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DE102016009486B4 - Blower filter system and header monitor unit in such a blower filter system - Google Patents

Blower filter system and header monitor unit in such a blower filter system Download PDF

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DE102016009486B4
DE102016009486B4 DE102016009486.9A DE102016009486A DE102016009486B4 DE 102016009486 B4 DE102016009486 B4 DE 102016009486B4 DE 102016009486 A DE102016009486 A DE 102016009486A DE 102016009486 B4 DE102016009486 B4 DE 102016009486B4
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DE
Germany
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differential pressure
head piece
blower filter
filter system
pressure sensor
Prior art date
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Active
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DE102016009486.9A
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Inventor
Achim Volmer
Björn Ehler
Olaf Balke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draeger Safety AG and Co KGaA
Original Assignee
Draeger Safety AG and Co KGaA
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Publication date
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    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/08Component parts for gas-masks or gas-helmets, e.g. windows, straps, speech transmitters, signal-devices
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    • A62B18/04Gas helmets
    • A62B18/045Gas helmets with fans for delivering air for breathing mounted in or on the helmet

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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).The invention is a blower filter system and a head piece monitoring unit (26) in such a blower filter system, the blower filter system comprising a head piece (10) and a blower filter device feeding the head piece (10) via a hose (16), with a differential pressure sensor assigned to the head piece (10) (22) to determine measured values for a differential pressure between an interior of the head piece (10) and the environment and a display element (24) in the head piece (10) that can be activated when there is a negative pressure in the interior of the head piece (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.The invention relates to a blower filter system with a blower filter device with a helmet or a hood, in particular according to DIN EN 12941 or with a blower filter device with a full mask, half mask or valve mask in particular after DIN EN 12942 . Helmet, hood, full face mask, half mask, valve mask and the like are collectively referred to below as the head piece of such a blower filter system. The invention also relates to a monitor unit in a head piece (head piece monitor unit) of such a blower filter system.

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.Blower filter systems of the type mentioned above are used for light and medium respiratory protection and support the user of respiratory protection filters by reducing the breathing resistance in contrast to conventional gas masks and thus making long and fatigue-free use possible. The main components of a blower filter system include, on the one hand, the blower filter device, which is usually worn on a belt, and, on the other hand, the head piece, which is designed, for example, as a hood or mask and sometimes also functions as head protection. These two components are usually connected to one another via a hose. Contaminated ambient air is sucked in through a filter by means of the blower filter device and thereby freed from harmful substances and then passed through the hose to the head piece and thus fed to the respirator.

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.In addition to the main function of air transport, the blower filter device also uses visual or acoustic signals to inform the wearer of the current operating status and any errors. The safe functioning of the blower filter system is of vital importance for the respirator. Therefore, the information about a malfunction of the blower filter device must reach the respirator safely. However, it has been found that, depending on the conditions of use, the respiratory protection wearer is often barely able to perceive visual signals from the blower filter system when worn on the back or acoustic signals in situations with a high level of noise pollution.

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.There is consequently the need to inform the respirator wearer, who is sometimes only referred to briefly below as the user, about the function of the blower filter system, in particular of the blower filter device it comprises.

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.A suitable alarm and information system is provided for this, which is connected to a blower filter device by cable or wirelessly. With this, status information of the blower filter device and any alarms can also be displayed in the head piece. This ensures that the respirator is informed about the vital condition of the blower filter device.

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.From the DE 101 47 045 A1 a data communication system for a protective headgear in the form of a mask or a helmet is known. The head protection there has a data display in which, depending on commands transmitted by voice input from the wearer of the respective head protection, measurement data from individual measuring devices are displayed on the data display.

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.The DE 20 2010 012 023 U1 In contrast, it does not aim to provide information to the respective emergency services, but rather to inform operations management personnel. There, an occupational health and safety system is described in which a body function sensor arrangement detects at least one monitoring variable related to a body function of a respective emergency worker and transmits it to a remote control device so that emergency control personnel can monitor the emergency worker. The body function sensor arrangement should be able to detect different body functions with a plurality of body function sensors. In this respect, a pulse detection, a body temperature detection, a respiration detection, a blood oxygen detection, a blood pressure detection and an arrangement for detecting a cardiac activity of the emergency worker are mentioned. Also addressed is an embodiment in which the work protection system comprises a breathing gas arrangement which supplies the emergency worker with inhaled gas and discharges exhaled gas, and also uses a respiration recording arrangement to record information about the respiratory tract of the emergency worker. With regard to the information recorded there, the breathing frequency, a tidal volume, a breathing gas consumption per unit of time and an exhaled gas composition are mentioned.

