DE102016009486B4

DE102016009486B4 - Gebläsefiltersystem und Kopfstückmonitoreinheit in einem solchen Gebläsefiltersystem

Info

Publication number: DE102016009486B4
Application number: DE102016009486.9A
Authority: DE
Inventors: Achim Volmer; Björn Ehler; Olaf Balke
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2036-08-06
Also published as: DE102016009486A1

Abstract

Die Erfindung ist ein Gebläsefiltersystem und eine Kopfstückmonitoreinheit (26) in einem solchen Gebläsefiltersystem, wobei das Gebläsefiltersystem ein Kopfstück (10) und ein das Kopfstück (10) über einen Schlauch (16) speisendes Gebläsefiltergerät umfasst, mit einem dem Kopfstück (10) zugeordneten Differenzdrucksensor (22) zur Ermittlung von Messwerten für einen Differenzdruck zwischen einem Innenraum des Kopfstücks (10) und der Umgebung und einem bei einem Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks (10) aktivierbaren Anzeigeelement (24) im Kopfstück (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläsefiltersystem mit einem Gebläsefiltergerät mit einem Helm oder einer Haube insbesondere nach DIN EN 12941 oder mit einem Gebläsefiltergerät mit einer Vollmaske, Halbmaske oder Ventilmaske insbesondere nach DIN EN 12942. Helm, Haube, Vollmaske, Halbmaske, Ventilmaske und dergleichen werden im Folgenden zusammenfassend als Kopfstück eines solchen Gebläsefiltersystems bezeichnet. Im Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Monitoreinheit in einem Kopfstück (Kopfstückmonitoreinheit) eines solchen Gebläsefiltersystems.
Gebläsefiltersysteme der oben genannten Art werden für den leichten und mittleren Atemschutz eingesetzt und unterstützen den Anwender von Atemschutzfiltern, indem sie den Atemwiderstand im Gegensatz zu konventionellen Gasmasken herabsetzen und so eine lange und ermüdungsfreie Anwendung möglich machen. Ein Gebläsefiltersystem umfasst als Hauptkomponenten zum einen das meist am Gürtel getragene Gebläsefiltergerät und zum anderen das zum Beispiel als Haube oder Maske ausgeführte und mitunter auch als Kopfschutzbedeckung fungierende Kopfstück. Diese beiden Komponenten sind meist über einen Schlauch miteinander verbunden. Kontaminierte Umgebungsluft wird mittels des Gebläsefiltergeräts durch ein Filter angesaugt und dadurch von schädlichen Stoffen befreit sowie anschließend über den Schlauch zum Kopfstück geleitet und so dem Atemschutzträger zugeführt.
Neben der Hauptfunktion des Lufttransports informiert das Gebläsefiltergerät den Atemschutzträger mittels visueller oder akustischer Signale zusätzlich über den aktuellen Betriebszustand sowie eventuelle Fehlerfälle. Für den Atemschutzträger ist die sichere Funktion des Gebläsefiltersystems von lebenswichtiger Bedeutung. Daher muss auch die Information über eine Fehlfunktion des Gebläsefiltergeräts den Atemschutzträger sicher erreichen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass der Atemschutzträger je nach Einsatzbedingungen aufgrund der jeweiligen Umgebungssituation oftmals kaum in der Lage ist, visuelle Signale des Gebläsefiltersystems bei einer Trageweise am Rücken oder auch akustische Signale in Situationen mit großer Lärmbelastung wahrzunehmen.
Es besteht folglich die Notwendigkeit, den im Folgenden mitunter auch nur kurz als Nutzer bezeichneten Atemschutzträger über die Funktion des Gebläsefiltersystems, insbesondere des davon umfassten Gebläsefiltergeräts, zu informieren.
Dafür ist ein geeignetes Alarmierungs- und Informationssystem vorgesehen, das an ein Gebläsefiltergerät per Kabel oder drahtlos angeschlossen ist. Mit diesem lassen sich Zustandsinformationen des Gebläsefiltergeräts und eventuelle Alarme auch im Kopfstück anzeigen. So lässt sich sicherstellen, dass der Atemschutzträger über den für ihn lebenswichtigen Zustand des Gebläsefiltergeräts informiert ist.
Aus der DE 101 47 045 A1 ist ein Datenkommunikationssystem für eine Kopfschutzbedeckung in Form einer Maske oder eines Helms bekannt. Die dortige Kopfschutzbedeckung weist ein Datendisplay auf, in dem abhängig von per Spracheingabe übermittelten Kommandos des Trägers der jeweiligen Kopfschutzbedeckung auf dem Datendisplay Messdaten einzelner Messgeräte angezeigt werden.
Die DE 20 2010 012 023 U1 zielt dagegen nicht auf eine Information einer jeweiligen Einsatzkraft, sondern auf eine Information von Einsatzleitungspersonal ab. Dort ist ein Arbeitsschutzsystem beschrieben, bei dem eine Körperfunktionssensoranordnung mindestens eine auf eine Körperfunktion einer jeweiligen Einsatzkraft bezogene Überwachungsgröße erfasst und an eine entfernte Kontrolleinrichtung übermittelt, damit Einsatzleitungspersonal die Einsatzkraft überwachen kann. Die Körperfunktionssensoranordnung soll mit einer Mehrzahl von Körperfunktionssensoren unterschiedliche Körperfunktionen erfassen können. Erwähnt sind insoweit eine Pulserfassung, eine Körpertemperaturerfassung, eine Atmungserfassung, eine Blutsauerstofferfassung, eine Blutdruckerfassung und eine Anordnung zur Erfassung einer Herzaktivität der Einsatzkraft. Angesprochen ist auch eine Ausführungsform, bei der das Arbeitsschutzsystem eine Atemgasanordnung umfasst, welche die Einsatzkraft mit Einatemgas versorgt und Ausatemgas abführt sowie mit einer Atmungserfassungsanordnung Informationen über die Atmung der Einsatzkraft erfasst. Hinsichtlich der dort erfassten Informationen sind die Atemfrequenz, ein Atemzugsvolumen, ein Atemgasverbrauch pro Zeiteinheit und eine Ausatemgaszusammensetzung erwähnt.
In der US 2005 / 022 817 A1 wird ein Ansatz beschrieben, bei dem bei einem Atemschutzgerät eine Umschaltung zwischen einem Filterbetrieb, bei dem die Umgebungsluft gefiltert als Atemluft zur Verfügung gestellt wird und keine Luft aus mitgeführten Druckluftflaschen entnommen wird, und einem Druckluftbetrieb, bei dem die Atemluft aus den mitgeführten Druckluftflaschen entnommen wird, möglich sein soll. Auf diese Art soll sich die mögliche Einsatzdauer für zum Beispiel Brandbekämpfungspersonal erhöhen lassen, weil nicht während der gesamten Einsatzzeit Atemluft aus den mitgeführten Druckluftflaschen entnommen wird.
