WO2015051897A1

WO2015051897A1 - Gebläsefiltergerät, atemschutzsystem und verfahren

Info

Publication number: WO2015051897A1
Application number: PCT/EP2014/002694
Authority: WO
Inventors: Achim Volmer; Björn Ehler; Thomas Pernot
Original assignee: Dräger Safety AG & Co. KGaA
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2015-04-16
Also published as: US20160236014A1; DE102013016600B4; DE102013016600A1; US10905902B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gebläsefiltergerät (50) für ein Atemschutzsystem (1) sowie ein entsprechendes Atemschutzsystem (1). Das Gebläsefiltergerät (50) umfasst einen Lufteinlass (54) zum Einströmen von ungefilterter Luft und einen Luftauslass (56) zum Ausströmen von gefilterter Luft. Eine Gebläseeinheit (60) zum Ansäugen von Luft durch den Lufteinlass (54) umfasst einen Gebläsemotor (62) und einen Gebläsesensor (64), wobei der Gebläsesensor (64) zum Erfassen zumindest eines Betriebsparameters des Gebläsemotors (62) ausgebildet ist. Das Gebläsefiltergerät (50) umfasst ferner eine Filtereinheit (31) zur Aufnahme eines Filters (30) zum Filtern der angesaugten Luft und einen Luftstromsensor (58) zum Erfassen zumindest eines Strömungsparameters der durch den Luftauslass (56) strömenden gefilterten Luft. Eine Kontrolleinheit (66) ist ausgebildet, um den Gebläsemotor (62) in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters und des zumindest einen Betriebsparameters zu kontrollieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Gebläsefiltergeräts (50).

Description

BESCHREIBUNG

Gebläsefiltergerät, Atemschutzsystem und Verfahren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebläsefiltergerät für ein

Atemschutzsystem, ein Atemschutzsystem mit einem solchen Gebläsefiltergerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Gebläsefiltergerätes.

Atemschutzsysteme schützen den Benutzer vor Partikeln, Gasen und/oder Dämpfen, die die Qualität der Atemluft beeinträchtigen und gesundheitsschädlich sein können. Ein Atemschutzsystem weist zumindest einen Filter zum Filtern von Luft und eine Atemmaske auf, der die gefilterte Luft zugeführt wird. Bei der

Atemmaske kann es sich beispielsweise um eine Haube, einen Helm, ein Visier oder auch um einen Mund-Nasenmaske oder Halbmaske handeln.

Um einen besonders zuverlässigen Schutz vor verunreinigter Luft bereitzustellen, weisen gebläseunterstützte Atemschutzsysteme, welche auch als„PAPR"

(Powered Air-Purifying Respirator) Systeme bezeichnet werden, zusätzlich eine Gebläseeinheit auf, welche ein Gebläse und einen Motor zum Antreiben des Gebläses aufweist. Die Gebläseeinheit saugt die durch den Filter gefilterte Luft an und erzeugt Auslassluft, die der Atemmaske zugeführt wird. Die Gebläseeinheit wird derart betrieben, dass in der Atemmaske ein Überdruck herrscht, so dass nur gefilterte Luft aus der Atemmaske entweichen, aber keine verunreinigte Luft ins Innere der Atemmaske dringen kann. Atemschutzsysteme mit einem

Gebläsefiltergerät unterstützen den Benutzer, indem sie den Atemwiderstand im Gegensatz zu konventionellen Gasmasken herabsetzen und so eine lange ermüdungsfreie Anwendung möglich machen.

Entscheidend für den Atemschutz eines gebläseunterstützten Atemschutzsystems ist es, einen Unterdruck in der Atemmaske während der Einatemphase

BESTÄTIGUNGSKOPIE auszuschließen, was durch die Zuführung eines bestimmten konstanten

Volumenstromes gefilterter Luft in die Atemmaske erreicht wird. So wird

sichergestellt, dass die eingeatmete Luft ausschließlich durch die Luftzuführung aus dem Gebläsefiltergerät und nicht aus der kontaminierten Umgebung durch eventuelle Undichtigkeiten der Atemmaske selbst geschieht, da überschüssige Luft ständig durch das Ausatemventil der Atemmaske in die Umgebung strömt.

Zur Steuerung des Gebläsemotors ist es beispielsweise aus der EP 0 518 538 A2 bekannt, Betriebsparameter des Gebläsemotors zu erfassen und entsprechende Kennlinien vorzusehen, um einen bestimmten Luftstrom zur Atemmaske zu erreichen. Eine derartige Steuerung weist jedoch eine relativ hohe Ungenauigkeit auf, so dass ein entsprechend hoher Luftstrom angesteuert werder riuss, um einen Mindest-Luftstrom zu gewährleisten, wobei der Energieverbrauch des Gebläsemotors entsprechend hoch und die Betriebsdauer eines mobilen

Atemschutzsystems entsprechend kurz ist.