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.In the US 2005/022 817 A1 an approach is described in which, in a respiratory protective device, a switchover between a filter mode in which the ambient air is filtered and made available as breathing air and no air is taken from compressed air cylinders, and compressed air mode, in which the breathing air is taken from the compressed air cylinders should be possible. In this way, the possible duration of use for fire-fighting personnel, for example, should be able to be increased because breathing air is not taken from the compressed air cylinders carried along during the entire period of use.

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.The mere consideration of the pressure conditions inside a protective helmet is known in itself. For example, describes the U.S. 5,035,239 A the monitoring of the pressure inside a face mask using a differential pressure sensor. If the internal mask pressure falls below a predetermined threshold value, a display element is activated, which then emits a warning tone. When evaluating the differential pressure measured values, this disregards the problem that only interference-free components of the pressure signal can be meaningfully used for an evaluation and a reliable detection of a negative pressure situation is therefore not guaranteed.

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.From the US 2010/0 083 967 A1 an approach is known in which an overpressure in a face mask is also to be ensured as a function of the breathing activity of the respiratory protection wearer. To do this, the position of an exhalation valve is monitored and, if necessary, a warning lamp is activated. The advantage of the present invention over this prior art is that the monitoring can take place independently of a detection of valve positions, for example a valve position of an exhalation valve, and accordingly a corresponding sensor system and signal lines are not required.

Ansätze zur rechnerischen Ermittlung eines Beginns einer Einatmung und eines Endes einer Ausatmung sind aus der WO 2013/082 649 A1 bekannt.Approaches to the computational determination of the beginning of an inhalation and an end of an exhalation are from the WO 2013/082 649 A1 known.

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.From the EP 0 241 188 A1 a blower filter device with a head piece is known. A differential pressure sensor for determining a differential pressure between an interior of the headpiece and the surroundings is assigned to the head piece. A negative pressure detected by means of the differential pressure sensor in the interior of the head piece is signaled to the user in an acoustic manner by a display element as an audible hissing sound. In addition, the measured pressure values recorded by the differential pressure sensor serve as the basis for a controlled supply of air from an air supply. The air supply is designed, for example, as a compressed gas or compressed air cylinder.

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.From the US 2003/0 062 046 A1 an arrangement of a physiological sensor, for example designed as a CO 2 sensor, in the exhalation line of a breathing apparatus operated with compressed air is known. This sensor is used to measure the amount of exhaled carbon dioxide. The measured values can be presented to the user for information by means of a display unit arranged in the mask.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, den Atemschutzträger noch besser und unmittelbar über eventuelle Fehler des Gebläsefiltersystems zu informieren.The invention is thus based on the problem of informing the respirator wearer even better and more directly about possible faults in the blower filter system.

Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Gebläsefiltersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention solves this problem with a blower filter system having the features of claim 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.For this purpose, in a blower filter system of the type mentioned, which comprises a head piece for supplying a respirator wearer with breathing air and a blower filter device that feeds the head piece via a hose, a differential pressure sensor assigned to the head piece for determining measured values for a differential pressure between an interior of the head piece ( Breathing space) and the environment, a display element in the headpiece that can be activated when there is a negative pressure in the interior of the headpiece, as well as a unit with a logic and decision-making logic as well as means for respiratory phase detection and means for respiratory frequency range monitoring in a signal path from the differential pressure sensor to the display element.

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.The unit with the linking and decision logic ensures, by means of the means for respiratory phase recognition and respiratory frequency range monitoring, that only interference-free pressure signals are evaluated and that interfered signals are discarded.