Die bloße Betrachtung der Druckverhältnisse im Innern eines Schutzhelms ist für sich genommen bekannt. Zum Beispiel beschreibt die US 5 035 239 A die Überwachung des Drucks innerhalb einer Gesichtsmaske mittels eines Differenzdrucksensors. Wenn der Maskeninnendruck unter einen vorgegebenen Schwellwert absinkt, wird ein Anzeigeelement angesteuert, welches daraufhin einen Warnton ausgibt. Dies lässt bei der Auswertung der Differenzdruckmesswerte die Problematik außer Acht, dass nur störungsfreie Anteile des Drucksignals zu einer Auswertung sinnvoll verwendbar sind und eine sichere Erkennung einer Unterdrucksituation ist damit nicht gewährleistet.
Aus der US 2010 / 0 083 967 A1 ist ein Ansatz bekannt, bei welchem ein Überdruck in einer Gesichtsmaske auch in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit des Atemschutzträgers gewährleistet werden soll. Dafür wird die Stellung eines Ausatemventils überwacht und ggf. eine Warnlampe aktiviert. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber diesem Stand der Technik besteht darin, dass die Überwachung unabhängig von einer Erfassung von Ventilpositionen, zum Beispiel einer Ventilposition eines Ausatemventils, erfolgen kann und demgemäß eine entsprechende Sensorik sowie Signalleitungen nicht erforderlich sind.
Ansätze zur rechnerischen Ermittlung eines Beginns einer Einatmung und eines Endes einer Ausatmung sind aus der WO 2013/082 649 A1 bekannt.
Aus der EP 0 241 188 A1 ist ein Gebläsefiltergerät mit einem Kopfstück bekannt. Dem Kopfstück ist ein Differenzdrucksensor zur Ermittlung eines Differenzdrucks zwischen einem Innenraum des Kopfstücks und der Umgebung zugeordnet. Ein mittels des Differenzdrucksensors erfasster Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks wird dem Anwender durch ein Anzeigeelement auf akustische Weise als ein hörbares Zischen signalisiert. Zudem dienen die mit dem Differenzdrucksensor erfassten Druckmesswerte als Grundlage einer gesteuerten Zuführung von Luft aus einem Luftvorrat. Der Luftvorrat ist beispielsweise als eine Druckgas- oder Druckluftflasche ausgebildet.
Aus der US 2003 / 0 062 046 A1 ist eine Anordnung eines physiologischen Sensors, beispielsweise ausgebildet als ein als CO₂- Sensor, in der Ausatemleitung eines mit Druckluft betriebenen Atemschutzgerätes bekannt. Dieser Sensor dient zur Messung des Anteils des ausgeatmeten Kohlendioxids. Die gemessenen Werte können mittels einer in der Maske angeordneten Anzeigeeinheit dem Anwender zur Information dargeboten werden.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, den Atemschutzträger noch besser und unmittelbar über eventuelle Fehler des Gebläsefiltersystems zu informieren.
Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Gebläsefiltersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dazu sind bei einem Gebläsefiltersystem der eingangs genannten Art, das ein Kopfstück für eine Versorgung eines Atemschutzträgers mit Atemluft und ein das Kopfstück über einen Schlauch speisendes Gebläsefiltergerät umfasst, zusätzlich ein dem Kopfstück zugeordneter Differenzdrucksensor zur Ermittlung von Messwerten für einen Differenzdruck zwischen einem Innenraum des Kopfstücks (Atemraum) und der Umgebung, ein bei einem Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks aktivierbares Anzeigeelement im Kopfstück, sowie eine Einheit mit einer Verknüpfungs- und Entscheidungslogik sowie mit Mitteln zur Atemphasenerkennung und Mitteln zur Atemfrequenzbereichsüberwachung in einem Signalpfad vom Differenzdrucksensor zum Anzeigeelement vorgesehen.
Die Einheit mit der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik stellt mittels der Mittel zur Atemphasenerkennung und zur Atemfrequenzbereichsüberwachung sicher, dass nur störungsfreie Drucksignale zur Auswertung gelangen und gestörte Signale verworfen werden.
Das oder die Mittel zur Atemfrequenzbereichsüberwachung wird bzw. werden im Folgenden kurz auch als Atemfrequenzbereichsüberwachung und die ausgeführte Funktion ebenfalls als Atemfrequenzbereichsüberwachung bezeichnet. Die Atemfrequenzbereichsüberwachung führt eine Überprüfung der Signale des Differenzdrucksensors auf einen physiologisch sinnvollen Frequenzbereich durch. Dieser Frequenzbereich reicht in Ruhe von etwa 12 bis zu 32 Atemzügen je Minute bei hoher physischer Belastung. Wird dieser Bereich verlassen, ist von einer Störung des Drucksignals auszugehen und das Signal wird als gestört eingestuft. Zudem ändert sich die Atemfrequenz nicht abrupt oder sprunghaft. Bei einer Änderung der Atemfrequenz von mehr als 25% zwischen zwei Atemphasen ist ebenfalls von einer Überlagerung mit einem Störsignal auszugehen.
Das oder die Mittel zur Atemphasenerkennung wird bzw. werden im Folgenden kurz auch als Atemphasendetektor und die ausgeführte Funktion als Atemphasenerkennung bezeichnet und der Atemphasendetektor wertet zum Beispiel nur solche Signale aus, welche von der Atemfrequenzbereichsüberwachung als physiologisch sinnvoll bewertet worden sind. Dadurch ist der Atemphasendetektor in der Lage, aus den Messwerten vom Differenzdrucksensor auf robuste Weise die Atemphasen des Atemschutzträgers zu detektieren, d.h. Phasen der Einatmung (Inspiration) von Phasen der Ausatmung (Exspiration) zu unterscheiden. Genauso ist eine umgekehrte Abfolge denkbar, derart, dass mittels des Atemphasendetektors anhand der Messwerte vom Differenzdrucksensor Einatempausen eines Nutzers des Gebläsefiltersystems, also Zeiten maximaler Einatmung, erkannt werden und anschließend mittels der Atemfrequenzbereichsüberwachung eine Plausibilität einer erkannten Einatempause anhand von anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten ermittelt wird. Auf dieser Basis - jedoch ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit - wird die nachfolgende Beschreibung fortgesetzt. Beide vorstehend skizzierten Abfolgen sind dabei stets mitzulesen und als von der vorgelegten Beschreibung umfasst anzusehen.
Die Verknüpfungs- und Entscheidungslogik wertet die Ergebnisse der Atemphasenerkennung und der Atemfrequenzbereichsüberwachung derart aus, dass nur störungsfreie Anteile des Drucksignals für die weitere Auswertung und Verarbeitung verwendet werden und somit bei wiederholter Erreichung eines Unterdrucks eine Signalisierung mittels des Anzeigeelements bewirkt wird, das dann den Atemschutzträger oder eine mit der Überwachung der Unterdrucksituation beauftragte Person vor einem unsicheren Atemschutzzustand warnt.