Alternativ ist es bekannt den Gebläsemotor über Sensoren, die den durch das Gebläse erzeugten Luftstrom messen, zu regeln. Da Atemschutzsysteme üblicherweise in rauer Umgebung eingesetzt werden ist die Lebensdauer solcher Sensoren durch Verschmutzung und Alterung vergleichsweise gering und

Sensoren müssen beispielsweise zur Vermeidung von Störungen oft gereinigt oder ausgetauscht werden.

Es besteht somit das Bedürfnis, den Betrieb eines gebläseunterstützten

Atemschutzsystems weiter zu verbessern, zur Bereitstellung eines Mindest- Luftstroms an die Atemmaske des Benutzers und um vorzugsweise eine lange Betriebsdauer zu ermöglichen.

In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Gebläsefiltergerät für ein Atemschutzsystem mit einem Lufteinlass zum Einströmen von ungefilterter Luft und einem Luftauslass zum Ausströmen von gefilterter Luft, einer Gebläseeinheit zum Ansaugen von Luft durch den Lufteinlass, welche einen Gebläsemotor und einen Gebläsesensor umfasst, wobei der Gebläsesensor zum Erfassen zumindest eines Betriebsparameters des Gebläsemotors ausgebildet ist, einer Filtereinheit zur Aufnahme eines Filters zum Filtern der angesaugten Luft, und einem

Luftstromsensor zum Erfassen zumindest eines Strömungsparameters der durch die Gebläseeinheit strömenden Luft. Eine Kontrolleinheit ist vorgesehen und ausgebildet, um den Gebläsemotor in Abhängigkeit des zumindest einen

Strömungsparameters und des zumindest einen Betriebsparameters zu kontrollieren.

Durch eine derartige kombinierte Kontrolle des Gebläsemotors kann einerseits durch Kontrolle über den Strömungsparameter eine hohe Genauigkeit der Kontrolle erreicht werden, wodurch der Energiebedarf des Gebläsemotors zur

-ii

Gewährleistung des Mindest-Luftstroms minimiert wird und somit die

Betriebsdauer des Gebläsefiltergeräts verlängert wird. Alternativ ist es möglich, das Gewicht des Gebläsefiltergeräts durch eine entsprechend reduzierte

Energieversorgung, beispielsweise in Form kleiner dimensionierte Batterien zu reduzieren und somit den Tragekomfort eines entsprechenden

Atemschutzsystems zu erhöhen.

Beispielsweise kann der Luftstromsensor ein Volumenstromsensor, ein

Massenstromsensor oder ein Strömungsgeschwindigkeitssensor sein, welcher ausgebildet ist, um den durch den Luftauslass strömenden Volumenstrom gefilterter Luft zu erfassen. Der zumindest eine Gebläsesensor kann ausgebildet sein, um als einen Betriebsparameter beispielsweise eine Drehzahl, einen Motorstrom und/oder eine Motorleistung des Gebläsemotors oder auch

Kombinationen aus Motorstrom, Motorleistung, Drehzahl zu erfassen. Derartige Strömungsparameter können vorzugsweise durch einfache Sensoren, wie beispielsweise Hitzdrahtanemometer, Thermopile- Halbleiter- Sensoren,

Differenzdrucksensoren, Flügelrad- Anemometer oder Staudrucksonden erfasst werden und ermöglichen eine einfache Kontrolle des Gebläsemotors mit hoher Genauigkeit. Die Drehzahl kann vorzugsweise durch einfache und robuste

Messelemente wie beispielsweise Magnetfeldsensoren (Hall- Sensoren) erfasst werden, Motorstrom und/oder eine Motorleistung sind beispielsweise mittels Messelementen zur Spannungs- und Strommessung (Strom- Shunt, Messverstärker, A/D- Konverter) einfach und robust erfassbar. Damit wird eine einfache und verlässliche Kontrolle des Gebläsemotors ermöglicht.

Der Luftstromsensor ist in einer bevorzugten Ausführungsform zur Erfassung des zumindest einen Strömungsparameters der durch den Luftauslass strömenden Luft eingerichtet und/ oder angeordnet. Die Anordnung des Luftstromsensors zur Erfassung des zumindest einen Strömungsparameters der durch den Luftauslass strömenden Luft ergibt den Vorteil, dass der zumindest eine Strömungsparameter eine Strömungssituation erfasst, welche der Strömungssituation am Luftauslass und damit im Atemschutzsystem nahe am Ort der Luftzufuhr zum Anwender entspricht, sodass beispielsweise die tatsächlich zum Anwender geförderte Luftmenge erfasst und / oder bilanziert werden kann und kleinere Undichtigkeiten stromaufwärts des Luftstromsensors damit nur einen geringen Fehlereinfluss auf die Kontrolle des Gebläsemotors haben.