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.The device (s) for monitoring the respiratory frequency range is or are briefly referred to below as respiratory frequency range monitoring and the function carried out is also referred to as respiratory frequency range monitoring. The respiratory frequency range monitoring checks the signals of the differential pressure sensor for a physiologically meaningful frequency range. At rest, this frequency range extends from around 12 to 32 breaths per minute with high physical exertion. If this range is left, it can be assumed that the pressure signal is disturbed and the signal is classified as disturbed. In addition, the breathing rate does not change suddenly or erratically. If the breathing rate changes by more than 25% between two breathing phases, an overlay with an interference signal can also be assumed.

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.The device (s) for respiratory phase detection is or are briefly referred to below as respiratory phase detector and the function performed as respiratory phase detection and the respiratory phase detector, for example, only evaluates signals that have been assessed as physiologically meaningful by respiratory rate range monitoring. As a result, the breathing phase detector is able to robustly detect the breathing phases of the respirator wearer from the measured values from the differential pressure sensor, ie phases of the To distinguish inhalation (inspiration) from phases of exhalation (expiration). A reverse sequence is also conceivable, in such a way that the respiratory phase detector uses the measured values from the differential pressure sensor to detect inhalation pauses of a user of the blower filter system, i.e. times of maximum inhalation, and then, by means of the respiratory rate range monitoring, a plausibility of a recognized inhalation pause is determined on the basis of anatomically possible occurrence probabilities. The following description is continued on this basis - but without renouncing any further general applicability. Both of the sequences outlined above are always to be read along with this and are to be regarded as being included in the description provided.

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.The combination and decision logic evaluates the results of the respiratory phase detection and the respiratory frequency range monitoring in such a way that only interference-free parts of the pressure signal are used for further evaluation and processing and thus, when a negative pressure is repeatedly reached, a signal is generated by means of the display element, which then the respiratory protection wearer or a person charged with monitoring the negative pressure situation warns of an unsafe state of respiratory protection.

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.A head piece with a mask that fits tightly is also advantageous for the detection of negative pressure situations proposed here, in particular during special breathing phases, in particular breathing pauses. In the case of head pieces without a seal on the face (similar to those of protective visors for welders or painters), where the supply air supplied by the blower only flows down from above - mostly from the forehead area - actual air movements often cause disturbances in the pressure signals. Such air movements result, for example, from head movements, cross winds or the like. Such disturbances can make breathing phase detection more difficult.

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.The use of a differential pressure sensor assigned to the head piece takes into account the knowledge that it is crucial for respiratory protection to exclude negative pressure in the head piece during the inhalation phase. Only then can it be assumed that the inhaled air comes exclusively from the air supply through the blower filter device and has not penetrated into the interior of the headpiece from the possibly contaminated environment and via possible leaks in the headpiece.

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.Current blower filter systems ensure through a significant excess of air in the interior of the head piece that the inhaled air comes exclusively from the air supply through the blower filter device. Excess air flows continuously through the exhalation valve into the environment. In addition, the supplied air is used to flush the exhaled air enriched with carbon dioxide (CO 2 ) from the headpiece. However, a particular enrichment of the exhaled air with carbon dioxide only becomes apparent when the person wearing the respirator begins to tire or hypoxia occurs.

Eine Unterdrucksituation kann sich aufgrund von Leckagen ergeben, die wiederum aus der Tragesituation des Kopfstücks oder einer eventuellen Beschädigung des Kopfstücks herrühren können.A negative pressure situation can arise due to leakages, which in turn can result from the wearing situation of the head piece or possible damage to the head piece.

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.The differential pressure sensor assigned to the headpiece enables negative pressure situations in the headpiece to be recognized and, based on this, information can be provided to the respiratory protection wearer with a corresponding activation of the display element also provided in the headpiece. The differential pressure sensor measures the differential pressure between the interior of the head piece and the environment and outputs a corresponding measured value. The display element is then activated on the basis of the respective measured value or a processed form of the measured value. In any case, in the case of a blower filter system that includes a differential pressure sensor assigned to the head piece, the respirator wearer can be informed immediately of a possible negative pressure situation in the head piece by a display element controlled on the basis of the measured value supplied by the differential pressure sensor.