Auch für die hier vorgeschlagene Erkennung von Unterdrucksituationen insbesondere während spezieller Atemphasen, insbesondere Atempausen, ist ein Kopfstück mit einer dichtend anliegenden Maske vorteilhaft. Bei Kopfstücken ohne Dichtung am Gesicht (ähnlich denen von Schutzvisieren für Schweißer oder Lackierer), bei denen die durch das Gebläse zugeführte Zuluft lediglich von oben - zumeist vom Stirnbereich - nach unten herabströmt, verursachen oftmals tatsächliche Luftbewegungen Störungen der Drucksignale. Solche Luftbewegungen ergeben sich zum Beispiel aufgrund von Kopfbewegungen, Seitenwind oder Ähnlichem. Solche Störungen können die Atemphasenerkennung erschweren.
Die Verwendung eines dem Kopfstück zugeordneten Differenzdrucksensors trägt der Erkenntnis Rechnung, dass es für den Atemschutz entscheidend ist, im Kopfstück einen Unterdruck während der Einatemphase auszuschließen. Nur dann kann davon ausgegangen werden, dass die eingeatmete Luft ausschließlich aus der Luftzuführung durch das Gebläsefiltergerät stammt und nicht aus der eventuell kontaminierten Umgebung und über eventuelle Undichtigkeiten des Kopfstücks in den Innenraum des Kopfstücks eingedrungen ist.
Aktuelle Gebläsefiltersysteme stellen durch ein deutliches Überangebot an Luft im Innenraum des Kopfstücks sicher, dass die eingeatmete Luft ausschließlich aus der Luftzuführung durch das Gebläsefiltergerät stammt. Überschüssige Luft strömt dabei ständig durch das Ausatemventil in die Umgebung. Zusätzlich wird die zugeführte Luft dazu genutzt, die mit Kohlenstoffdioxid (CO₂) angereicherte Ausatemluft aus dem Kopfstück zu spülen. Eine besondere Anreicherung der Ausatemluft mit Kohlenstoffdioxid wird jedoch erst deutlich, wenn der Atemschutzträger zu ermüden beginnt oder eine Hypoxie eintritt.
Eine Unterdrucksituation kann sich aufgrund von Leckagen ergeben, die wiederum aus der Tragesituation des Kopfstücks oder einer eventuellen Beschädigung des Kopfstücks herrühren können.
Durch den dem Kopfstück zugeordneten Differenzdrucksensor lassen sich Unterdrucksituationen im Kopfstück erkennen und davon ausgehend ist mit einer entsprechenden Aktivierung des ebenfalls im Kopfstück vorgesehenen Anzeigeelements eine diesbezügliche Information des Atemschutzträgers möglich. Der Differenzdrucksensor misst den Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Kopfstücks und der Umgebung und gibt einen diesbezüglichen Messwert ab. Die Aktivierung des Anzeigeelements erfolgt dann auf Basis des jeweiligen Messwerts oder einer verarbeiteten Form des Messwerts. Jedenfalls kann der Atemschutzträger bei einem Gebläsefiltersystem, das einen dem Kopfstück zugeordneten Differenzdrucksensor umfasst, durch ein auf Basis des von dem Differenzdrucksensor gelieferten Messwerts angesteuertes Anzeigeelement umgehend über eine eventuelle Unterdrucksituation im Kopfstück informiert werden.
Eine Besonderheit des hier vorgeschlagenen Gebläsefiltersystems besteht darin, dass eine Auswertung der Messwerte vom Differenzdrucksensor in Bezug auf eine eventuelle Unterdrucksituation während der Einatempausen (Zeiten maximaler Einatmung) des Atemschutzträgers, also des Nutzers des Gebläsefiltersystems, erfolgt. Zu diesem Zweck umfasst das Gebläsefiltersystem als Mittel zur Atemphasenerkennung einen Atemphasendetektor zur Erkennung von Einatempausen des Atemschutzträgers. Weil sich die Druckverhältnisse im Innenraum des Kopfstücks beim Einatmen und Ausatmen des Atemschutzträgers zwangsläufig ändern, sind die Druckverhältnisse während der Atempausen und speziell während der Einatempausen besonders charakteristisch für eine Erkennung einer eventuellen Unterdrucksituation. Das Gebläsefiltersystem liefert also aufgrund der Erkennung von Atemphasen und aufgrund einer Auswertung der Messwerte des Differenzdrucksensors genau während einer damit automatisch erkannten Einatempause besonders verlässliche Ergebnisse bei der Signalisierung einer Unterdrucksituation und vermeidet störende und vor allem den Atemschutzträger verunsichernde Fehlalarme.
Zur Erkennung einer Einatempause erfolgt mittels des Atemphasendetektors eine Analyse des Differenzdrucksignals. Aus einer erkannten Einatempause, also einer erkannten Phase maximaler Einatmung (lokales Minimum im Differenzdrucksignal), ergibt sich ein Zeitwert in Bezug auf das Differenzdrucksignal. Mit einem derartigen Zeitwert kann das Differenzdrucksignal an einer durch den Zeitwert bestimmten Stelle in Bezug auf das Vorliegen einer eventuellen Unterdrucksituation überprüft werden, zum Beispiel indem die Amplitude des Differenzdrucksignals zum jeweiligen Zeitwert mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert verglichen wird und bei Unterschreiten des Schwellwerts auf das tatsächliche Vorliegen einer Unterdrucksituation geschlossen wird. Dann wird ein Signal zur Ansteuerung des jeweiligen Anzeigeelements oder einer Mehrzahl von Anzeigeelementen generiert.
Eine weitere Besonderheit des hier vorgeschlagenen Gebläsefiltersystems besteht darin, dass diese im Signalpfad vom Differenzdrucksensor zum Anzeigeelement eine als Mittel zur Atemfrequenzbereichsüberwachung fungierende Vorrichtung oder Softwarefunktionalität oder eine Kombination aus Softwarefunktionalität mit zugehörigen Vorrichtungselementen (µP, µC, SPS) umfasst. Diese ist zur Plausibilitätsprüfung einer erkannten Atempause anhand von anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten von Ein- und/oder Ausatempausen bestimmt. Die Einatempausen ergeben sich zum Beispiel als Orte der Minima zwischen jeweils zwei benachbarten Nulldurchgängen im Differenzdrucksignal. Zur Plausibilitätsprüfung lässt sich dabei berücksichtigen, ob der ermittelte Ort der Atempause ausreichend in der Mitte zwischen den beiden Nulldurchgängen liegt. Ist dies nicht der Fall, ist eher davon auszugehen, dass das Differenzdrucksignal stückweise fehlerhaft ist oder dass zum Beispiel nur ein lokaler Extremwert erkannt wurde. Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Plausibilitätsprüfung besteht darin, eine Dauer, während derer das Differenzdrucksignal auf dem Niveau des ermittelten Extremwerts verbleibt, in Betracht zu ziehen, wobei eine zu kurze Dauer, also eine Dauer unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitgrenzwerts, auf eine Fehlauswertung oder eine Fehlerhaftigkeit des Differenzdrucksignals schließen lässt. Andere statistische oder sonstige Kriterien sind ebenfalls denkbar, zum Beispiel eine ausreichende Steilheit des Verlaufs des Differenzdrucksignals vor dem als Einatempause ermittelten Extremwert, usw. Indem eine solche Atemfrequenzbereichsüberwachung verwendet wird, gelingt es, Fehlauswertungen noch weiter zu reduzieren.
