Sensorvorrichtung für einen Mund-Nasen-Schutz und Mund-Nasen- Schutz orrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für einen Mund- Nasen-Schutz und eine Mund-Nasen-Schutzvorrichtung, die die Sensorvorrichtung umfasst.

Medizinische Gesichts-Halbmasken oder Behelfs-Mund-Nasen- Masken, auch Alltagsmasken genannt, sind ein Hilfsmittel, um eine Übertragung von Krankheitserregern durch Sekrettröpfchen auf andere zu reduzieren. Solche Masken verlieren ihre Wirkung mit einer Durchfeuchtung der Maske. Für medizinische Masken gibt es daher zum Beispiel die Empfehlung, dass sie möglichst nach jedem Gebrauch, aber im Bedarfsfall bei Mehrfachverwendung nach maximal acht Stunden beziehungsweise sobald sie feucht geworden sind, entsorgt und ersetzt werden sollen. Für Behelfs-Mund-Nasen-Masken gibt es die Empfehlung, dass sie abgesetzt und ersetzt werden sollen, sobald sie feucht geworden sind und nach maximal einem Tag ausgetauscht werden sollen. Da es für einen Nutzer oder Nutzerin einer medizinischen Gesichts-Halbmaske oder Behelfs-Mund-Nasen- Maske schwierig ist, die Feuchtigkeit der medizinischen Gesichts-Halbmasken oder Behelfs-Mund-Nasen-Maske zu beurteilen, steht dem Nutzer beziehungsweise der Nutzerin nur eine konkrete Empfehlung, nach welcher Zeit die Maske zu wechseln ist, zur Verfügung. Zu häufig gewechselte Masken stellen jedoch einen Kostenfaktor dar und belasten die Umwelt. Zu selten gewechselte Masken stellen dagegen ein Gesundheitsrisiko dar. Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, eine Sensorvorrichtung und eine Mund-Nasen-Schutzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine bedarfsangepasste Indikation zum Wechseln eines Mund-Nasen-Schutzes bereitstellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch eine Sensorvorrichtung zur Anordnung an einen Mund- Nasen-Schutz . Hierbei ist der Mund-Nasen-Schutz als Gesichtshalbmaske ausgebildet und weist eine oder mehrere Papierschichten und/oder eine oder mehrere Stoffschichten zur Bedeckung eines Mund-Nasen-Bereichs eines Benutzers auf. Die Sensorvorrichtung umfasst eine Sensoreinheit mit zumindest einem Sensorelement. Die Sensoreinheit ist eingerichtet, beim Benutzen des Mund-Nasen-Schutzes zusammen mit der Sensorvorrichtung durch einen Benutzer einzelne Atemvorgänge des Benutzers zu detektieren. Ferner weist die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit umfasst einen Zähler und ist eingerichtet, abhängig von einem von der Sensoreinheit bereitgestellten Detektionssignal die Atemvorgänge des Benutzers zu zählen.

Die Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, abhängig von einer ermittelten Anzahl von Atemvorgängen ein Auswertesignal bereitzustellen für eine Signalisierungseinheit.

Unter Mund-Nasen-Schutz im Sinne der Erfindung sind Gesichtshalbmasken zu verstehen, die eine oder mehrere Papierschichten und/oder eine oder mehrere Vliesschichten und/oder eine oder mehrere Stoffschichten zur Bedeckung eines Mund-Nasen-Bereichs aufweisen, die mit Binde- oder Gummibändern am Hinterkopf oder hinter den Ohren des Benutzers fixiert werden.

Hierzu zählen insbesondere medizinische Gesichts-Halbmasken, Behelfs-Mund-Nasen-Masken und partikelfiltrierende Halbmasken (englisch Filtering Face Piece).

Medizinische Gesichts-Halbmasken werden auch als Chirurgische Maske, Medizinische Gesichtsmaske, Klinikmaske, OP- Gesichtsmaske oder Hygienemaske bezeichnet. Die Behelfs-Mund- Nasen-Masken werden auch als Community-Maske, Mund-Nasen- Bedeckung, Alltagsmaske oder Behelfsmaske bezeichnet. Die partikelfiltrierenden Halbmasken werden auch Feinstaubmaske, Staubmaske, Atemschutzmaske oder FFP-Maske genannt. Die partikelfiltrierenden Halbmasken schützen je nach Ausführung vor dem Einatmen von Partikeln und wässrigen oder öligen Aerosolen .

Die Sensorvorrichtung ermöglicht, beim Benutzen des Mund- Nasen-Schutzes zusammen mit der Sensorvorrichtung die Atemvorgänge des Benutzers in den Mund-Nasen-Schutz zu zählen und nach einer bestimmten Anzahl von Atemvorgängen eine Notwendigkeit eines Maskenwechsels anzuzeigen. Hierbei ist unter Benutzen des Mund-Nasen-Schutzes ein Tragen des Mund- Nasen-Schutzes über Nase und Mund zu verstehen.