Der Luftstromsensor ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform zur

Erfassung des zumindest einen Strömungsparameters der durch den Lufteinlass strömenden Luft eingerichtet und/ oder angeordnet. Die Anordnung des

Luftstromsensors zur Erfassung des zumindest einen Strömungsparameters der durch den Lufteinlass strömenden Luft ergibt den Vorteil, dass der zumindest eine Strömungsparameter eine Strömungssituation erfasst, welche der

Strömungssituation am Lufteinlass entspricht, so dass strömungstechnische Effekte der Gebläseeinheit, wie beispielsweise Turbulenzen oder Verwirbelungen, wie auch durch die Eigenschaften des Gebläsemotors bedingte Effekte, wie beispielsweise Druckabfall, nur einen geringen Einfluss auf die Erfassung des zumindest einen Strömungsparameters haben.

Unter einer Kontrolle des Gebläsemotors ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die geförderte Luftmenge von der Kontrolleinheit so kontrolliert wird, dass die geförderte Luftmenge innerhalb einer vorgegebenen Toleranz weitgehend stabil gefördert wird/ Dazu kann im Sinne der vorliegenden Erfindung diese Kontrolle als eine Steuerung (open-loop-control, eine Regelung (closed- ίοορ-control) oder als ein Steilen (Setting) eines Vorgabewertes ausgeführt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontrolleinheit ausgebildet, um eine Sensorüberprüfung des zumindest einen Luftstromsensors durchzuführen, wobei der durch den zumindest einen Gebläsesensor erfasste zumindest eine Betriebsparameter mit einem Referenzwert, insbesondere einer Kennlinie mit einem Toleranzbereich, verglichen wird, wobei der Gebläsemotor bei

Übereinstimmung des Betriebsparameters mit dem Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters geregelt wird und bei Abweichung des Betriebsparameters vom Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters geregelt wird. Auf diese Weise erfolgt eine unabhängige zweifache Kontrolle des Gebläsemotors, wobei die genauere Kontrolle über den mindestens einen Strömungsparameter, vorzugsweise als Regelung (closed- loop- control) auf den zumindest einen Strömungsparameter im Normalfall durchgeführt wird und die Kontrolle über den zumindest einen Betriebsparameter des

Gebläsemotors einerseits zur Überprüfung der Funktion des Luftstromsensors und andererseits bei Ausfall des Luftstromsensors verwendet wird.

Ferner kann die Kontrolleinheit so ausgebildet sein, dass bei Abweichung des mindestens einen Betriebsparameters vom Referenzwert ein Hinweis an einen Benutzer ausgegeben wird. Auf diese Weise wird der Benutzer bei einem Ausfall des Sensors gewarnt. Da die Funktion des Gebläsefiltergerätes durch die

Kontrolle über den mindestens einen Betriebsparameter des Gebläsemotors weiterhin gewährleistet ist kann sich der Benutzer ungefährdet aus der

Gefahrenzone entfernen oder seine Arbeit in einer verbleibenden Betriebszeit vollenden und anschließend eine Reinigung und Instandsetzung oder einen

Austausch des Luftstromsensors durchführen. Somit ist es insbesondere möglich, die maximale Lebensdauer des Luftstromsensors auszunutzen.

Beispielsweise ist die Kontrolleinheit ausgebildet, um den Gebläsemotor in

Abhängigkeit des Strömungsparameters mit einer Regelungsgenauigkeit mit weniger als drei Prozent Abweichung zu regeln.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Atemschutzsystem mit einer Atemmaske mit einem Ausströmventil, und einem oben beschriebenen Gebläsefiltergerät, wobei die Gebläseeinheit des Gebläsefilters ausgestaltet ist, um die durch den Luftauslass des Gebläsefiltergeräts strömende gefilterte Luft an die Atemmaske auszugeben, wobei die Kontrolleinheit den Gebläsemotor so regelt, dass ein Überdruck in der Atemmaske gegenüber einem Umgebungsdruck erzeugt wird.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum

Betreiben eines Gebläsefiltergeräts für ein Atemschutzsystem mit den Schritten:

- Ansaugen von Luft durch eine Gebläseeinheit mit einem Gebläsemotor,

- Bestimmen eines Betriebsparameters des Gebläsemotors,

- Filtern der angesaugten Luft,

- Bestimmen eines Strömungsparameters der gefilterten Luft und

- Kontrollieren des Gebläsemotors in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter und dem zumindest einen Strömungsparameter.