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.A special feature of the blower filter system proposed here is that the measured values from the differential pressure sensor are evaluated in relation to a possible negative pressure situation during the inhalation pauses (times of maximum inhalation) of the respirator wearer, i.e. the user of the blower filter system. For this purpose, the blower filter system comprises, as a means for breathing phase recognition, a breathing phase detector for recognizing pauses in breathing of the respirator wearer. Because the pressure conditions in the interior of the headpiece inevitably change when the person wearing the respirator inhales and exhales, the pressure conditions during the breathing pauses and especially during the inhalation pauses are particularly characteristic for a detection of a possible negative pressure situation. The blower filter system therefore delivers particularly reliable results when signaling a negative pressure situation due to the detection of breathing phases and due to an evaluation of the measured values of the differential pressure sensor precisely during an inhalation pause that is automatically recognized and avoids disruptive and above all unsettling false alarms for the respirator.

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.An analysis of the differential pressure signal is carried out by means of the breathing phase detector to detect a pause in inhalation. From a recognized inhalation pause, i.e. a recognized phase of maximum inhalation (local minimum in the differential pressure signal), a time value is obtained in relation to the differential pressure signal. With such a time value, the differential pressure signal can be checked at a point determined by the time value with regard to the presence of a possible negative pressure situation, for example by comparing the amplitude of the differential pressure signal at the respective time value with a predefined or predefinable threshold value and, if the value falls below the threshold value, to the actual presence of a negative pressure situation is concluded. A signal for controlling the respective display element or a plurality of display elements is then generated.

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.Another special feature of the fan filter system proposed here is that it includes a device or software functionality or a combination of software functionality with associated device elements (µP, µC, PLC) in the signal path from the differential pressure sensor to the display element. This is determined for the plausibility check of a recognized breathing pause on the basis of anatomically possible occurrence probabilities of inhalation and / or exhalation pauses. The inhalation pauses result, for example, as the locations of the minima between two adjacent zero crossings in the differential pressure signal. For the plausibility check, it can be taken into account whether the determined location of the breathing pause is sufficiently in the middle between the two zero crossings. If this is not the case, it is more likely to be assumed that the differential pressure signal is partially incorrect or that, for example, only a local extreme value was recognized. An alternative or additional possibility for a plausibility check is to take into account a duration during which the differential pressure signal remains at the level of the determined extreme value, with a duration that is too short, i.e. a duration below a specified or specifiable time limit value, due to an incorrect evaluation or suggests that the differential pressure signal is incorrect. Other statistical or other criteria are also conceivable, for example a sufficient steepness of the profile of the differential pressure signal before the extreme value determined as the inhalation pause, etc. By using such a breathing frequency range monitoring, it is possible to further reduce incorrect evaluations.

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.Finally, a special feature of the blower filter system is that it includes the logic and decision-making logic in the signal path from the differential pressure sensor to the or each display element. This is intended on the one hand to link a recognized breathing pause of the respirator wearer with a measured value obtained from the differential pressure sensor and on the other hand to decide whether a negative pressure situation is present in the head piece on the basis of the measured value. The recognized inhalation pause of the respiratory protection wearer, that is to say a recognized phase of maximum inhalation, specifies a point in time relevant for the evaluation of the differential pressure signal. The value of the differential pressure signal at this point in time is evaluated in order to make a decision with regard to the presence of a negative pressure situation in the head piece. A negative pressure situation is present when the associated differential pressure value determined is below a predetermined or predeterminable threshold value. Optionally, it can be provided that a decision is made as to the existence of a negative pressure situation only if the determined differential pressure value is below the predetermined or specifiable threshold value for at least a specified or specifiable period of time. Taking into account the duration of the undershooting of the threshold value and without taking into account such a duration, this can optionally be expanded to the extent that a decision is made as to the existence of a negative pressure situation only if the undershooting of the threshold value occurs during a predetermined or predeterminable plurality of recognized inhalation pauses, for example during four , five or eight consecutive inhalation pauses. This is effective for further reducing possible incorrect evaluations. If, by means of the unit with linking and decision-making logic, a negative pressure situation is detected during an inhalation pause that is recognized as plausible, the unit with linking and decision-making logic generates the alarm signal for controlling the display element.

