Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gebläsefiltergerät für Atem- schutzhauben und -masken, das ein von einem Motor ange¬ triebenes Gebläse und mindestens ein dem Gebläse vorge¬ schaltetes Filter sowie eine dem Motor zugeordnete Steu¬ erelektronik zur Einstellung eines vorgegebenen Luftvolu- menstromes umfasst.

Gebläsefiltergeräte für Atemschutzhauben und -masken wer¬ den verwendet, um einem Träger einer Haube oder Maske ge¬ filterte Atemluft in einer durch Gase oder Partikel kon- taminierten Umgebung mit Hilfe eines Gebläses zur Verfü¬ gung zu stellen. Die bekannten Anordnungen verwenden ein Gebläse, das Luft durch ein Filter hindurch über einen Schlauch in die Haube oder Maske transportiert. Beim Ein¬ satz dieser Geräte ändern sich während der Benutzung, z.B. durch Filterverschmutzung die Betriebsbedingungen. Das macht eine Anpassung der Gebläsedrehzahl erforder¬ lich, 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 Druck¬ sensoren verwendet, von denen sich einer vor dem Gebläse und einer hinter dem Gebläse befindet, um den Differenz¬ druck zu messen und damit die Gebläsedrehzahl zu steuern.

Die EP 0621056 Al schlägt die Messung des Staudrucks hin¬ ter dem Gebläsefiltergerät vor, wobei der durch den Strö¬ mungswiderstand der Haube erzeugte Staudruck als Maß für den Luftvolumenstrom dient. Diese Lösungen sind insofern nachteilig, als die Verwen¬ dung von Drucksensoren konstruktiv und apparativ aufwän¬ dig und letztlich mit hohen Kosten verbunden ist.

Die DE 19502360 Al beschreibt eine Lösung, bei der durch Messung des Betriebsstromes und der Rotationsgeschwindig¬ keit des Motors die Leistung des Gebläses reguliert wird. Eine ähnliche Methode wird auch in der WO02/23298 Al ver¬ wendet, wobei die Rotorgeschwindigkeit über den Energie- verbrauch des Motors gesteuert wird, das heißt in Abhän¬ gigkeit von der Widerstandsänderung durch die Filter muss die Motorleistung durch eine aufwändige Spannungs- und Stromanpassung kontinuierlich nachgeregelt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung des Luftvolumen¬ stromes wird in der WO 02/11815Al beschrieben. Bei dieser Anordnung wird die Gebläsedrehzahl über die Motorleistung eines Gleichstrommotors eingestellt. Die Motorleistung wird so eingestellt, dass mit den schwergängigsten FiI- tern 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 Strömungswi¬ derstand eines an Stelle der Haube an das Gebläsefilter- gerät anzuschließenden Luftstromindikators kann die Ge¬ bläsedrehzahl bestimmt werden, die für einen bestimmten Volumenstrom nötig ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass bei veränderten Bedingungen eine Neu¬ kalibrierung notwendig wird. Dazu muss der Benutzer das Gebläsefiltergerät von der Haube trennen und den Luft¬ stromindikator 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 Ge¬ bläsefiltergerät für Atemschutzmasken und Atemschutzhau- ben zu schaffen, das einfach und kostengünstig ausgebil¬ det ist und eine praktikable Benutzung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Gebläsefil¬ tergerät gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge¬ staltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen.