Schließlich besteht eine Besonderheit des Gebläsefiltersystems auch noch darin, dass dieses im Signalpfad vom Differenzdrucksensor zu dem oder jedem Anzeigeelement die Verknüpfungs- und Entscheidungslogik umfasst. Diese ist einerseits zur Verknüpfung einer erkannten Einatempause des Atemschutzträgers mit einem vom Differenzdrucksensor erhaltenen Messwert sowie andererseits zur Entscheidung im Hinblick auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation im Kopfstück anhand des Messwerts bestimmt. Die erkannte Einatempause des Atemschutzträgers, also eine erkannte Phase maximaler Einatmung, spezifiziert einen für die Auswertung des Differenzdrucksignals relevanten Zeitpunkt. Der Wert des Differenzdrucksignals zu diesem Zeitpunkt wird zur Entscheidung im Hinblick auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation im Kopfstück ausgewertet. Eine Unterdrucksituation liegt dabei dann vor, wenn der ermittelte zugehörige Differenzdruckwert unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts liegt. Optional kann vorgesehen sein, dass nur dann auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation entschieden wird, wenn der ermittelte Differenzdruckwert zumindest für eine vorgegebene oder vorgebbare Zeitspanne unterhalb des vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts liegt. Dies kann mit einer Berücksichtigung einer Dauer der Schwellwertunterschreitung und ohne eine Berücksichtigung einer solchen Dauer optional noch dahingehend erweitert werden, dass nur dann auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation entschieden wird, wenn die Schwellwertunterschreitung während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Mehrzahl von erkannten Einatempausen, zum Beispiel während vier, fünf oder acht aufeinander folgender Einatempausen, besteht. Dies ist zur weiteren Verringerung von eventuellen Fehlauswertungen wirksam. Wenn mittels der Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik eine Unterdrucksituation während einer als plausibel erkannten Einatempause erkannt wird, generiert die Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik das Alarmsignal zur Ansteuerung des Anzeigeelements.
Als Anzeigeelement kommen ein optisches und/oder ein akustisches Anzeigeelement in Betracht. Im Falle eines optischen Anzeigeelements kann dieses zum Beispiel unterschiedliche optische Reize (Farbe, Helligkeit, Blinkintervall, etc.) auslösen. Entsprechendes gilt grundsätzlich für ein akustisches Anzeigeelement und die damit auslösbaren akustischen Reize (Tonhöhe, Lautstärke, Tonfolge, etc.). In Abhängigkeit von dem vom Differenzdrucksensor gelieferten Messwert kann damit auch eine spezifische Ansteuerung des Anzeigeelements erfolgen, die den Atemschutzträger damit über das Maß der jeweils erkannten Unterdrucksituation informiert und zum Beispiel bei einer nur geringen Unterdrucksituation zu einer Ansteuerung des Anzeigeelements zur Abgabe eines optischen Signals mit einer ersten Farbe und bei einer gravierenden Unterdrucksituation zu einer Ansteuerung des Anzeigeelements zur Abgabe eines optischen Signals mit einer zweiten Farbe führt. Die spezifische Reaktion auf das Maß des jeweils erkannten Unterdrucks kann auch noch feingranularer ausgestaltet werden, so dass zum Beispiel bei zunehmender Schwere der erkannten Unterdrucksituation eine Kombination verschiedener optischer Reize durch das Anzeigeelement dargestellt wird (zum Beispiel Farbe und Helligkeit oder Farbe und Blinken). Im Weiteren können dann auch die Farbe und die Blinkfrequenz mit der Schwere der erkannten Unterdrucksituation wechseln, so dass der Atemschutzträger sehr genau über die Funktion und gegebenenfalls eine Restfunktion des Gebläsefiltersystems orientiert ist.
Die beschriebenen optischen Signale sind dabei nur Beispiele und genauso kommen akustische Signale oder eine Kombination von optischen und akustischen Signalen und eine Kombination entsprechender Anzeigeelemente in Betracht. Zusätzlich oder alternativ kommt auch eine Anzeige einer eventuellen Unterdrucksituation mittels taktil wahrnehmbarer Signale in Betracht. Das aktivierbare Anzeigeelement führt dann zum Beispiel zu einer Vibration des Kopfstücks oder eines Teils des Kopfstücks, die für den Atemschutzträger ohne weiteres wahrnehmbar ist. Auch hier ist eine Anpassung der Anzeige an eine Schwere der jeweiligen Unterdrucksituation möglich, indem eine Frequenz und/oder eine Amplitude oder eine Frequenzfolge der Vibration an die Schwere der Unterdrucksituation angepasst sind bzw. ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bei einer Ausführungsform des Gebläsefiltersystems handelt es sich bei dem Kopfstück um eine Maske, insbesondere eine an einem Gesicht eines Anwenders/ Atemschutzträgers dichtend anliegende Maske, zur Anwendung in Umgebungen mit gesundheitlich bedenklichen Konzentrationen an Gasen (chemisch, biochemisch, biologisch, Rauchgase) oder Dämpfen (Treibmittel, Aerosole, Lösungsmittel) und dergleichen. Eine solche Maske weist ein meist passives Ausatemventil auf, insbesondere in einer Ausführungsform als Rückschlagventil, über welches der Anwender verbrauchte Ausatemluft an die Umgebung ausatmet.
Bei einer Ausführungsform des Gebläsefiltersystems ist ein Tiefpassfilter in einem Signalpfad vom Differenzdrucksensor zum Anzeigeelement vorgesehen. Auf diese Weise können irrelevante Aspekte des Differenzdrucksignals, also eines zeitlichen Verlaufs der vom Differenzdrucksensor gelieferten Messwerte, ausgeblendet werden. Dies ist besonders relevant für eine eventuelle digitale Verarbeitung des Differenzdrucksignals, weil dann die notwendige Abtastrate reduziert werden kann und damit eine Verringerung der für die Verarbeitung des Differenzdrucksignals notwendigen Rechenleistung einhergeht. Solche irrelevanten Aspekte des Differenzdrucksignals werden im Folgenden als transiente Bewegungsartefakte bezeichnet und resultieren zum Beispiel aus Bewegungen oder Handlungen des Atemschutzträgers und damit einhergehenden Druckänderungen.
