aus-Zeit t2. Dieses Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM) wird als Steuergröße verwendet und bestimmt im Wesentlichen die Motordrehzahl und damit die Gebläsedrehzahl und den Luftvolumenstrom.
  • Bei einem mit einer Atemschutzhaube betriebenen Gebläsefiltergerät ist zu bemerken, dass sich die Motordrehzahl n umgekehrt proportional zur geförderten Luftmenge verhält und vom Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3,4 abhängt. Ändert sich der Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3,4, beispielsweise durch Verschmutzung oder Verwendung von verschiedenen Filtern, so ändern sich bei dem eingestellten Pulsweitenmodulationsverhältnis die Motordrehzahl und der Volumenstrom in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zueinander. Um den Volumenstrom bei einer Änderung des Eingangswiderstandes aber konstant halten zu können, muss die Motordrehzahl durch Änderung des Pulsweitenmodulationsverhältnisses verändert werden.
  • Um der Atemschutzhaube bei verändertem Eingangswiderstand mit einer pulsweitenmodulierten Motorsteuerung bei unterschiedlichem bzw. sich veränderndem Eingangswiderstand dennoch den erforderlichen optimalen Luftvolumenstrom von beispielsweise 135 ± 7 1/min zuzuführen, ist in dem Speicher 14 der Steuerelektronik eine Wertetabelle oder Kalibrierkurve hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM), Motordrehzahl (n), Filterwiderstand und Luftvolumenstrom widerspiegelt. Zur Aufstellung der Kalibrierkurve werden für einen bestimmten Luftvolumenstrom, beispielsweise 135 l/min, die den unterschiedlichen Filterwiderständen jeweils entsprechenden Steuergrößen (Pulsweitenmodulationsverhältnisse) ermittelt.
  • Das Gerät wird mit dem Ein-/Ausschalter 18 in Betrieb genommen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Steuerelektronik 5 nach dem Anschließen des Schlauchanschlussstücks 11 einer Atemschutzhaube 10 von dem Luftauslassanschluss 8 (Gebläseausgang) aufgrund des in einer bestimmten Schaltstellung stehenden Identifizierungsschalters 19 ein Signal empfangen, dass eine Atemschutzhaube 10 angeschlossen ist. In diesem Fall wird ein automatischer Kalibriervorgang durchgeführt. Der Gleichstrommotor 6 wird mit einem festgelegten Pulsweitenmodulationsverhältnis angesteuert. Die resultierende Motordrehzahl n1 wird über die im Gleichstrommotor 6 vorhandenen Hall-Sensoren 21 gemessen. Damit kann anhand der im Speicher 14 abgelegten Kalibrierkurve der Filterwiderstand, d.h. die Summe der Filterwiderstände aus den Filtereinsätzen (Gasfilter 3, Partikelfilter 4) bestimmt werden. Mit diesem Eingangswiderstand wird aus der im Speicher 14 abgelegten Kalibrierkurve dann der Wert für das Pulsweitenmodulationsverhältnis bestimmt, bei dem sich die Motordrehzahl (Arbeitsdrehzahl n2) so einstellt, dass sich der gewünschte Luftvolumenstrom (hier 135 1/min) ergibt. Mit diesem Pulsweitenmodulationsverhältnis wird der Gleichstrommotor 6 angesteuert.
  • Die eingestellte Motordrehzahl n2 wird im Betrieb durch die im Gleichstrommotor 6 vorhandenen Hall-Sensoren 21 ständig gemessen. Zu der einem bestimmten Eingangswiderstand entsprechenden Motordrehzahl wird in der Steuerelektronik 5 ein Drehzahlbereich nmin<n2<nmax festgelegt, der den zulässigen Arbeitsbereich definiert. Ändert sich der Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3,4, beispielsweise durch Verschmutzung (hoher Widerstand) oder durch eine Undichtigkeit im Ausgangsbereich (geringer Widerstand), so wird die Motordrehzahl n entsprechend größer oder kleiner. Liegt der gemessene Wert für die Motordrehzahl n2 außerhalb des definierten Arbeitsbereichs, so wird durch die Steuerelektronik 5 ein Alarm ausgelöst, da bei einer Motordrehzahl außerhalb des Arbeitsbereiches der Volumenstrom nicht mehr den gewünschten Wert aufweist. In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhaft die Arbeitsdrehzahlen und die zugehörigen Arbeitsbereiche bei verschiedenen Pulsweitenmodulationsverhältnissen dargestellt.