Bei einem Gebläsefiltergerät der eingangs erwähnten Art besteht der Kern der Erfindung in der Anwendung eines dem Gebläse zugeordneten elektronisch kommutierten Gleich- strommotors, der von der Steuerelektronik mit einem PuIs- weitenmodulationsverhältnis als Steuergröße zur Erzeugung einer bestimmten Motordrehzahl und eines entsprechenden Luftvolumenstromes gesteuert wird, und zwar im Haubenbe¬ triebsmodus mit einem aus einer in der Steuerelektronik hinterlegten Kalibrierkurve, die den Zusammenhang zwi¬ schen Filterwiderständen, Motordrehzahlen, Pulsweitenmo- dulationsverhältnissen und Luftvolumina widerspiegelt, entsprechend dem jeweiligen Eingangswiderstand in einem Kalibriermodus beim Einschalten des Gerätes auf der Basis der gemessenen Drehzahl ausgelesenen Pulsweitenmodulati- onsverhältnis und im Maskenbetrieb mit einem in der Steu¬ erelektronik gespeicherten, dem jeweiligen Maskentyp ent¬ sprechenden konstanten Pulsweitennαodulationsverhältnis, wobei die Steuerelektronik mit Hilfe einer der Anschluss- stelle zwischen Atemschutzmaske oder -haube (im folgenden als Kopfteil bezeichnet) und Gebläsefiltergerät zugeord¬ neten 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 Gleich¬ strommotor mit einem bestimmten Wert des Pulsweitenmodu- lationsverhältnisses 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 vor¬ teilhaft, als es nach dem Anschließen des jeweiligen Kopfteils und nach dem Einschalten des Gebläses unabhän¬ gig von der Größe des am Gebläse jeweils herrschenden Eingangswiderstandes entsprechend der Art, Anzahl oder Zusetzung der vorgeschalteten Filter sowohl im Haubenbe¬ trieb als auch im Maskenbetrieb, und zwar auch bei unter¬ schiedlichen Maskentypen, automatisch den erforderlichen optimalen Luftvolumenstrom zur Verfügung stellt. Wenn sich der Filterwiderstand während des Haubenbetriebes än¬ dert und ein Grenzwert des erforderlichen Volumenstromes unterschritten wird, muss das Gebläsefiltergerät ledig¬ lich aus- und wiedereingeschaltet werden, um anschließend wieder die gewünschte Luftmenge zu liefern. Das Gerät ist daher einfach und komfortabel zu handhaben und zudem ein¬ fach 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 Steuer¬ elektronik zur Überwachung des Luftvolumenstromes eine Anzeigeeinheit zur Signalisierung des Über- oder Unter- schreitens des erforderlichen Luftvolumenstromes inner¬ halb festgelegter Grenzwerte Flowmi∏<Flow<FlowIT,ax zugeord- net, und bei im Haubenbetriebsmodus zwischenzeitlich ver¬ ändertem Filterwiderstand ist der elektronisch kommutier- te Gleichstrommotor nach dem Aus- und Wiedereinschalten und einer damit automatisch verbundenen Neukalibrierung mit einem dem geänderten Filterwiderstand entsprechenden, aus der Kalibrierkurve ausgelesenen neuen Pulsweitenmodu- lationsverhältnis steuerbar. Die Anzeigeeinheit kann op¬ tische und/oder akustische Signalelemente umfassen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Identifizierungsmittel zum Erkennen des jeweils ange¬ schlossenen Kopfteiles eine in einem Luftauslassanschluss des Gebläsefiltergerätes integrierte und mit der Steuer¬ elektronik verbundene Sensorik, die mit unterschiedlich ausgebildeten Schlauchanschlussstücken der Atemschutzhau- be oder der Atemschutzmaske oder unterschiedlicher Atem¬ schutzmasken kommuniziert und der Steuerelektronik ein entsprechendes Signal für den Hauben- oder Maskenbe¬ triebsmodus oder unterschiedliche Maskenbetriebsmodi ü- bermittelt.

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 Betäti¬ gungselement zur Einstellung des Schalters für den Mas- kenbetriebsmodus angeordnet sein kann, und das Betäti¬ gungselement entsprechend dem jeweiligen Maskentyp unter¬ schiedlich ausgebildet sein kann und der Schalter für den Maskenbetrieb mit einem in der Steuerelektronik hinter¬ legten, jeweils maskentypspezifischen Pulsweitenmodulati- onsverhältnis in unterschiedliche, jeweils maskentypspe- zifische Positionen einstellbar sein kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schalter zur Signalisierung des jeweiligen Maskentyps und Einstel¬ lung des jeweiligen Pulsweitenmodulationsverhältnisses mehrpolig ausgebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein mit einer Atem¬ schutzhaube verbundenes Gebläsefiltergerät mit einer zu¬ gehörigen Steuerelektronik dargestellt ist, näher erläu¬ tert.