Die Sensoreinheit ist eingerichtet, ein Signal, das die Atemfrequenz des Benutzers aufweist, zu erfassen. Ein Atemvorgang umfasst vorzugsweise ein einzelnes Einatmen oder ein einzelnes Ausatmen oder einen einzelnen Atemzyklus.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das zumindest eine Sensorelement der Sensoreinheit ausgebildet als ein Temperatursensorelement oder ein Feuchtigkeitssensorelement oder ein Drucksensorelement oder Kohlendioxid-Gas-Sensorelement oder ein Schallwandler- Sensorelement .

Das Temperatursensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Temperatur einer Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund-Nasen-Bereich des Benutzers und dem Mund-Nasen-Schutzes befindet. Das Temperatursensorelement ermöglicht, Temperaturunterschiede einer Einatemluft und Ausatemluft zu erfassen und anschließend zu bewerten.

Das Feuchtigkeitssensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Luftfeuchtigkeit der Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund-Nasen-Bereich des Benutzers und dem Mund-Nasen-Schutzes befindet. Das Feuchtigkeitssensorelement ermöglicht,

Feuchtigkeitsunterschiede in der Ein- und Ausatemluft zu erfassen und anschließend zu bewerten.

Das Drucksensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für einen Luftdruck der Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund-Nasen-Bereich des Benutzers und dem Mund-Nasen-Schutz befindet. Das Drucksensorelement ermöglicht, Druckunterschiede der Ein- und Ausatemluft zu erfassen und anschließend zu bewerten.

Das Kohlendioxid-Gas-Sensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Kohlendioxid-Konzentration der Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund- Nasen-Bereich des Benutzers und dem Schutzelement des Mund- Nasen-Schutzes befindet. Das Kohlendioxid-Gas-Sensorelement ermöglicht, Kohlendioxid-Konzentrationsunterschiede in der Ein- und Ausatemluft zu erfassen und anschließend zu bewerten .

Das Schallwandler-Sensorelement, das auch als Mikrofon bezeichnet werden kann, ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für ein Atemzugsgeräusch und/oder Atemausstoßungsgeräusch des Benutzers der Mund-Nasen-Schutzvorrichtung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das zumindest eine Sensorelement der Sensoreinheit als ein Wärmeleitfähigkeits-Sensorelement ausgebildet. Das Wärmeleitfähigkeits-Sensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Wärmeleitfähigkeit der Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund-Nasen- Bereich des Benutzers und dem Schutzelement des Mund-Nasen- Schutzes befindet. Das Wärmeleitfähigkeits-Sensorelement ermöglicht, Wärmleitfähigkeitsunterschiede in der Ein- und Ausatemluft zu erfassen und anschließend zu bewerten.

Die Sensoreinheit kann ein einzelnes Sensorelement oder mehrere, insbesondere mehrere verschiedene, Sensorelemente aufweisen, die entsprechende Sensorsignale zur Verfügung stellen. Das Auswerten mehrerer Sensorsignale ermöglicht, ein korreliertes Auftreten der entsprechenden Sensorsignale zu nutzen, um die Zählung der Atemvorgänge robuster gegenüber Umgebungseinflüssen zu machen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensorvorrichtung ein Trennelement auf oder der Sensorvorrichtung ist ein Trennelement zugeordnet, wobei das Trennelement angeordnet und eingerichtet ist, das Sensorelement von einer Haut des Benutzers zu separieren. Das Trennelement wird beispielsweise aus einer Lage des Maskenstoffs gebildet. Das Sensorelement beziehungsweise die Sensorvorrichtung kann in diesem Fall beispielsweise auf einer Seite der Maske angeordnet sein, die von dem Gesicht es Benutzers weg gerichtet ist oder in einer Zwischenlage. Alternativ weist die Sensorvorrichtung ein Gehäuse oder eine Kapselung auf, das beziehungsweise die zumindest einen Teil der Sensorvorrichtung zumindest teilweise, aber zumindest das Sensorelement, umschließt und damit vor Schmutz und Beschädigungen schützt. Hierbei ist das Trennelement Teil des Gehäuses beziehungsweise der Kapselung und bildet eine Außenfläche des Gehäuses beziehungsweise der Kapselung. Das Gehäuse beziehungsweise die Kapselung wird hierbei zusammen mit dem zumindest einen Teil der Sensorvorrichtung beispielsweise an einer Seite des Mund- Nasen-Schutzes, die in Richtung Gesicht des Benutzers gerichtet ist, angeordnet. Vorzugsweise wird das Gehäuse beziehungsweise die Kapselung derart angeordnet, dass die Außenfläche, die von dem Trennelement gebildet wird, in Richtung Gesicht des Benutzers zeigt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Trennelement zumindest eine Öffnung auf für eine Gas- oder Luftzufuhr zu dem zumindest einen Sensorelement. Die zumindest eine Öffnung ermöglicht einen ausreichenden Gastransport. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Trennelement eine Perforation auf für eine Gas- oder Luftzufuhr zu dem zumindest einen Sensorelement. Eine spezielle Ausgestaltung der regelmäßigen Anordnung, Menge, Form und Größe der Löcher der Perforation ermöglichen einen verbesserten Gastransport.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensoreinheit einen Differentiator auf, dessen Eingang mit einem Ausgang des zumindest einen Sensorelements zum Empfang eines Sensorsignals des zumindest einen Sensorelements elektrisch gekoppelt ist. Der Differentiator ist eingerichtet, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das eine erste Ableitung des von dem zumindest einen Sensorelement bereitgestellten Sensorsignals repräsentiert oder näherungsweise repräsentiert. Vorzugsweise umfasst der Differentiator einen Differentiator-Verstärker oder ist der Differentiator als Differentiator-Verstärker ausgebildet. Der Differentiator hat den Vorteil, dass die Atemvorgänge zuverlässig detektiert werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensoreinheit eine