Ein Verfahren mit einer kombinierten Kontrolle mittels des zumindest einen

Betriebsparameter des Gebläsemotors und des zumindest einen

Strömungsparameters des Luftstroms wird ein zuverlässiger und

energiesparender Betrieb eines Gebläsefiltergeräts für ein Atem Schutzsystem mit den oben genannten Vorteilen ermöglicht.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Überprüfung eines Luftstromsensors zur Erfassung des Strömungsparameters der gefilterten Luft, wobei der durch den zumindest einen Gebläsesensor erfasste zumindest eine Betriebsparameter mit einem Referenzwert, insbesondere einer Kennlinie mit einem Toleranzbereich, verglichen wird, wobei der Gebläsemotor bei Übereinstimmung des

Betriebsparameters mit dem Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters geregelt wird und bei Abweichung des Betriebsparameters vom Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters geregelt wird und vorzugsweise ein Hinweis an den Benutzer ausgegeben wird. Vorteilhafterweise wird der Gebläsemotor in Abhängigkeit des

Strömungsparameters mit einer Regelungsgenauigkeit mit weniger als drei Prozent Abweichung geregelt. Der Strömungsparameter kann ein Volumenstrom und/oder ein Massenstrom der gefilterten Luft sein. Der Betriebsparameter kann eine Drehzahl des Motors, einen Motorstrom und/oder eine Motorleistung des Gebläsemotors sein.

Die beschriebenen Verfahrensschritte beschreiben bevorzugte

Ausführungsformen des Betriebes eines Gebläsefiltergeräts, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Reihenfolge der Verfahrensschritte beschränkt. Die beschriebenen Verfahrensschritte können also auch in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, insbesondere sind die Schritte der Bestimmung des Betriebsparameters und des Luftstromparameters nicht auf die vorliegend beschriebene Reihenfolge beschränkt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können miteinander und mit den vorstehend beschriebenen Aspekten kombiniert werden, um

erfindungsgemäße Vorteile zu erreichen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beispielhaft beschriebenen

bevorzugten Ausführungsformen, wobei:

Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

gebläseunterstützten Atemschutzsystems illustriert;

Figur 2 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Gebläsefiltergeräts eines Atemschutzsystems zeigt;

Figur 3 eine Kontrolle des Gebläsefiltergerätes mit einem Regelkreis zeigt; Figur 4 eine Reihe von Kennlinien zur Kontrolle des Gebläsefiltergeräts über

Betriebsparameter eines Gebläsemotors zeigt; und

Figur 5 eine Kennlinie zur Kontrolle des Gebläsefiltergeräts über

Betriebsparameter des Gebläsemotors bei Überprüfung einer Sensorfunktion zeigt. Figur 1 illustriert ein gebläseunterstütztes Atemschutzsystem 1 , welches eine Atemmaske 10, einen Schlauch 20, einen Filter 30, einen Tragegurt 40 und ein Gebläsefiltergerät 50 aufweist. Das Gebläsefiltergerät 50 ist an dem Tragegurt 40 befestigt, welcher von dem Benutzer um dje Hüfte getragen wird. Die Atemmaske 10 ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Haube oder Maske ausgeführt. Die Atemmaske 10 ist mit dem Gebläsefiltergerät 50 über den

Schlauch 20 verbunden. Der Schlauch 20 kann als Faltenschlauch ausgeführt sein, um dem Benutzer eine verbesserte Bewegungsfreiheit zu ermöglichen. Die verschmutze bzw. kontaminierte Luft wird mittels des Gebläsefiltergeräts 50 durch einen Filter 31 , welcher in einer Filtereinheit 30 befestigt ist, angesaugt, wodurch sie von schädlichen Stoffen befreit und anschließend über den Schlauch 20 zur Atemmaske 0 geleitet und dem Benutzer zugeführt wird. Das Atemschutzsystem 1 kann auch auf andere Weise ausgebildet sein.

Beispielsweise kann die Atemmaske 10 lediglich das Gesicht oder einen Teil des Gesichts des Benutzers bedecken. Es ist auch möglich, dass das

Gebläsefiltergerät 50 und der Filter 30 an einer andere Stelle angeordnet sind, beispielsweise direkt an der Atemmaske 10.

Figur 2 zeigt eine schematische Detailansicht des Atemschutzsystems 1 und des Gebläsefiltergeräts 50. Die Atemmaske 10 weist ein Ausströmventil 1 1 auf, welches in der gezeigten Ausführungsform als Druckventil ausgebildet ist und sich bei einem bestimmten Überdruck innerhalb der Atemmaske 10 öffnet und Luft aus der Atemmaske 10 ausströmen lässt.