Das Gebläsefiltergerät 1 umfasst ein Gehäuse 2 für ver¬ schiedene Filtereinsätze 3, 4, eine Steuerelektronik 5, einen Motor 6, der ein Gebläse 7 antreibt, und einen An- schluss 8 für einen Verbindungsschlauch 9 zu einer Atem¬ schutzhaube 10. Umgebungsluft wird durch das Gebläse 7 angesaugt und strömt durch die Filtereinsätze 3, 4 und über den mit einem Anschlussteil 11 ausgebildeten Verbin¬ dungsschlauch 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 Sig¬ nalelementen 16, 17 sowie einen Schalter 18 zum Ein- und Ausschalten des Gebläsefiltergerätes 1.

Da eine Atemschutzmaske bzw. -haube in jeweils unter¬ schiedlichem Betriebsmodus betrieben wird, muss die Steu¬ erelektronik 5 erkennen, ob gerade eine Atemschutzmaske oder - wie im Ausführungsbeispiel - eine Atemschutzhaube 10 angeschlossen ist. Zu diesem Zweck weist der Luftaus- lassanschluss 8 am Gebläsefiltergerät 1 einen Identifi¬ zierungsschalter 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 Atem¬ schutzhaube 10 oder einer Atemschutzmaske verbunden ist. Während bei einer Atemschutzmaske in dem entsprechenden Anschlussteil des Verbindungsschlauchs ein Betätigungs- element 20 (hier strichliert dargestellt) zum Schließen des Schalters 19 ausgebildet ist, fehlt bei dem hier dar¬ gestellten Schlauchanschlussstück 11 für eine Atemschutz¬ haube 10 ein derartiges Betätigungselement, so dass der Schalter 19 beim Aufstecken des Schlauchanschlussstückes 11 in der geöffneten Stellung bleibt. In der Steuerelekt¬ ronik 5 wird nun ein der jeweiligen Schalterstellung ent¬ sprechendes Signal zur Identifizierung des jeweils ange¬ schlossenen Kopfteiles erzeugt.

Der Motor im Gebläsefiltergerät 1 wird als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor 6 betrieben. Zur Ansteue¬ rung wird ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet, wo¬ bei das Pulsweitenmodulationsverhältnis bestimmt ist durch ein Verhältnis von Signal-An-Zeit tl zu Signal-Aus- Zeit t2. Dieses Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM) wird als Steuergröße verwendet und bestimmt im Wesentli¬ chen die Motordrehzahl und damit die Gebläsedrehzahl und den Luftvolumenstrom.

Bei einem mit einer Atemschutzhaube betriebenen Gebläse¬ filtergerät ist zu bemerken, dass sich die Motordrehzahl n umgekehrt proportional zur geförderten Luftmenge ver¬ hält und vom Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3,4 abhängt. Ändert sich der Eingangswiderstand der Filter- einsätze 3,4, beispielsweise durch Verschmutzung oder Verwendung von verschiedenen Filtern, so ändern sich bei dem eingestellten Pulsweitenmodulationsverhältnis die Mo¬ tordrehzahl und der Volumenstrom in einem umgekehrt pro- portionalen 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 unter¬ schiedlichem bzw. sich veränderndem Eingangswiderstand dennoch den erforderlichen optimalen Luftvolumenstrom von beispielsweise 135 + 7 l/min zuzuführen, ist in dem Spei- eher 14 der Steuerelektronik eine Wertetabelle oder Ka¬ librierkurve hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen Pulsweitenmodulationsverhältnis (PWM) , Motordrehzahl (n), Filterwiderstand und Luftvolumenstrom widerspiegelt. Zur Aufstellung der Kalibrierkurve werden für einen bestimm- ten Luftvolumenstrom, beispielsweise 135 l/min, die den unterschiedlichen Filterwiderständen jeweils entsprechen¬ den Steuergrößen (Pulsweitenmodulationsverhältnisse) er¬ mittelt.