Datentrennschaltung auf, dessen Eingang mit einem Ausgang des zumindest einen Sensorelements zum Empfang eines Sensorsignals des zumindest einen Sensorelements elektrisch gekoppelt ist. Die Datentrennschaltung ist ausgebildet, das Sensorsignal mit einer gleitenden Referenz gleichzusetzen, wobei die gleitende Referenz aus einem durchschnittlichen Gleichstromwert des Sensorsignals abgeleitet oder ermittelt wird. Die Datentrennschaltung hat den Vorteil, dass die Atemvorgänge zuverlässig und energiesparend detektiert werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das zumindest eine Sensorelement räumlich getrennt von der Auswerteinheit und/oder der Signalisierungseinheit und/oder weiteren Komponenten der Sensoreinheit und/oder einer Spannungsversorgung an dem Mund- Nasen-Schutz angeordnet. Die räumlich getrennte Anordnung hat den Vorteil, dass messsensitive Elemente oder Einheiten messtechnisch optimal positioniert werden können, während nicht-messsensitive Elemente in Randbereichen positioniert werden können, in denen sie einen Benutzer nicht stören.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist der Mund-Nasen-Schutz eine vorgegebene beziehungsweise bestimmte Maskenfläche auf und zumindest das eine Sensorelement ist an einer Position innerhalb der Maskenfläche angeordnet, sodass ein Verhältnis zwischen einer ersten Strecke von einem Zentrum der Maskenfläche zur Position des Sensorelements und einer zweiten Strecke von einem Maskenrand zur Position des Sensorelements einen Wert kleiner oder gleich vier aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Atemvorgänge zuverlässiger detektiert werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensorvorrichtung zumindest eine Verbindungsvorrichtung auf für eine lösbare mechanische Kopplung der Sensorvorrichtung oder zumindest eines Teils der Sensorvorrichtung mit dem Mund-Nasen-Schutz.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Klemme und/oder eine Klammer und/oder einen Halteklip und/oder einen Magnetverschluss. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Sensorvorrichtung oder ein Teil der Sensorvorrichtung mechanisch fest gekoppelt mit dem Mund-Nasen-Schutz.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Sensorvorrichtung die Signalisierungseinheit und die Signalisierungseinheit ist eingerichtet, abhängig von dem von der Auswerteeinheit bereitgestellten Auswertesignal ein optisches und/oder akustisches und/oder haptisches Signal auszugeben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Auswerteeinheit eine drahtlose Schnittstelle auf für eine drahtlose Übertragung des Auswertesignals an ein vorgegebenes Endgerät. Eine Nutzung einer zugeordneten Signalisierungseinrichtung hat den Vorteil, dass Bauraum bei der Sensorvorrichtung eingespart werden kann. Ferner kann eine Signalisierung eines Maskenzustands einfacher geheim gehalten werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensorvorrichtung eine Spannungsversorgungseinheit mit einem Akkumulator auf, der als Festkörperakkumulator ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sensorvorrichtung eine Ladeeinheit zum Laden des Akkumulators auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt weist die Ladeeinheit einen passiven Ladenanschluss und/oder eine Energieernteeinheit auf. Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem zweiten Aspekt durch eine Mund-Nasen-Schutzvorrichtung aus, die einen Mund-Nasen- Schutz, der als Gesichtshalbmaske ausgebildet ist, und eine oder mehrere Papierschichten und/oder eine oder mehrere Stoffschichten zur Bedeckung eines Mund-Nasen-Bereichs eines Benutzers aufweist, und eine Sensorvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt. Die Sensorvorrichtung ist an dem Mund-Nasen- Schutz angeordnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sensorvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt sind auch auf die Mund-Nasen-Schutzvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt gültig

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Mund-Nasen- Schutzvorrichtung, und

Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Überwachungsmoduls für die Mund-Nasen- Schutzvorrichtung,

Figur 3 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mund-Nasen-Schutzvorrichtung,

Figur 4 ein beispielhaftes elektrisches Ersatzschaltbild einer Sensorvorrichtung,

Figur 5 ein beispielhaftes elektrisches Ersatzschaltbild einer Detektionseinheit der Sensorvorrichtung, Figur 6 ein beispielhaftes elektrisches Ersatzschaltbild einer weiteren Detektionseinheit der Sensorvorrichtung,

Figur 7 ein weiteres beispielhaftes elektrisches

Ersatzschaltbild einer Detektionseinheit der Sensorvorrichtung,

Figur 8 einen beispielhaften Verlauf des Sensorsignals,

Figur 9 einen Spannungsverlauf am Ausgang der in Figur 7 gezeigten Detektionseinheit und

Figur 10 einen Mund-Nasen-Schutz mit einer beispielhaften Anordnung der Sensorvorrichtung.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Mund-Nasen-Schutzvorrichtung 1. Die Mund-Nasen- Schutzvorrichtung 1 weist einen Mund-Nasen-Schutz und eine Sensorvorrichtung 6 auf. Die Sensorvorrichtung 6 kann auch als Überwachungsmodul bezeichnet werden.