Zur Analyse des Differenzdrucksignals zur Erkennung von Einatempausen des Nutzers ist vorgesehen, dass mittels des Atemphasendetektors ein Minimum zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen im Differenzdrucksignal, also in einem vom Differenzdrucksensor erhältlichen Messwerteverlauf, ermittelbar ist. Ein Atemphasendetektor lässt sich insbesondere als Teil einer Softwarefunktionalität zur Verarbeitung des Differenzdrucksignals realisieren. Die Vorrichtung verarbeitet eine digitalisierte Form des Differenzdrucksignals und vermag zum Beispiel anhand eines Vorzeichenwechsels benachbarter Messwerte innerhalb des Differenzdrucksignals einzelne Nulldurchgänge zu erkennen. Zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen wird dann in an sich bekannter Art das Minimum der zwischen den Nulldurchgängen eingeschlossenen Messwerte ermittelt und sobald der das Minimum darstellende niedrigste Messwert innerhalb dieses Abschnitts des Differenzdrucksignals ermittelt wurde, liegt damit ein eine Einatempause des Atemschutzträgers beschreibender Zeitwert in Bezug auf das Differenzdrucksignal vor.
Die Betrachtung der Minima und nicht auch der Maxima hat den Vorteil, dass als Atempausen nur Einatempausen erkannt werden, weil am Ende des Einatmens mit dem relativ geringsten Druck im Innenraum des Kopfstücks gerechnet werden kann und dann entsprechend Unterdrucksituationen besonders gut erkennbar sind.
Wenn ein bei einer erkannten Unterdrucksituation zur Aktivierung eines Anzeigeelements oder mehrerer Anzeigeelemente im Kopfstück generierbares Signal auch an das Gebläsefiltergerät übermittelbar ist, kann die Unterdrucksituation auch dort zum Beispiel optisch und/oder akustisch signalisiert werden, so dass zum Beispiel andere Einsatzkräfte dem jeweiligen Atemschutzträger zu Hilfe kommen können.
Wenn in dem Kopfstück ein Kohlenstoffdioxidsensor vorgesehen ist und das Gebläsefiltersystem, insbesondere eine Auswertungseinheit im Kopfstück des Gebläsefiltersystems, Mittel zur Aktivierung eines Anzeigeelements im Kopfstück in Abhängigkeit von einem vom Kohlenstoffdioxidsensor erhältlichen Messwert umfasst, kann dem Atemschutzträger in leicht wahrnehmbarer Art und Weise auch eine kritische Kohlenstoffdioxidkonzentration zur Kenntnis gebracht werden.
Als Ort für eine Anbringung des oder jedes Anzeigeelements im Kopfstück des Gebläsefiltersystems kommt eine als Kopfstückmonitoreinheit fungierende Anzeigeeinrichtung in Betracht. Eine zusammengefasste Anbringung einer eventuellen Mehrzahl von Anzeigeelementen hat den Vorteil, dass diese bei einem geeigneten Anbringungsort der Anzeigeeinrichtung üblicherweise vom Atemschutzträger gleichzeitig wahrgenommen werden. Eine solche zusammengefasste Anbringung hat zudem auch den Vorteil, dass ein Zustand der Anzeigeeinrichtung leicht überwachbar ist und ein separates Anzeigeelement zur Visualisierung dieses Zustands vorgesehen werden kann. Bei rein optischen Anzeigeelementen würde dem Atemschutzträger also zum Beispiel durch ein grün leuchtendes Anzeigeelement ein ordnungsgemäßer Zustand der Anzeigeeinrichtung signalisiert. Mindestens ein weiteres Anzeigeelement signalisiert im Fehlerfall eine Unterdrucksituation. Anhand des grün leuchtenden Anzeigeelements erkennt der Atemschutzträger dabei, dass ein Ausbleiben eines optischen Signals von dem mindestens einen anderen Anzeigeelement nicht von einem Ausfall des Anzeigeelements oder der Anzeigeeinrichtung herrühren kann und dass dementsprechend das Gebläsefiltersystem ordnungsgemäß arbeitet. Die Anzeigeeinrichtung kommt auch zur Anzeige von Alarmen des Gebläsefiltergeräts in Betracht.
Das oben genannte Problem wird ebenfalls mit einem Verfahren zum Betrieb des Gebläsefiltersystems wie hier und im Folgenden beschrieben gelöst. Dabei werden mittels des Differenzdrucksensors Messwerte für einen Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Kopfstücks und der Umgebung ermittelt und bei einem Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks wird das im Kopfstück befindliche Anzeigeelement oder eines der im Kopfstück befindlichen Anzeigeelemente aktiviert, um den Atemschutzträger auf die Unterdrucksituation aufmerksam zu machen.
Eine Besonderheit des Verfahrens besteht dabei darin, dass Einatempausen des Atemschutzträgers ermittelt werden, wobei eine Prüfung auf einen eventuellen Unterdruck im Kopfstück während solcher Einatempausen erfolgt. Die Ermittlung der Atempausen erlaubt die Prüfung auf einen eventuellen Unterdruck zu dafür besonders geeigneten Zeitpunkten und hilft damit, Fehlauswertungen zu vermeiden. Eine besonders effiziente Möglichkeit zur Ermittlung von Atempausen besteht darin, dass ein Minimum zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen in einem vom Differenzdrucksensor erhältlichen Messwerteverlauf (Differenzdrucksignal) ermittelt wird.
Eine weitere Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass eine erkannte Unterdrucksituation oder eine erkannte Atempause mittels der Atemfrequenzbereichsüberwachung anhand von anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten auf Plausibilität geprüft wird. Auf diese Weise lässt sich die Gefahr von Fehlauswertungen noch weiter reduzieren. Geeignete Kriterien, die eine Plausibilität einer Atempause beschreiben, lassen sich besonders leicht in Software kodieren, zum Beispiel eine Prüfung, ob ein als Atempause ermittelter Zeitpunkt ausreichend in der Mitte zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen liegt, und so weiter. Die Atemfrequenzbereichsüberwachung ist beispielsweise in Form von Software mit programmierten Schritt- und Verzweigungsabfolgen realisiert.