Das Gerät wird mit dem Ein-/Ausschalter 18 in Betrieb ge¬ nommen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Steuerelektronik 5 nach dem Anschließen des Schlauch¬ anschlussstücks 11 einer Atemschutzhaube 10 von dem Luft- auslassanschluss 8 (Gebläseausgang) aufgrund des in einer bestimmten Schaltstellung stehenden Identifizierungs¬ schalters 19 ein Signal empfangen, dass eine Atemschutz¬ haube 10 angeschlossen ist. In diesem Fall wird ein auto¬ matischer Kalibriervorgang durchgeführt. Der Gleichstrom¬ motor 6 wird mit einem festgelegten Pulsweitenmodulati- onsverhältnis angesteuert. Die resultierende Motordreh¬ zahl ∏i wird über die im Gleichstrommotor 6 vorhandenen Hall-Sensoren 21 gemessen. Damit kann anhand der im Spei¬ cher 14 abgelegten Kalibrierkurve der Filterwiderstand, d.h. die Summe der Filterwiderstände aus den Filter¬ einsätzen (Gasfilter 3, Partikelfilter 4) bestimmt wer¬ den. Mit diesem Eingangswiderstand wird aus der im Spei¬ cher 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 l/min) er¬ gibt. 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 Eingangswider¬ stand entsprechenden Motordrehzahl wird in der Steuer¬ elektronik 5 ein Drehzahlbereich nmin<n2<nmaχ festgelegt, der den zulässigen Arbeitsbereich definiert. Ändert sich der Eingangswiderstand der Filtereinsätze 3,4, beispiels¬ weise durch Verschmutzung (hoher Widerstand) oder durch eine Undichtigkeit im Ausgangsbereich (geringer Wider¬ stand), so wird die Motordrehzahl n entsprechend größer oder kleiner. Liegt der gemessene Wert für die Motordreh¬ zahl ∏2 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 auf- weist. In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhaft die Arbeitsdrehzahlen und die zugehörigen Arbeitsbereiche bei verschiedenen Pulsweitenmodulationsverhältnissen darge¬ stellt. Pulsweiten- Drehzahl n H∏άn ∏max modulationsverhältnis 41 4300 3150 4600 55 5080 4500 5500 60 6120 5500 6700 78 7560 7150 8000

Der Alarm wird mittels der Anzeigeeinheit 15 mit opti¬ schen Signalelementen 16 und/oder akustischen Signalele¬ menten 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 Kalib¬ riervorgang auslöst, der durch ein neues Pulsweitenmodu- lationsverhältnis eine neue Motordrehzahl einstellt, um den gewünschten Volumenstrom wiederherzustellen oder in¬ dem er die Filtereinsätze 3, 4 reinigt bzw. wechselt.

Das zuvor in Verbindung mit einer Atemschutzhaube benutz- te Gebläsefiltergerät 1 kann auch mit einer Atemschutz¬ maske betrieben werden. Beim Anschließen des Schlauchan¬ schlussstücks einer Atemschutzmaske wird mit dem Betäti¬ gungselement 20 der Identifizierungsschalter 19 betätigt und damit der Steuerelektronik 5 signalisiert, dass mit dem Gebläsefiltergerät 1 eine Atemschutzmaske mit Geblä¬ seluft versorgt werden soll. Da die Atemschutzmaske im Gegensatz zur Atemschutzhaube am Gesicht des Benutzers dicht anliegt und auch bei einem in der Maske entstehen¬ den Unterdruck durch das Ausatemventil gegen die Außenat- mosphäre abgedichtet ist, gelangt nur durch die Filter¬ einsätze 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 Filterein¬ sätze 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 auf¬ weisen, um unterschiedliche Maskentypen mit jeweils un¬ terschiedlichen Eigenwiderständen zu erkennen und ein entsprechendes Signal zur Steuerelektronik 5 zu leiten. Je nach angeschlossenem Maskentyp kann ein vorher be¬ stimmter 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 Identifizie¬ rung der verschiedenen Kopfteile für den jeweiligen Be¬ trieb der Steuerelektronik angeordnet sein. Bezugszeichenliste :

1 Gebläsefiltergerät 2 Gehäuse 3 Filtereinsatz / Gasfilter 4 Filtereinsatz / Partikelf ilter 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