In der gezeigten Ausführungsform sind Filter 30 und Filtereinheit 31 in das

Gebläsefiltergerät 50 integriert. Das Gebläsefiltergerät 50 hat ein Gehäuse 52, welches einen Lufteinlass 54 und einen Luftauslass 56 bildet. Das Gehäuse 52 bildet zudem mit einem Gehäusebauteil die Filtereinheit 31 , in der der Filter 30 befestigt ist. Das Gehäuse 52 kann auch auf andere Art und Weise aufgebaut sein. Am Luftauslass 56 ist ein Luftstromsensor 58 angeordnet, welcher einen

Strömungsparameter, beispielsweise einen Volumenstrom oder einen

Massenstrom, eines durch den Luftauslass 56 strömenden Luftstroms misst. Das Gebläsefiltergerät 50 umfasst ferner eine Gebläseeinheit 60 zum Ansaugen von Luft durch den Lufteinlass 54 und den Filter 30. Die Gebläseeinheit 60 weist einen Gebläsemotor 62 zum Antrieb eines Rotors und einen Gebläsesensor 64 auf, welcher zum Erfassen zumindest eines Betriebsparameters des

Gebläsemotors 62 ausgebildet ist. Betriebsparameter, welche vom Gebläsesensor 64 erfasst werden sind beispielsweise die Drehzahl N, der Motorstrom I und/oder die Motorleistung P des Gebläsemotors 62.

Es können auch jeweils mehrere Luftstromsensoren 58 oder Gebläsesensoren 64 zur Erfassung von mehreren Strömungsparametern bzw. Betriebsparametern vorgesehen sein.

Eine Kontrolleinheit 66 ist zum Kontrollieren und/ oder Regeln und/oder Steuern des Gebläsemotors 62 vorgesehen. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, um den Gebläsemotor 62 in Abhängigkeit des vom Luftstrom sensor 58 erfassten

Strömungsparameters und des vom Gebläsesensor 64 erfassten

Betriebsparameters zu kontrollieren.

In der bevorzugten Ausführungsvariante wird eine erste Kontrolle, vorzugsweise ausgeführt als eine Regelung (closed- loop-control) über den erfassten

Strömungsparameter und eine unabhängige zweite Kontrolle, vorzugsweise ausgeführt als eine Steuerung (open- loop-control) über die erfassten

Betriebsparameter durchgeführt und die beiden Kontrollmechanismen so

kombiniert, dass sie sich gegenseitig auf Konsistenz überprüfen können und einen energiesparenden Betrieb des Gebläsefiltergeräts 50 ermöglichen.

Figur 3 zeigt eine Darstellung der Steuerungs- und Regelmechanismen innerhalb der Kontrolleinheit 66 (Figur 2), schematisch als vereinfachter Regelkreis

dargestellt. Es besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom (Q) als Strömungsparameter und der Drehzahl (N) und dem

Motorstrom (I) als Betriebsparameter, welcher für die kombinierte Kontrolle genutzt wird. Alternativ kann ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem

Volumenstrom (Q), der Drehzahl (N) und der Motorleistung (P) für die kombinierte Kontrolle genutzt werden.

Eine Führungsgröße F entspricht einer Förderleistung der Gebläseeinheit, welche einen bestimmten Mindest-Luftstrom in die Atemmaske 10 gewährleistet. An Punkt 68 wird die Führungsgröße F mit einer Rückführungsgröße R verrechnet und resultierende Regelabweichung e an einen Regler 70 weitergeleitet. Der Regler 70 leitet eine entsprechende Stellgröße an den Gebläsemotor 62 weiter. Eine

Regelstrecke 72 und die Störungsgröße Z werden insbesondere durch den

Strömungswiderstand im Atemschutzsystem 1 bestimmt. Als Regelgrößen werden Strömungsparameter Q und Betriebsparameter N und I durch den Luftstromsensor 58 bzw. die Gebläsesensoren 64 bestimmt. Die Ergebnisse der Bestimmung der Strömungsparameter und Betriebsparameter werden als Rückführungsgröße an den Punkt 68 rückgeführt und mit der Führungsgröße verrechnet.

Im Folgenden wird am Bespiel von Figur 4 eine Kontrolle mittels der

Betriebsparameter N und I beschrieben. Soll der Volumenstrom konstant gehalten werden, muss die Kontrolle das Gebläse in einen Arbeitspunkt fahren, der auf der dazugehörigen Kennlinie liegt. Figur 4 zeigt eine Reihe von Kennlinien für verschiedene Volumenströme. Dies geschieht in der Weise, dass ein beliebiger Motorstrom als Startwert initial gewählt wird. Anschließend wird die sich aufgrund des pneumatischen

Systemwiderstands einstellende Drehzahl ermittelt und daraufhin der Motorstrom so variiert, dass die Abweichung vom Arbeitspunkt minimiert wird. Dennoch ist die Genauigkeit einer Kontrolle des Volumenstroms eines