Optional weist die Mund-Nasen-Schutzvorrichtung 1 einen Streifen-Code und/oder Quick-Response-Code (QR-Code) 8 auf.

Der in Figur 1 gezeigte QR-Code 8 oder Strichcode kann zum Beispiel genutzt werden, ein Initialisieren und eine Aktivierung der Sensorvorrichtung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann der QR-Code 8 Spezifikationsdaten des Mund- Nasen-Schutzes und/oder eine Produktidentifikation umfassen, so dass ein Verbindungsaufbau durch ein Scannen des Codes initiiert werden kann.

Der Mund-Nasen-Schutz ist beispielsweise eine medizinische Gesichtshalbmaske. Alternativ ist der Mund-Nasen-Schutz eine Behelfs-Mund-Nasen-Maske oder eine partikelfilternde Gesichtshalbmaske. Eine Behelfs-Mund-Nasen-Maske ist ein geschneidertes Stück Stoff, das über Kinn, Mund und Nase getragen wird. Sie besteht meistens aus Baumwollstoff, der in Falten gelegt vernäht oder an die Gesichtsform angepasst geschneidert ist.

Der Mund-Nasen-Schutz in Figur 1 weist ein Schutzelement 2 und ein oder mehrere Bindebänder oder eine oder mehrere flexible Bänder, beispielsweise Gummibänder 4, auf. Das Schutzelement 2 weist eine oder mehrere Papierschichten und/oder eine oder mehrere Vliesschichten und/oder eine oder mehrere Stoffschichten auf und dient der Bedeckung eines Mundes und einer Nase eines Benutzers. Die Bänder ermöglichen, dass das Schutzelement 2 in dem Mund-Nasen- Bereich gehalten wird. Die Bänder werden beispielsweise am Hinterkopf oder hinter den Ohren fixiert.

Vorzugsweise ist das Schutzelement 2 derart ausgestaltet, dass es die Nase, den Mund und ein Kinn eines Benutzers bedeckt .

Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Sensorvorrichtung 6 für die Mund-Nasen-Schutzvorrichtung.

Die Sensorvorrichtung 6 weist beispielsweise eine Spannungsversorgungseinheit 61 mit einem Festkörperakkumulator auf. In einer optionalen Ausgestaltung umfasst die Sensorvorrichtung 6 eine Recheneinheit 62. Die Sensorvorrichtung 6 umfasst beispielsweise zusätzlich eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 64 und/oder eine Ladeeinheit 66.

Die Recheneinheit 62 weist beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller auf. Beispielsweise weist die Recheneinheit 62 einen Zeitgeber und/oder einen Zähler auf.

Die Recheneinheit 62 ist zum Beispiel ausgebildet, abhängig von einem bereitgestellten Aktivierungssignal, den Zeitgeber zu aktivieren und, wenn der Zeitgeber eine vorgegebene Zeitgrenze überschreitet, ein erstes Erinnerungssignal zu erzeugen und bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist die Recheneinheit beispielsweise ausgebildet, abhängig von einem bereitgestellten Zählsignal den Zähler zu inkrementieren und, wenn der Zähler eine vorgegebene Zahl überschreitet, ein zweites Erinnerungssignal zu erzeugen.

Die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 64 umfasst beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle und/oder eine Infrarot-Schnittstelle und/oder eine Ultraschallschnittstelle. Beispielsweise ist die Recheneinheit ausgebildet, eine Kommunikation über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 64 zu steuern. Das Überwachungsmodul 6 ist somit zum Beispiel eingerichtet, mit einem bestimmten Endgerät, zum Beispiel einem Smartphone, einem Informationszentrum, etc. zu kommunizieren und Erinnerungssignale und/oder Erinnerungsnachrichten an das Endgerät zu senden. Das Überwachungsmodul 6 ist beispielsweise ausgebildet, sich mit dem Endgerät zu verbinden, im Englischen als Pairing bezeichnet. Dieses Verbinden kann zur Erzeugung des Aktivierungssignals für den Zeitgeber genutzt werden.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Sensorvorrichtung umfasst die Spannungsversorgungseinheit 61 zum Beispiel einen Akkumulator. Der Akkumulator ist beispielsweise als Festkörper-Akkumulator ausgebildet. Zusätzlich kann die Spannungsversorgung eine Ladeschnittstelle aufweisen für eine induktive oder kabelgebundene Aufladung des Akkumulators.