    Pulsweitenmodulationsverhältnis Drehzahl n nmin nmax
    41 4300 3150 4600
    55 5080 4500 5500
    60 6120 5500 6700
    78 7560 7150 8000
  • Der Alarm wird mittels der Anzeigeeinheit 15 mit optischen Signalelementen 16 und/oder akustischen Signalelementen 17 angezeigt. Der Alarm signalisiert dem Träger des Atemschutzgerätes eine Veränderung der Bedingungen, auf die der Träger reagieren muss, indem er entweder durch Aus- und wieder Einschalten einen weiteren Kalibriervorgang auslöst, der durch ein neues Pulsweitenmodulationsverhältnis eine neue Motordrehzahl einstellt, um den gewünschten Volumenstrom wiederherzustellen oder indem er die Filtereinsätze 3, 4 reinigt bzw. wechselt.
  • Das zuvor in Verbindung mit einer Atemschutzhaube benutzte Gebläsefiltergerät 1 kann auch mit einer Atemschutzmaske betrieben werden. Beim Anschließen des Schlauchanschlussstücks einer Atemschutzmaske wird mit dem Betätigungselement 20 der Identifizierungsschalter 19 betätigt und damit der Steuerelektronik 5 signalisiert, dass mit dem Gebläsefiltergerät 1 eine Atemschutzmaske mit Gebläseluft versorgt werden soll. Da die Atemschutzmaske im Gegensatz zur Atemschutzhaube am Gesicht des Benutzers dicht anliegt und auch bei einem in der Maske entstehenden Unterdruck durch das Ausatemventil gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist, gelangt nur durch die Filtereinsätze 3, 4 gereinigte Luft zum Benutzer. In diesem Fall kann der Gleichstrommotor 6 des Gebläsefiltergerätes 1 mit einem konstanten Pulsweitenmodulationsverhältnis, und zwar unabhängig vom Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3, 4 gesteuert werden. Somit ist die oben für den Haubenbetrieb beschriebene Kalibrierung im Maskenbetrieb nicht erforderlich.
  • Der Identifizierungsschalter 19 kann in Verbindung mit dem Betätigungselement 20 mehrere Schaltstellungen aufweisen, um unterschiedliche Maskentypen mit jeweils unterschiedlichen Eigenwiderständen zu erkennen und ein entsprechendes Signal zur Steuerelektronik 5 zu leiten. Je nach angeschlossenem Maskentyp kann ein vorher bestimmter und im Speicher 14 abgelegter Wert für das dem Maskentyp entsprechende Pulsweitenmodulationsverhältnis eingestellt werden.
  • Anstelle des hier beschriebenen Identifizierungsschalters können am Gebläseausgang auch Sensoren zur Identifizierung der verschiedenen Kopfteile für den jeweiligen Betrieb der Steuerelektronik angeordnet sein.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Gebläsefiltergerät
    2
    Gehäuse
    3
    Filtereinsatz / Gasfilter
    4
    Filtereinsatz / Partikelfilter
    5
    Steuerelektronik
    6
    Gleichstrommotor, elektronisch kommutiert
    7
    Gebläse
    8
    Luftauslassanschluss (Gebläseausgang)
    9
    Verbindungsschlauch
    10
    Kopfteil (hier Atemschutzhaube)
    11
    Schlauchanschlussstück
    12
    Akkumulator
    13
    Prozessor
    14
    Speicher
    15
    Anzeigeeinheit
    16
    optische Signalelemente
    17
    akustische Signalelemente
    18
    Schalter Ein/Aus
    19
    Identifizierungsschalter
    20
    Betätigungselement für 19
    21
    Hall-Sensoren

Claims (10)

  1. Gebläsefiltergerät für Atemschutzmasken und - hauben, das ein von einem Motor angetriebenes Gebläse und mindestens ein dem Gebläse vorgeschaltetes Filter sowie eine dem Motor zugeordnete Steuerelektronik zur Einstellung eines vorgegebenen Luftvolumenstromes umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Motor ein mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM) als Steuergröße gesteuerter und mit Drehzahlsensoren (21) ausgerüsteter elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (6) ist;
    wobei