Gebläsefiltergeräts mittels Kennlinien recht ungenau und lässt sich beispielhaft aus den Motorwerten ermitteln: Drehzahl N (max. 100007min)

Stromaufnahme I (max. 1 ,3 A) oder Leistungsaufnahme P (max. 13 W)

Motorspannung Vm (max. 12,6 V) für die Leistungsaufnahme gilt: P = η ^■ Q ^■ Δρ (1 ) mit Q = Volumenstrom, Δρ = Differenzdruck (über Lüfter), η = Wirkungsgrad (Motor inkl. Lüfterrad) Wird zu Messung der Leistung die Spannung über einem Shunt in Reihe zur Last ermittelt gilt für konstanten Volumenstrom und Wirkungsgrad (für kleine

Abweichungen):

Ρ ~ Δρ (2) P = I^■ Vm = Us/Rs^■ Vm

Wenn die Shunt-Spannung Us am Shunt-Widerstand Rs abfällt sowie I = k_m ^■ M mit M = Motordrehmoment und k_m = Motorkonstante. Der Strom erzeugt am Shunt-Widerstand Rs die Spannung Us = I^■ Rs = k_m · M^■ Rs . Wird die Spannung Us mit einem AD-Umsetzer erfasst folgt für U_AD und P:

UAD Us = k_Ao^■ k_m ^■ M^■ Rs ; k_AD = Wandlerkonstante

P = Ί^■ Vm = UAD RS · Vm = k_AD /Rs · k_m ^■ M^■ Rs · Vm

Die Toleranz für k_m liegt für die Gebläsemotoren typischerweise bei ± 10%, für k_AD = ± 2% (AD-Umsetzung und Referenz) bei konstantem Drehmoment M und für AVm = ± 2%. Daraus ergibt sich der wahrscheinliche Fehler: AP = (Ak² _AD +Ak_m ² + AVm² )^1/2 = ±10,4 %

Dieser Fehler würde bei einer Kontrolle des Motors anhand der Motorkennlinien dazu führen, dass eine scheinbare Veränderung der Druckdifferenz Δρ über dem Lüfter erkannt wird. Um diese auszugleichen, würde die Drehzahl soweit verändert werden, dass der Volumenstrom konstant bleibt. Tatsächlich würde der

Volumenstrom Q um den gleichen Faktor verändert werden mit dem Δρ abweicht. Das bedeutet, dass eine Toleranz des Volumenstroms von etwa ±10 % erreicht wird.

Bei der Kontrolle mittels des Strömungsparameters (Volumenstrom), ausgeführt als Regelung wird dagegen eine direkte Volumenstrommessung als

Rückführungssignal im Regelkreis zu verwenden. Eine derartige Regelung weist eine Regelgenauigkeit auf, die durch die Toleranz des Volumenstromsensors dominiert wird. Diese liegt vorzugsweise in einem Bereich kleiner 3% und ist somit wesentlich genauer als eine Kontrolle basierend auf Motorkennlinien.

Auf eine minimal notwendige Volumenstromvorgabe wird eine Sicherheitsmarge zugerechnet, um die Ungenauigkeiten der Regelung zu kompensieren. Sie ist vorzugsweise jedoch nur so groß wie nötig, um den Energiebedarf der

Gebläseeinheit 60 zu minimieren und somit die Laufzeit des Gebläsefiltergerätes 50 zu maximieren. Gemäß der bevorzugten Verfahrensvariante wird die Regelung mittels des Strömungsparameters aufgrund der erhöhten Genauigkeit für die Regelung des Gebläsemotors genutzt.

Um eine mögliche Fehlfunktion des Luftstromsensors 58 auszuschließen wird eine Sensorüberprüfung unter Benutzung der bestimmten Betriebsparameter des Gebläsemotors 62 durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Fehlfunktion des Luftstromsensors 58 durch Verschmutzung und zur Änderung der Eigenschaften durch Alterung verhindert.

Figur 5 zeigt die ausgewählte Kennlinie 74, die dem gewählten Volumenstrom zugehörig ist, sowie einen durch zwei weitere Kennlinien gekennzeichneten

Toleranzbereich von ± 10%, der insbesondere eine mit der Linie 76

gekennzeichnete untere Grenze aufweist. Der durch die beiden Linien bestimmte Toleranzbereich bildet einen Referenzwert, in dem der Arbeitspunkt des

Gebläsemotors 62 liegt, wenn die Regelung über den Strömungsparameter fehlerfrei ist. Zur Sensorüberprüfung wird periodisch der aktuelle Arbeitspunkt im Kennlinienfeld durch die Bestimmung der Betriebsparameter N und I durch den Gebläsesensor 64 ermittelt und mit dem Referenzwert verglichen, wobei

beispielsweise der minimale Abstand zu der Kennlinie 74 bestimmt wird. Wird ein zu großer Abstand ermittelt, so wird dieses als Inkonsistenz der Sensordaten eingestuft und ein Fehler des Systems mittels eines optischen, akustischen oder taktilen Signals angezeigt.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die Gebläseeinheit 60 einen