Schließlich besteht eine Besonderheit des Verfahrens auch darin, dass mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik eine Verknüpfung einer als plausibel erkannten Einatempause des Atemschutzträgers - einer erkannten Phase maximaler Einatmung - mit einem vom Differenzdrucksensor erhaltenen Messwert erfolgt. Der Zeitpunkt der Einatempause gibt den zu betrachtenden Messwert oder den zu betrachtenden Wert des Differenzdrucksignals vor. Zur Entscheidung im Hinblick auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation im Kopfstück wird dieser mit einem Schwellwert verglichen. Bei einer Unterschreitung des Schwellwerts ist eine Unterdrucksituation erkannt. Dabei kann auch die Dauer einer Unterschreitung berücksichtigt werden, so dass die Unterschreitung zumindest während einer vorgegebenen Zeitspanne gegeben sein muss, um zu vermeiden, dass kurzzeitige Druckänderungen unnötig als potentiell gefährliche Unterdrucksituationen signalisiert werden. Zudem kann eine gewisse Anzahl von aufeinander folgenden Einatempausen mit Unterschreitung eines Schwellwerts als Kriterium für die Erkennung von potentiell gefährlichen Unterdrucksituationen herangezogen werden. Dies dient besonders der Unterdrückung von Fehlalarmen.
Ausführungsformen des Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass die vom Differenzdrucksensor erhältlichen Messwerte digitalisiert und ein resultierendes Differenzdrucksignal mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird. Die Tiefpassfilterung ist wirksam, um zum Beispiel transiente Bewegungsartefakte zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung des dieser Erfindung zugrundeliegenden Problems entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Es zeigen:

1 einen Atemschutzträger mit einem Gebläsefiltersystem,
2 eine Atemschutzmaske als mögliches Kopfstück eines Gebläsefiltersystems und in dem Kopfstück angebrachte Anzeigeelemente zur Information des Atemschutzträgers sowie
3 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Betrieb eines Gebläsefiltersystems und zur Auswertung eines Differenzdrucksignals sowie zur Generierung von Statusinformationen.

1 zeigt einen Benutzer, der eine Kopfschutzbedeckung in Form einer Atemschutzhaube trägt. Diese fungiert als Kopfstück 10 eines Gebläsefiltersystems 12, zu dem neben dem Kopfstück 10 noch ein Gebläsefiltergerät 14 und ein das Gebläsefiltergerät 14 und das Kopfstück 10 verbindender Schlauch 16 gehören. An dem Gebläsefiltergerät 14 ist ein Filter 18 angebracht, das die angesaugte und über den Schlauch 16 zum Kopfstück 10 geführte Atemluft filtert. Das Gebläsefiltergerät 14 wird mittels eines Tragegurts 20 getragen.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines mit einem Gebläsefiltersystem 12 (1) verwendbaren Kopfstücks 10 in Form einer Atemschutzmaske. Das Gebläsefiltergerät 14 (1) ist nicht gezeigt. Dargestellt ist noch der zum Kopfstück 10 führende Schlauch 16. Als Bestandteil des Kopfstücks 10 ist ein Differenzdrucksensor 22 gezeigt. In Abhängigkeit von vom Differenzdrucksensor 22 gelieferten Messwerten erfolgt eine Ansteuerung von zumindest einem Anzeigeelement 24 innerhalb des Kopfstücks 10, so dass der Nutzer durch den Zustand einzelner oder mehrerer Anzeigeelemente 24 (an, aus, Farbumschlag, Blinken usw.) über den Zustand des Gebläsefiltersystems 12 informiert ist. Gezeigt ist eine Konfiguration, bei der mehrere Anzeigeelemente 24 in einer in dem Kopfstück 10 und dort im Gesichtsfeld des Nutzers angebrachten Kopfstückmonitoreinheit 26 zusammengefasst sind.
Der Differenzdrucksensor 22 misst den Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Kopfstücks 10 und der Umgebung. So können gefährliche Phasen, in denen Unterdruck im Kopfstück 10 herrscht, erkannt werden. Der Differenzdrucksensor 22 ist in ein vom Gebläsefiltergerät 14 abgesetztes Alarmierungs- und Informationssystem integriert, das per Kabel oder Funk mit dem Gebläsefiltergerät 14 verbunden ist. Bei einer Funkverbindung umfasst das Alarmierungs- und Informationssystem auch eine Spannungsquelle in Form einer Batterie oder dergleichen. Ansonsten kann die Spannungsversorgung über das Gebläsefiltergerät 14 erfolgen. Eine Verarbeitungsfunktionalität in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors oder dergleichen zur Verarbeitung der Messwerte des Differenzdrucksensors 22 und zur Ansteuerung einzelner oder mehrerer Anzeigeelemente 24 in Abhängigkeit von den vom Differenzdrucksensors 22 erhaltenen Messwerten kann entweder diesem Alarmierungs- und Informationssystem oder dem Gebläsefiltergerät 14 zugeordnet sein.
3 zeigt insoweit ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Auswertung der vom Differenzdrucksensor 22 erhaltenen Messwerte. Das Verfahren ist zum Beispiel in Software implementiert, so dass die Darstellung in schematisch vereinfachter Form auch einen entsprechenden Auswertealgorithmus zeigt. Grundsätzlich kommt auch eine Implementierung in Hardware oder teilweise in Hardware und teilweise in Software in Betracht. Für eine solche Situation stellen die gezeigten Funktionsblöcke entsprechende Hardwareeinheiten dar.
Das Blockschaltbild in 3 umfasst ein Tiefpassfilter 30, ein Bandpassfilter 32, eine als Atemphasendetektor 34 fungierende Funktionseinheit zur Atemphasenerkennung (Mittel 34 zur Atemphasenerkennung), eine Funktionseinheit zur Atemfrequenzbereichsüberwachung (Mittel 36 zur Atemfrequenzbereichsüberwachung; Atemfrequenzbereichsüberwachung 36) und eine Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38. Die Gesamtheit der in 3 gezeigten Funktionseinheiten, zumindest jedoch die Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 zusammen mit dem Atemphasendetektor 34 und der Atemfrequenzbereichsüberwachung 36, werden als Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 bezeichnet. Diese ist vorzugs- und beispielsweise als programmierbare Steuerung (Prozessor, µC, µP, DSP, SPS) oder als ein anderes programmierbares Bauelement mit zugehörigem Speicher (RAM, ROM) ausgestaltet. Die Mittel 34, 36 zur Atemphasenerkennung und zur Atemfrequenzbereichsüberwachung und ggf. auch das Bandpassfilter 32 sind vorzugsweise in oder an der Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 angeordnet oder als Softwarefunktionalitäten mit der Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 kombiniert.
Dem eingangsseitigen Tiefpassfilter 30 wird als Differenzdrucksignal 40 eine Folge von Messwerten (p(t)) des Differenzdrucksensors 22 zugeführt. Ein von der Einheit mit Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 erzeugtes Alarmsignal 42 wird direkt oder indirekt zur Ansteuerung einzelner oder mehrerer Anzeigeelemente 24 verwendet. Das Alarmsignal 42 kann ein digitales Alarmsignal 42 sein und zeigt entsprechend durch seinen Pegel eine eventuell vorliegende Unterdrucksituation an. Das Alarmsignal 42 kann allerdings auch ein analoges Alarmsignal 42 sein, dessen jeweilige Amplitude eine Schwere einer eventuell vorliegenden Unterdrucksituation kodiert. Des Weiteren kann das Alarmsignal 42 auch in Form mehrerer digitaler Signale ausgegeben werden, wobei eine Schwere einer eventuell vorliegenden Unterdrucksituation durch eine Anzahl der jeweils aktivierten digitalen Signale kodiert ist. Das Blockschaltbild in 3 zeigt einen möglichen Signalpfad vom Differenzdrucksignal 40 zum Alarmsignal 42, denn das Alarmsignal 42 basiert auf dem Differenzdrucksignal 40. Eine Möglichkeit zur Generierung eines Alarmsignals 42 auf Basis des Differenzdrucksignals 40 wird im Folgenden beschrieben.