Die Batterie oder der Akkumulator sind vorzugsweise als miniaturisiertes Bauteil, beispielsweise als oberflächenmontiertes Bauteil, im Englischen Surface-Mounted- Device, ausgebildet.

Die Ladeeinheit dient zum Laden des Akkumulators. Die Ladeeinheit umfasst beispielsweise einen passiven Ladenanschluss. Der passive Ladeanschluss kann beispielsweise für einen Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Kabels eingerichtet sein oder eine drahtlose Ladefolie und/oder einen Stromrichter umfassen. Alternativ oder zusätzlich weist die Ladeeinheit beispielsweise eine Energieernteeinheit auf.

Der Akkumulator ist vorzugsweise als oberflächenmontiertes Bauelement ausgeführt.

Die Sensorvorrichtung weist vorzugsweise eine einzelne Leiterplatte auf, auf der sämtliche elektronischen und elektrischen Bauteile der Sensorvorrichtung angeordnet sind. Die Sensorvorrichtung 6 weist vorzugsweise ein Gehäuse oder eine Kapselung auf. Insbesondere kann das Gehäuse durch eine fluiddichte Vergussmasse gebildet werden.

Die Sensorvorrichtung umfasst beispielsweise ein Verbindungselement, das eine lösbare mechanische Kopplung der Sensorvorrichtung 6 mit dem Mund-Nasen-Schutz ermöglicht. Die Verbindungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Klemme und/oder eine Klammer und/oder einen Halteklip und/oder einen Magnetverschluss .

Die Sensorvorrichtung 6 ist beispielsweise als eine einzelne Einheit ausgebildet. Alternativ ist möglich, wie in Figur 3 gezeigt, dass die Sensorvorrichtung 6 mehrere Teile 6a, 6b umfasst und verteilt an dem Mund-Nasen-Schutz angeordnet ist, wobei ein Teil 6b in einem Randbereich 9 angeordnet ist.

Die räumlich getrennte Anordnung hat den Vorteil, das messsensitive Elemente oder Einheiten messtechnisch optimal positioniert werden können, während nicht-messsensitive Elemente in Randbereichen 9 positioniert werden können, in denen sie einen Benutzer nicht stören.

Die Sensorvorrichtung 6 weist, wie beispielhaft in Figur 4 gezeigt, eine Sensoreinheit 28 und eine Auswerteeinheit 25 auf. Die Sensorvorrichtung 6 weist ferner beispielsweise eine Signalisierungseinheit 26 auf.

Die Sensorvorrichtung 6 weist ferner beispielsweise ein Trennelement (in Figur 4 nicht gezeigt) auf oder der Sensorvorrichtung 6 ist ein Trennelement zugeordnet, wobei das Trennelement angeordnet und eingerichtet ist, ein Sensorelement 681, 682 der Sensorvorrichtung 6 von einer Haut des Benutzers zu separieren. Das Trennelement wird beispielsweise aus einer Lage des Maskenstoffs gebildet.

Alternativ weist die Sensorvorrichtung 6 ein Gehäuse oder eine Kapselung auf, das beziehungsweise die zumindest einen Teil der Sensorvorrichtung 6 zumindest teilweise, aber zumindest das Sensorelement 681, 682, umschließt und damit vor Schmutz und Beschädigungen schützt. Hierbei ist das Trennelement beispielsweise Teil des Gehäuses beziehungsweise der Kapselung und bildet eine Außenfläche des Gehäuses beziehungsweise der Kapselung. Das Gehäuse beziehungsweise die Kapselung wird hierbei zusammen mit dem zumindest einen Teil der Sensorvorrichtung 6 beispielsweise an einer Seite des Mund-Nasen-Schutzes, die in Richtung Gesicht des Benutzers gerichtet ist, angeordnet. Vorzugsweise wird das Gehäuse beziehungsweise die Kapselung derart angeordnet, dass die Außenfläche, die von dem Trennelement gebildet wird, in Richtung Gesicht des Benutzers zeigt.

Das Trennelement weist beispielsweise zumindest eine Öffnung oder Perforation auf für eine Gas- oder Luftzufuhr zu dem zumindest einen Sensorelement.

Die Sensorvorrichtung 6 kann, wenn das Trennelement aus der Lage des Maskenstoffs gebildet, ein Gehäuse oder eine Teil- Kapselung aufweisen.

Figur 4 zeigt ein beispielhaftes elektrisches Ersatzschaltbild der Sensorvorrichtung 6.

Die Sensoreinheit 28 der Sensorvorrichtung 6 ist eingerichtet, einen Atemzug und/oder einen Atemausstoß eines Benutzers der Mund-Nasen-Schutzvorrichtung zu detektieren. Die Sensoreinheit 28 weist hierzu ein Sensorelement 681,682 und eine Detektionseinheit auf, die zum Beispiel einen Differentiator 23 und eine Entscheiderschaltung 24 umfasst.

Alternativ kann die Sensorvorrichtung 6 mehr als ein Sensorelement 681,682 aufweisen, insbesondere auch unterschiedliche Sensorelemente 681,682 für unterschiedliche Messgrößen. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung 6 ein Temperatursensorelement und/oder ein Drucksensorelement und/oder Feuchtigkeitssensorelement und/oder Kohlendioxid- Gas-Sensorelement und/oder ein Schallwandler-Sensorelement aufweisen .