Volumenstrom von 170 l/min liefern soll. Um die zugehörige Kennlinie 74 herum ist ein Toleranzschlauch von ± 10% bezogen auf den Volumenstrom angelegt, also jeweils eine Kennlinie 76 für 153 l/min und 187 l/min. Alle Arbeitspunkte innerhalb des Toleranzschlauchs sorgen somit für einen Volumenstrom mit akzeptabler Toleranz.

Der Arbeitspunkt AP1 in Abbildung 4 liegt außerhalb dieses zulässigen

Toleranzschlauchs. Dieses deutet auf eine Inkonsistenz hin. Derartige Zustände sorgen für eine Signalisierung eines Sensorfehlers (Volumenstromsensor defekt) und das Umschalten auf Kennlinienkontrolle, wodurch ein Arbeitspunkt AP2 auf der Kennlinie eingestellt wird und der Mindestvolumenstrom wieder erreicht wird. Dieser ist abhängig von der Wahl der Atemmaske 10 und beträgt für Masken beispielsweise 1 15 l/min. und 1 70 l/min für Hauben.

Durch diese Maßnahme wird der Benutzer auf das Fehlverhalten der direkten Volumenstrommessung hingewiesen, ist aber noch in der Lage den

kontaminierten Bereich sicher zu verlassen, ohne dabei Einbußen beim

Atemschutz hinnehmen zu müssen. Der Benutzer kann daraufhin eine

Instandsetzung oder einen Austausch des Luftstromsensors 58 vornehmen. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der Benutzer seine Arbeit fortsetzt, wobei der Atemschutz durch die Kontrolle über die Betriebsparameter weiterhin

gewährleistet ist, jedoch mit einem entsprechend höheren Energiebedarf und einer entsprechenden kürzeren Betriebsdauer. Vorzugsweise wird ein bestimmter Mindest-Volumenstrom von gefilterter Luft festgelegt, der durch das Filtergebläsegerät 50 zur Atemmaske 0 gefördert werden soll. Es ist auch möglich, dass ein anderer Strömungsparameter an Stelle des Volumenstroms gewählt wird, für den ein Mindestwert festgelegt wird. Der Mindestwert ist beispielsweise von der Wahl der Atemmaske oder den

Arbeitsbedingungen abhängig.

In Abhängigkeit des Mindest-Volumenstroms wird ein erster Sollwert für die kombinierte Kontrolle bestimmt, der von einem Toleranzbereich des

Luftstromsensors 58 abhängig ist. Für den Fall eines Toleranzbereichs von ± 3 % des Luftstromsensors wird der erste Sollwert entsprechend 3% über dem Mindest- Volumenstrom festgelegt.

Die Regelung über den Strömungsparameter erfolgt mittels des ersten Sollwerts, wodurch ein energiesparender Betrieb des Atemschutzsystems 1 ermöglicht wird. Für die Überprüfung der Sensorfunktion mittels der Betriebsparameter des

Gebläsemotors 62 wird eine dem ersten Sollwert entsprechende erste Kennlinie ausgewählt, die mit ihrem Toleranzbereich einen Referenzwert zum Vergleich mit den durch den Gebläsesensor 64 erfassten Betriebsparametern bildet.

Ferner wird ein zweiter Sollwert für die kombinierte Kontrolle in Abhängigkeit des Mindest-Volumenstroms bestimmt, der vom Toleranzbereich der Gebläsesensoren 64 abhängig ist. Für den Fall eines Toleranzbereichs von ± 10 % der

Gebläsesensoren wird der zweite Sollwert entsprechend 10% über dem Mindest- Volumenstrom festgelegt und eine entsprechende zweite Kennlinie ausgewählt.

Für den Fall, in dem bei der Überprüfung der Sensorfunktion eine Abweichung des über die Betriebsparameter bestimmten Arbeitspunkts vom Referenzwert (der zum ersten Sollwert gehörenden ersten Kennlinie mit ihrem Toleranzbereich)

festgestellt wird, erfolgt die Kontrolle mittels der Betriebsparameter bei einem

Sensorfehler des Luftstromsensors 58 über die zum zweiten Sollwert zugehörige Kennlinie. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Atemschutzsystem