Das eingangsseitige Tiefpassfilter 30 bewirkt zunächst eine Filterung des Differenzdrucksignals 40 und eliminiert dabei Störungen und für die nachfolgende Auswertung irrelevante Details des Differenzdrucksignals 40. Das Tiefpassfilter 30 kann ein analoger Tiefpassfilter 30 oder ein digitaler Tiefpassfilter 30 sein. Bei einem digitalen Tiefpassfilter 30 erfolgt eine eingangsseitige und hier nicht dargestellte, aber an sich bekannte Analog/Digital-Umsetzung des Differenzdrucksignals 40. Bei einem analogen Tiefpassfilter 30 kann im weiteren Verlauf der Signalverarbeitung, also zum Beispiel vor dem Atemphasendetektor 34, eine solche Analog/Digital-Umsetzung (ebenfalls nicht dargestellt) geschehen.
Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 30 liegt oberhalb, insbesondere knapp oberhalb üblicher Atemfrequenzen eines Nutzers des Gebläsefiltersystems 12 und dabei auch solcher Atemfrequenzen, wie sie sich in Einsatzsituationen, also unter körperlicher Belastung ergeben. Für solche Atemfrequenzen liegen Erfahrungswerte vor, so dass die Einstellung der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 30 ohne weiteres möglich ist. Die Tiefpassfilterung bewirkt eine Eliminierung von Einflüssen auf das Differenzdrucksignal 40, die nicht aus der Funktion des Gebläsefiltersystems 12 oder der Atmung des Atemschutzträgers resultieren. Es handelt sich dabei zum Beispiel um Effekte, die sich bei einer Bewegung des Atemschutzträgers und einer damit einhergehenden Bewegung des Kopfstücks 10 am Kopf des Atemschutzträgers ergeben. Diese Effekte werden daher hier und im Folgenden als transiente Bewegungsartefakte bezeichnet und das ansonsten optionale Tiefpassfilter 30 ist dafür wirksam, solche Bewegungsartefakte im Differenzdrucksignal 40 zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.
Die Tiefpassfilterung bewirkt darüber hinaus in an sich bekannter Art und Weise auch eine Beschränkung des ausgangsseitigen, gefilterten Differenzdrucksignals 40 auf vergleichsweise niedrige Frequenzen, so dass eine Abtastrate minimiert werden kann. Dies reduziert einerseits einen Speicherplatzbedarf bei der weiteren Verarbeitung des Differenzdrucksignals 40 und auch die dafür benötigte Rechenleistung.
Weil in dem Differenzdrucksignal 40 im Weiteren mit dem Atemphasendetektor 34 Atempausen ermittelt werden, nämlich Extremwerte in dem Differenzdrucksignal 40 gesucht werden, die solche Atempausen in Form von Ein- und Ausatempausen anzeigen, kommt eingangsseitig des Atemphasendetektors 34 eine grundsätzlich optionale Bandpassfilterung des Differenzdrucksignals 40 mit dem Bandpassfilter 32 in Betracht. Das Bandpassfilter 32 eliminiert in dem Differenzdrucksignal 40 nun auch tiefe Frequenzen, die unterhalb der üblicherweise erwarteten Atemfrequenzen des Atemschutzträgers liegen.
Die dem Atemphasendetektor 34 zugeführte, gefilterte Form des Differenzdrucksignals 40 ist in der Darstellung in 3 im Inneren des den Atemphasendetektor 34 symbolisierenden Funktionsblocks in idealisierter Form als Sinussignal gezeigt. Die fallenden Flanken eines solchen Signals entsprechen dem Einatemvorgang des Atemschutzträgers. Die unteren Scheitelpunkte des Signals entsprechen einer Einatempause beim Atemvorgang des Atemschutzträgers. Dieser Moment stellt den Moment des stärksten Einatmens des Atemschutzträgers dar und wird im Folgenden auch als maximale Einatmung bezeichnet. Ein Bereich um den unteren Scheitelpunkt stellt eine Phase der maximalen Einatmung dar. Die steigenden Flanken entsprechen einem Ausatemvorgang und die oberen Scheitelpunkte des Signals rühren entsprechend von einer Ausatempause des Atemschutzträgers vor einem anschließenden Einatemvorgang her.
Der Atemphasendetektor 34 detektiert in dem ihm zugeführten Signal benachbarte Nulldurchgänge und sodann das Minimum zwischen jeweils zwei benachbarten Nulldurchgängen. Der Ort eines so ermittelten Minimums entspricht dem Zeitpunkt der maximalen Einatmung. In der Darstellung in 3 ist im Inneren des den Atemphasendetektor 34 symbolisierenden Funktionsblocks ein solches erkanntes Minimum mit einem aufwärts weisenden Pfeil bezeichnet.
Das oder jedes auf diese Weise ermittelte Minimum ist ein Kandidat für Zeiten geringsten Drucks im Kopfstück 10. Mittels der Atemfrequenzbereichsüberwachung 36 werden die mit den Minima korrelierten Zeitpunkte auf Plausibilität überprüft, indem sie mit anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten verglichen werden. Sind die plausibelsten Minimum-Kandidaten ermittelt, so werden mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik 38 die Differenzdruckwerte für diese Zeitpunkte ermittelt und entschieden, ob und wie lange ein Unterdruck im Kopfstück 10 vorgeherrscht hat. In Abhängigkeit davon wird das Alarmsignal 42 generiert.