Vorteilhaft kann auch ein Wärmeleitfähigkeitssensorelement eingesetzt werden, mit dessen Hilfe eine Wärmeleitfähigkeit der Luft erfasst werden kann, da beim Ausatmen Feuchte und CO2 gemeinsam auftreten und beide Gase die Wärmeleitfähigkeit der Luft reduzieren. Eine solche Anordnung umfasst zum Beispiel zwei beheizte Temperaturfühler, von denen einer gegenüber der Umgebung gekapselt ist und einer Kontakt zur Umgebungsluft hat.

Das Sensorelement 681, 682 gemäß Figur 4 ist beispielsweise ein Temperatursensorelement. Das Temperatursensorelement umfasst beispielsweise einen Heißleiter, auch abgekürzt NTC Thermistor (engl. Negative Temperature Coefficient Thermistor) genannt.

Das Temperatursensorelement ist vorzugsweise eingerichtet, ein Sensorsignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Temperatur einer Luft, die sich zwischen einer Gesichtsoberfläche im Mund-Nasen-Bereich des Benutzers und dem Mund-Nasen-Schutz befindet. Das Temperatursensorelement ist beispielsweise für den Messbereich zwischen 0°C und 30°C ausgelegt. Die Sensorvorrichtung 6 ist in diesem Fall beispielsweise ausgebildet, Temperaturänderungen im Bereich größer lK/sec als Trigger zum Zählen eines Ausatemimpulses zu nutzen und/oder eine Temperaturänderung im Bereich größer -0,5K/sec als Trigger zum Zählen eines Einatemimpulses zu nutzen.

Bei Nutzung eines Feuchtigkeitssensorelements ist die Sensorvorrichtung 6 beispielsweise ausgebildet, Feuchteanstiege auf über 28,8 g/m3 (das entspricht zum Beispiel 95% relativer Feuchte bei 30°C) als Trigger für den Atemvorgang zu nutzen und/oder Feuchteabfälle von zumindest näherungsweise 28 g/m3 (das entspricht 92,2% relativer Feuchte bei 30°C) auf zumindest näherungsweise unter 26g/m3 (das entspricht zum Beispiel 85,7% relativer Feuchte bei 30°C) als Trigger für einen Atemvorgang zu nutzen.

Bei Nutzung eines Kohlendioxid-Gas-Sensorelements ist die Sensorvorrichtung 6 beispielsweise ausgebildet, CC^-Anstiege auf über 2% als Trigger für einen Atemvorgang zu nutzen oder alternativ oder zusätzlich Änderungsraten der CO2- Konzentration von über 0,25%/sec als Trigger für einen Atemvorgang zu nutzen. Alternativ oder zusätzlich ist die Sensorvorrichtung 6 beispielsweise ausgebildet, CC^-Abfälle von über 2% auf unter 1% als Trigger für den Atemvorgang zu nutzen oder alternativ oder zusätzlich Änderungsraten der CO2 Konzentration von unter -0,25%/sec als Trigger für einen Atemvorgang zu nutzen.

Das Sensorelement 681,682 stellt an seinem Ausgang ein Sensorsignal zur Verfügung. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der Heißleiter zusammen mit einem weiteren ohmschen Widerstand einen Spannungsteiler. Der Spannungsteiler ist beispielsweise zwischen Versorgungspannung und ein Bezugspotential, vorzugweise Masse, geschaltet. Ein Abgriff des Sensorsignals erfolgt beispielsweise an einem Knoten A zwischen dem ohmschen Widerstand und dem Heißleiter.

Das Temperatursensorelement ist eingerichtet, Temperaturunterschiede der Ein- und Ausatemluft zu erfassen. Bei einem Ausatmen des Benutzers erwärmt sich beispielsweise der Heißleiter und der Widerstand des Heißleiters ändert sich. Dadurch ändert sich eine Spannung an dem Knoten A.

Das Sensorsignal wird der Detektionseinheit zugeführt.

Der Ausgang des Sensorelements, in Figur 4 beispielhaft der Knoten A des Spannungsteilers, ist mit einem Eingang eines Differentiators 23 gekoppelt. Der Differentiator 23 umfasst beispielsweise einen Differentiator-Verstärker.

Der Differentiator-Verstärker weist vorzugsweise einen Operationsverstärker auf. Ein erster Eingang des Operationsverstärkers ist elektrisch mit einem Bezugspotential, beispielsweise Masse, gekoppelt. Der Differentiator-Verstärker weist einen ohmschen Rückkopplungswiderstand auf, der zwischen einen Ausgang des Operationsverstärkers und einen zweiten Eingang des Operationsverstärker geschalten ist. Der Differentiator- Verstärker weist eine Kapazität auf, die zwischen den Eingang des Differentiators 23 und den Eingang des Operationsverstärkers geschalten ist. Die Spannungsänderung in dem Knoten A wird über den Kondensator an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers geleitet. Durch das Zwischenschalten des Kondensators wird nicht der eigentliche Spannungsverlauf am Knoten an den Operationsverstärker weitergeleitet, sondern nur die Änderung der Spannung.