10 Atemmaske

11 Ausströmventil

20 Schlauch

30 Filter

31 Filtereinheit

40 Tragegurt

50 Gebläsefiltergerät

52 Gehäuse

54 Lufteinlass

56 Luftauslass

58 Luftstromsensor

60 Gebläseeinheit

62 Gebläsemotor

64 Gebläsesensor

66 Kontrolleinheit / Regeleinheit

68 Punkt

70 Regler

72 Regelstrecke

74 Kennlinie

76 Linie

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Gebläsefiltergerät (50) für ein Atemschutzsystem (1 ) mit einem Lufteinlass (54) zum Einströmen von ungefilterter Luft und einem Luftauslass (56) zum Ausströmen von gefilterter Luft;

einer Gebläseeinheit (60) zum Ansaugen von Luft durch den Lufteinlass (54), welche einen Gebläsemotor (62) und einen Gebläsesensor (64) umfasst, wobei der Gebläsesensor (64) zum Erfassen zumindest eines

Betriebsparameters des Gebläsemotors (62) ausgebildet ist;

einer Filtereinheit (31 ) zur Aufnahme eines Filters (30) zum Filtern der angesaugten Luft;

einem Luftstromsensor (58) zum Erfassen zumindest eines

Strömungsparameters der durch die Gebläseeinheit (60) strömenden Luft ; und

einer Kontrolleinheit (66), welche ausgebildet ist, um den Gebläsemotor (62) in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters und des zumindest einen Betriebsparameters zu kontrollieren.

Gebläsefiltergerät (50) nach Anspruch 1 , wobei der Luftstromsensor (58) ein Volumenstromsensor ist, welcher ausgebildet ist, um den durch den

Luftauslass (56) strömenden Volumenstrom gefilterter Luft zu erfassen und/oder der zumindest eine Gebläsesensor (64) ausgebildet ist, um als Betriebsparameter eine Drehzahl, einen Motorstrom und/oder eine

Motorleistung des Gebläsemotors (62) zu erfassen.

Gebläsefiltergerät (50) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der

Luftstromsensor (58) zur Erfassung des zumindest einen

Strömungsparameters der durch den Lufteinlass (54) und / oder Luftauslass (56) strömenden Luft eingerichtet und/ oder angeordnet ist.

Gebläsefiltergerät (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontrolleinheit (66) ausgebildet ist, um eine Sensorüberprüfung des zumindest einen Luftstromsensors (58) durchzuführen, wobei der durch den zumindest einen Gebläsesensor (64) erfasste zumindest eine Betriebsparameter mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei der

Gebläsemotor (62) bei Übereinstimmung des Betriebsparameters mit dem Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters geregelt wird und bei Abweichung des Betriebsparameters vom Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters geregelt wird.

5. Gebläsefiltergerät (50) nach Anspruch 4, wobei die Kontrolleinheit (66) so ausgebildet ist, dass bei Abweichung des Betriebsparameters vom

Referenzwert ein Hinweis an einen Benutzer ausgegeben wird.

6. Atemschutzsystem (1 ) mit einer Atemmaske (10) mit einem Ausströmventil (1 1 ), und einem Gebläsefiltergerät (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Gebläseeinheit (60) des Gebläsefiltergeräts (50) ausgestaltet ist, um die durch den Luftauslass (56) des Gebläsefiltergeräts (50) strömende gefilterte Luft an die Atemmaske (10) auszugeben, wobei die Kontrolleinheit (66) den Gebläsemotor (62) so regelt, dass ein Überdruck in der Atemmaske (10) gegenüber einem Umgebungsdruck erzeugt wird.

7. Verfahren zum Betreiben eines Gebläsefiltergeräts (50) mit den Schritten:

Ansaugen von Luft durch eine Gebläseeinheit (60) mit einem Gebläsemotor (62); Bestimmen zumindest eines Betriebsparameters des Gebläsemotors (62); Filtern der angesaugten Luft; Bestimmen eines Strömungsparameters der gefilterten Luft; Kontrollieren des Gebläsemotors (62) in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter und dem Strömungsparameter.

8. Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Verfahrensschritt:

Überprüfung eines Luftstromsensors (58) zur Erfassung des

Strömungsparameters der gefilterten Luft, wobei der zumindest eine

Betriebsparameter mit einem Referenzwert verglichen wird,

wobei der Gebläsemotor (62) bei Übereinstimmung des Betriebsparameters mit dem Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Strömungsparameters geregelt wird und bei Abweichung des

Betriebsparameters vom Referenzwert in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters geregelt wird.

Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Gebläsemotor (62) in

Abhängigkeit des Strömungsparameters mit einer Regelungsgenauigkeit mit weniger als drei Prozent Abweichung geregelt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der

Strömungsparameter ein Volumenstrom und/oder ein Massenstrom der gefilterten Luft und/oder der Betriebsparameter eine Drehzahl, ein

Motorstrom und/oder eine Motorleistung des Gebläsemotors (62) ist.