Ein Gebläsefiltersystem 12 der hier beschriebenen Art schützt den Atemschutzträger vor kontaminierter Umgebungsluft, indem der Innenraum des Kopfstücks 10 (Atemraum) unter zumindest leichtem Überdruck gehalten und jedenfalls Unterdruck vermieden wird. Darüber hinaus muss allerdings ebenfalls das ausgeatmete Kohlenstoffdioxid aus dem Atemraum evakuiert werden, damit der Atemschutzträger dieses möglichst nicht erneut einatmet. Bei einer solchen Evakuierung des ausgeatmeten Kohlenstoffdioxids spricht man von einer Spülung des Atemraums. Generell besteht kein direkter Zusammenhang zwischen dem Druck im Atemraum und der Freiheit der Einatemluft von Kohlenstoffdioxid. Die Spülung ist vielmehr von der Strömungsführung abhängig. Es verbleibt jedoch generell ein Anteil der ausgeatmeten Luft im Kopfstück 10. Zusätzlich zum Differenzdrucksensor 22 (2) kann daher ein Kohlenstoffdioxidsensor (CO₂-Sensor; nicht gezeigt) als weiterer Teil des Alarmierungs- und Informationssystems in das Kopfstück 10 integriert werden. Mit dem Kohlenstoffdioxidsensor kann kontinuierlich die Kohlenstoffdioxidkonzentration der im Kopfstück 10 vorhandenen Atemluft überprüft und bei Überschreitung eines Grenzwertes durch Aktivierung eines Anzeigeelements 24 (2) ein Alarm generiert werden. Dazu muss der Kohlenstoffdioxidsensor in der Nähe des Mund-Nasenbereichs des Kopfstücks 10 platziert sein und hinreichend schnell die Konzentrationsänderungen erfassen können. Es ist zudem möglich, die Konzentration von Schadgasen wie Schwefelwasserstoff (H₂S) oder dergleichen, die trotz des Überdrucks und der Spülung des Kopfstücks 10 in dessen Innenraum gelangen, durch geeignete Sensoren zu bestimmen und ebenfalls bei Überschreitung von Grenzwerten einen Alarm zu generieren.
Bezugszeichenliste

10: Kopfstück
12: Gebläsefiltersystem
14: Gebläsefiltergerät
16: Schlauch
18: Filter
20: Tragegurt
22: Differenzdrucksensor
24: Anzeigeelement
26: Kopfstückmonitoreinheit
28: ---
30: Tiefpassfilter
32: Bandpassfilter
34: Mittel zur Atemphasenerkennung, Atemphasendetektor
36: Mittel zur Atemfrequenzbereichsüberwachung, Atemfrequenzbereichsüberwach u ng
38: Verknüpfungs- und Entscheidungslogik
40: Differenzdrucksignal
42: Alarmsignal

Claims

Gebläsefiltersystem (12) mit einem Kopfstück (10) und einem das Kopfstück (10) über einen Schlauch (16) speisenden Gebläsefiltergerät (14), mit einen dem Kopfstück (10) zugeordneten Differenzdrucksensor (22) zur Ermittlung von Messwerten für einen Differenzdruck zwischen einem Innenraum des Kopfstücks (10) und der Umgebung und mit einem bei einem Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks (10) aufgrund eines Alarmsignals (42) aktivierbaren Anzeigeelement (24) im Kopfstück (10), gekennzeichnet durch eine Einheit mit einer Verknüpfungs- und Entscheidungslogik (38) sowie mit Mitteln (34) zur Atemphasenerkennung und Mitteln (36) zur Atemfrequenzbereichsüberwachung in einem Signalpfad vom Differenzdrucksensor (22) zum Anzeigeelement (24), wobei mittels der Mittel (34) zur Atemphasenerkennung anhand der Messwerte vom Differenzdrucksensor (22) Einatempausen eines Nutzers des Gebläsefiltersystems (12), also Zeiten maximaler Einatmung, erkennbar sind, wobei mittels der Mittel (36) zur Atemfrequenzbereichsüberwachung eine Plausibilität einer erkannten Einatempause anhand von anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten ermittelbar ist, wobei mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik (38) ein Messwert des Differenzdrucksensors (22), welcher zu einer als plausibel erkannten Einatempause des Nutzers gehört, zur Entscheidung im Hinblick auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation im Kopfstück (10) auswertbar ist und wobei im Falle einer erkannten Unterdrucksituation das Alarmsignal (42) generierbar ist.
Gebläsefiltersystem (12) nach Anspruch 1, mit einem Tiefpassfilter (30) in dem Signalpfad vom Differenzdrucksensor (22) zum Anzeigeelement (24).
Gebläsefiltersystem (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels der Mittel (34) zur Atemphasenerkennung zur Erkennung von Einatempausen des Nutzers ein Minimum zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen in einem vom Differenzdrucksensor (22) erhältlichen Messwerteverlauf ermittelbar ist.
Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik (38) für die Erkennung einer Unterdrucksituation und die Generierung des Alarmsignals (42) eine Dauer eines Verbleibs des einer als plausibel erkannten Einatempause zugehörigen Messwerts unter einem Schwellwert auswertbar ist.
Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik (38) während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Mehrzahl von erkannten Einatempausen des Nutzers ein jeweiliger Messwert vom Differenzdrucksensor (22) für die Erkennung einer Unterdrucksituation und die Generierung des Alarmsignals (42) auswertbar ist.
Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zur Aktivierung des Anzeigeelements (24) generierbare Alarmsignal (42) auch an das Gebläsefiltergerät (14) übermittelbar ist.
Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Kohlenstoffdioxidsensor im Kopfstück (10) und Mitteln zur Aktivierung eines Anzeigeelements (24) im Kopfstück (10) in Abhängigkeit von einem vom Kohlenstoffdioxidsensor erhältlichen Messwert.
Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer das oder jedes Anzeigeelement (24) umfassenden und als Kopfstückmonitoreinheit (26) fungierenden Anzeigeeinrichtung im Kopfstück (10) des Gebläsefiltersystems (12).
Verfahren zum Betrieb eines Gebläsefiltersystems (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels des Differenzdrucksensors (22) Messwerte für einen Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Kopfstücks (10) und der Umgebung ermittelt werden, wobei bei einem Unterdruck im Innenraum des Kopfstücks (10) das im Kopfstück (10) befindliche Anzeigeelement (24) aktiviert wird, wobei mittels der Mittel (34) zur Atemphasenerkennung anhand der Messwerte vom Differenzdrucksensor (22) Einatempausen eines Nutzers des Gebläsefiltersystems (12), also Zeiten maximaler Einatmung, erkannt werden, wobei mittels der Mittel (36) zur Atemfrequenzbereichsüberwachung eine Plausibilität einer erkannten Einatempause anhand von anatomisch möglichen Auftretenswahrscheinlichkeiten ermittelt wird, wobei mittels der Verknüpfungs- und Entscheidungslogik (38) ein Messwert des Differenzdrucksensors (22), welcher zu einer als plausibel erkannten Einatempause des Nutzers gehört, zur Entscheidung im Hinblick auf das Vorliegen einer Unterdrucksituation im Kopfstück (10) ausgewertet wird und wobei im Falle einer erkannten Unterdrucksituation das Alarmsignal (42) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 zum Betrieb eines Gebläsefiltersystems (12) nach Anspruch 2, wobei die vom Differenzdrucksensor (22) erhältlichen Messwerte digitalisiert und mit einem Tiefpassfilter (30) gefiltert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Ein- und Ausatempausen ermittelt werden, indem ein Minimum zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen in einem vom Differenzdrucksensor (22) erhältlichen Messwerteverlauf ermittelt wird.