Der Differentiator-Verstärker hat somit den Vorteil, dass keine Grundeinstellung eines Nullpunktes oder ein Äbgleich des Operationsverstärkers erforderlich ist. Eine Dimensionierung des Kondensators und des Rückkopplungswiderstandes bestimmt oder beeinflusst wesentlich eine Empfindlichkeit des Differentiators 23 und kann an Anwendungsanforderungen angepasst werden.

Ein Ausgang des Differentiators 23 ist beispielsweise elektrisch gekoppelt mit der Entscheiderschaltung 24. Die Entscheiderschaltung 24 weist zum Beispiel einen Schwellwertentscheider , einen Komparator oder einen Schmitt- Trigger auf.

Wie bereits oben beschrieben führt ein Ausatmen des Benutzers dazu, dass sich die Spannung an dem Knoten A ändert. Am Ausgang des Differentiators 23 steht ein Ausgangssignal zur Verfügung, das zumindest näherungsweise eine erste Ableitung des Spannungsverlaufs im Knoten A repräsentiert. Die Entscheiderschaltung 24 ist beispielsweise ausgebildet, wenn das Ausgangssignal des Differentiators 23 einen vorgegebenen Betragsschwellwert überschreitet, ein Signal auszugeben, das einen ersten binären Wert, zum Beispiel den Wert 1, repräsentiert, und wenn das Ausgangssignal des Differentiators 23 den vorgegebenen Betragsschwellwert überschreitet oder gleich dem vorgegebenen Betragsschwellwert ist, ein Signal auszugeben, das einen zweiten binären Wert, zum Beispiel den Wert 0, repräsentiert, auszugeben.

Am Ausgang der Sensoreinheit 28 steht somit ein Detektionssignal zur Verfügung, das die detektierten Atemvorgänge repräsentiert.

Die Auswerteeinheit 25 ist eingerichtet, abhängig von dem von der Sensoreinheit 28 bereitgestellten Detektionssignal die Atemvorgänge des Benutzers zu zählen und abhängig von einer ermittelten Anzahl von Atemvorgängen ein Auswertesignal bereitzustellen für eine Signalisierungseinheit 26. Die Auswerteeinheit 25 weist beispielsweise einen Zähler und/oder ein Shift-Register und/oder einen Microcontroller auf.

Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung 6 beispielhaft eine Signalisierungseinheit 26 auf. Die Signalisierungseinheit umfasst in diesem Beispiel eine LED.

Die Auswerteeinheit 25 weist beispielsweise zumindest einen ersten Grenzwert für eine Anzahl von Atemvorgängen auf und wenn ein Zählwert des Zählers diesen ersten Grenzwert überschreitet, wird ein erstes Auswertesignal ausgegeben. Das erste Auswertesignal bewirkt beispielsweise, dass die Leuchtdiode der Signalisierungseinheit 26 angesteuert oder abgeschaltet wird und damit ein Erreichen des ersten Grenzwertes signalisiert wird.

Alternativ ist möglich, dass die Auswerteeinheit mehrere Grenzwerte für die Anzahl von Atemvorgängen aufweist. So kann beispielsweise ein Ampelsystem realisiert werden und der Benutzer erhält nicht nur die Information, dass der Mund- Nasen-Schutz zu wechseln ist, sondern er kann auch die Information erhalten, dass nur noch eine bestimmte Anzahl von Atemvorgängen verbleiben, bis der Mund-Nasen-Schutz zu wechseln ist.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Differentiators 23. In dem Beispiel von Figur 5 sind die Auswerteeinheit 25 und die Signalisierungseinheit 26 nicht gezeigt. Die Entscheiderschaltung 24 ist in diesem Fall als Schmitt-Trigger ausgebildet. Im Unterschied zu dem in Figur 4 gezeigten Differentiator 23 umfasst der in Figur 5 gezeigte Differentiator 23 eine Rückkopplungskapazität C2, die parallel zu dem Rückkopplungswiderstand RI geschaltet ist. Dies ermöglicht eine zusätzliche Dämpfung höherer Frequenzanteile. Ein positiver Eingang des

Operationsverstärkers ist auf ein weiteres Bezugspotential, beispielsweise auf die halbe Versorgungsspannung bezogen. Hierfür wird beispielsweise ein Spannungsteiler genutzt, der die Widerstände R2 und R3 aufweist. Der Bezug auf das weitere Bezugspotential führt dazu, dass bei dem Operationsverstärker des Differentiators das Ausgangssignal Ul einen Offset aufweist. Da der Differentialquotient positiv und negativ sein kann, würde ein auf Masse bezogener Differentiator nur positive Anstiege anzeigen, negative lägen unterhalb der Masse.