    - in einem Speicher (14) der Steuerelektronik (5) eine auf der Basis einer Vielzahl unterschiedlicher Filterwiderstände sowie des jeweils entsprechenden Pulsweitenmodulationsverhältnisses (PWM) und der jeweiligen Motordrehzahl (n) für ein bestimmtes Luftvolumen erstellte Kalibrierkurve hinterlegt ist;
    - der Gleichstrommotor im Haubenbetrieb entsprechend der nach dem Einschalten mit Bezug auf den jeweiligen Eingangswiderstand gemessenen Drehzahl (n) mit dem aus der Kalibrierkurve ausgelesenen zugehörigen Pulsweitenmodulationsverhältnis steuerbar ist; und
    - im Maskenbetrieb unabhängig vom jeweiligen Filterwiderstand mit einem konstanten, für den angeschlossenen Maskentyp jeweils spezifischen Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM) steuerbar ist; wobei
    - der Steuerelektronik (5) ein Identifizierungsmittel (19, 20) zum Erkennen des jeweils angeschlossenen Kopfteiles und zur Einstellung des betreffenden Betriebsmodus zugeordnet ist.
  2. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerelektronik (5) zur Überwachung des Luftvolumenstromes eine Anzeigeeinheit (15) zur Signalisierung des Über- oder Unterschreitens eines vorgegebenen Drehzahlbereiches (nmin<n<nmax) zugeordnet ist, und bei im Haubenbetriebsmodus zwischenzeitlich verändertem Eingangswiderstand der Gleichstrommotor (6) nach dem Aus- und Wiedereinschalten und einer damit automatisch verbundenen Neukalibrierung mit einem dem geänderten Eingangswiderstand entsprechenden, aus der Kalibrierkurve ausgelesenen neuen Pulsweitenmodulationsverhältnis steuerbar ist.
  3. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehzahlmessung im Gleichstrommotor (6) Hall-Sensoren (21) angeordnet sind.
  4. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (15) optische und/oder akustische Signalelemente (16, 17) umfasst.
  5. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizierungsmittel zum Erkennen des jeweils angeschlossenen Kopfteiles eine in einen Luftauslassanschluss (8) des Gebläsefiltergerätes (1) integrierte und mit der Steuerelektronik (5) verbundene Sensorik ist, die mit unterschiedlich ausgebildeten Schlauchanschlussstücken (11) der Atemschutzhaube (10) oder der Atemschutzmaske oder unterschiedlicher Atemschutzmasken kommuniziert und der Steuerelektronik (5) ein entsprechendes Signal für den Hauben- oder Maskenbetriebsmodus oder unterschiedliche Maskenbetriebsmodi übermittelt.
  6. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik einen Identifizierungsschalter (19), der beim Anschließen des Schlauchanschlussstückes (11) einer Atemschutzhaube (10) eine bestimmte Schaltstellung für den Haubenbetriebsmodus und beim Anschließen einer Atemschutzmaske eine andere Schaltstellung zur Einstellung des Maskenbetriebsmodus in der Steuerelektronik einnimmt, umfasst.
  7. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schlauchanschlussstück der Atemschutzmaske ein Betätigungselement (20) zur Einstellung des Identifizierungsschalters (19) für den Maskenbetriebsmodus angeordnet ist.
  8. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (20) entsprechend dem jeweiligen Maskentyp unterschiedlich ausgebildet und der Identifizierungsschalter (19) für den Maskenbetrieb mit einem in der Steuerelektronik (5) hinterlegten, jeweils maskentypspezifischen Pulsweitenmodulationsverhältnis in unterschiedliche, jeweils maskentypspezifische Positionen einstellbar ist.
  9. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (19) zur Signalisierung des jeweiligen Maskentyps und Einstellung des jeweiligen Pulsweitenmodulationsverhältnisses mehrpolig ausgebildet ist.
  10. Gebläsefiltergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (6), die Steuerelektronik (5) und die Anzeigeeinheit (15) über einen Ein-/Ausschalter (18) an einen Akkumulator (12) angeschlossen sind.
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