Die Entscheiderschaltung 24 weist einen weiteren Operationsverstärker auf. Der Operationsverstärker ist mit einem weiterer Spannungsteiler und einem Rückkopplungswiderstand RIO beschältet und arbeitet als invertierender Schmitt-Trigger. Gleichzeitig gibt der weitere Spannungsteiler einen Pegel vor, um den der weitere Operationsverstärker quasi als Komparator arbeitet. Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Differentiators 33. Im Vergleich zu dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Entscheiderschaltung 24 einen Operationsverstärker auf, der derart beschältet ist, dass er das empfangene Signal verstärkt (Verstärkung >1), ein Schmitt-Trigger bildet und das Signal tiefpassfiltert.

Figur 7 zeigt ein weiteres beispielhaftes Ausführungsbeispiel für die Detektionseinheit der Sensorvorrichtung 6. In Figur 7 ist ein beispielhaftes Ersatzschaltbild einer Datentrennschaltung 44 gezeigt, die an Stelle des Differentiators 23 und der Entscheiderschaltung 24 in der Sensorvorrichtung 6 gemäß Figur 4 genutzt werden kann. Die Datentrennschaltung 44 ist eingangsseitig beispielweise elektrisch gekoppelt mit dem Ausgang des Sensorelements 28 und ausgangsseitig mit der Auswerteeinheit 25.

Eine Datentrennschaltung 44, Englisch Data Slicer, ist ausgebildet, ein Eingangssignal der Datentrennschaltung 44 mit einer gleitenden Referenz, die aus dem durchschnittlichen Gleichstromwert des Eingangssignals der Datentrennschaltung 44 abgeleitet wird, gleichzusetzen. Für das Ableiten der gleitenden Referenz wird beispielsweise ein Tiefpassfilter genutzt .

Ein Eingang der Datentrennschaltung 44 der Sensorvorrichtung 6 ist mit einem Ausgang des zumindest einen Sensorelements 28 zum Empfang des Sensorsignals elektrisch gekoppelt. Die Datentrennschaltung 44 ist ausgebildet, das Sensorsignal mit einer gleitenden Referenz gleichzusetzen, wobei die gleitende Referenz aus einem durchschnittlichen Gleichstromwert des Sensorsignals abgeleitet oder ermittelt wird. In dem in Figur 7 gezeigten Beispiel umfasst die Datentrennschaltung 44 ein erstes Tiefpassfilter und ein zweites Tiefpassfilter. Die Tiefpassfilter weisen beispielsweise jeweils ein RC— Filterelement auf mit unterschiedlichen Zeitkonstanten. Die große Zeitkonstante bildet den Mittelwert, die kleine Zeitkonstante bzw. das Filter mit kleinerer Kapazität dient nur zur Filterung des Signals, damit mögliches Rauschen oder sonstige Störsignale gefiltert werden.

Ferner weist die Datentrennschaltung 44 beispielsweise einen Operationsverstärker auf, der als Komparator beschältet ist.

Die Datentrennschaltung 44 hat den wesentlichen Vorteil, dass weniger Bauteile benötigt werden und die Datentrennschaltung wesentlich verlustarmer betrieben werden kann als der Differentiator 23, wie er zum Beispiel in Figur 5 oder 6 gezeigt ist.

Figur 8 zeigt einen beispielhaften Verlauf V_A des Sensorsignals über mehrere Atemzyklen. Das Sensorsignal wird durch den Spannungsabfall am Widerstand R3 (vergleiche Figur 7) repräsentiert, der zum Beispiel den Widerstand des Heißleiters repräsentiert.

Figur 9 zeigt einen zugehörigen Spannungsverlauf V_U1 am Ausgang Ul der Datentrennschaltung 44 . Es ist zu erkennen, dass die Datentrennschaltung 44 ein sehr präzises digitales Signal zur Verfügung stellt, das die jeweiligen Atemzyklen repräsentiert .

Figur 10 zeigt einen Mund-Nasen-Schutz mit einer beispielhaften Anordnung der Sensorvorrichtung 6 Der Mund- Nasen-Schutz weist eine vorgegebene Maskenfläche F auf. Vorzugsweise ist zumindest das Sensorelement 28 oder zumindest eines der Sensorelemente 28 an einer Position P innerhalb der Maskenfläche angeordnet, sodass ein Verhältnis zwischen einer ersten Strecke RI von einem Zentrum der Maskenfläche zur Position P des Sensorelements und einer zweiten Strecke R2 von einem Maskenrand zur Position P des Sensorelements einen Wert kleiner oder gleich vier aufweist.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Mund-Nasen-SchutzVorrichtung

2 Schutzelement

4 Gummiband

6 Sensorvorrichtung

61 Spannungsversorgungseinheit

62 Recheneinheit

64 Kommunikationsschnittstelle

66 Ladeeinheit

681, 682 Sensorelement 6a, 6b Teil der Sensorvorrichtung 8 Randbereich 9 Randbereich

23,33 Differentiator

24 EntscheiderSchaltung

25 Auswerteeinheit

26 Signalisierungseinheit

27 SpannungsVersorgung

28 Sensoreinheit 44 Datentrennschaltung A Ausgang des Sensorelements F Maskenfläche P Position des Sensorelements

RI erste Strecke

R2 zweite Strecke

Ul Ausgang Detektionseinheit