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.An optical and / or an acoustic display element can be considered as the display element. In the case of an optical display element, this can, for example, trigger different optical stimuli (color, brightness, flashing interval, etc.). The same applies in principle to an acoustic display element and the acoustic stimuli that can be triggered with it (pitch, volume, tone sequence, etc.). Depending on the measured value supplied by the differential pressure sensor, specific control of the display element can take place, which informs the respiratory protection wearer about the extent of the negative pressure situation recognized and, for example, in the case of only a slight negative pressure situation, to control the display element to emit an optical signal with a first color and in a serious negative pressure situation leads to a control of the display element to output an optical signal with a second color. The specific response to the degree of each The detected negative pressure can also be made more finely granular, so that, for example, with increasing severity of the detected negative pressure situation, a combination of different optical stimuli is displayed by the display element (for example color and brightness or color and blinking). Furthermore, the color and the flashing frequency can then also change with the severity of the detected negative pressure situation, so that the respiratory protection wearer is very precisely oriented about the function and possibly a residual function of the blower filter system.

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.The optical signals described are only examples and acoustic signals or a combination of optical and acoustic signals and a combination of corresponding display elements can also be considered. Additionally or alternatively, a display of a possible negative pressure situation by means of tactilely perceptible signals can also be considered. The activatable display element then leads, for example, to a vibration of the head piece or of a part of the head piece, which is easily perceptible to the respiratory protection wearer. Here, too, it is possible to adapt the display to the severity of the respective negative pressure situation, in that a frequency and / or an amplitude or a frequency sequence of the vibration is or is adapted to the severity of the negative pressure situation.

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.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims. References used here indicate the further development of the subject matter of the main claim through the features of the respective subclaim. They are not to be understood as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the combinations of features of the related dependent claims. Furthermore, with regard to an interpretation of the claims in a more detailed specification of a feature in a subordinate claim, it can be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.

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.In one embodiment of the blower filter system, the head piece is a mask, in particular a mask that fits tightly on the face of a user / respirator wearer, for use in environments with concentrations of gases (chemical, biochemical, biological, smoke gases) or vapors ( Propellants, aerosols, solvents) and the like. Such a mask has a mostly passive exhalation valve, in particular in one embodiment as a non-return valve, through which the user exhales used exhaled air to the environment.

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.In one embodiment of the blower filter system, a low-pass filter is provided in a signal path from the differential pressure sensor to the display element. In this way, irrelevant aspects of the differential pressure signal, that is to say of a time profile of the measured values supplied by the differential pressure sensor, can be masked out. This is particularly relevant for a possible digital processing of the differential pressure signal, because then the necessary sampling rate can be reduced and this is accompanied by a reduction in the computing power required for processing the differential pressure signal. Such irrelevant aspects of the differential pressure signal are referred to below as transient movement artifacts and result, for example, from movements or actions of the respiratory protection wearer and associated pressure changes.

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.To analyze the differential pressure signal to detect pauses in breathing by the user, it is provided that the breathing phase detector can be used to determine a minimum between two adjacent zero crossings in the differential pressure signal, i.e. in a measured value curve obtainable from the differential pressure sensor. A breathing phase detector can in particular be implemented as part of a software functionality for processing the differential pressure signal. The device processes a digitized form of the differential pressure signal and is able, for example, to recognize individual zero crossings based on a change in sign of adjacent measured values within the differential pressure signal. Between two adjacent zero crossings, the minimum of the measured values included between the zero crossings is then determined in a manner known per se and as soon as the lowest measured value representing the minimum has been determined within this section of the differential pressure signal, a time value describing an inhalation pause of the respiratory protection wearer is therefore in relation to the differential pressure signal in front.

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.The consideration of the minima and not also the maxima has the advantage that only inhalation pauses are recognized as breathing pauses, because at the end of the inhalation the relatively lowest pressure in the interior of the head piece can be expected and the corresponding negative pressure situations are then particularly easy to recognize.

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.If a signal that can be generated to activate a display element or several display elements in the headpiece when a negative pressure situation is detected can also be transmitted to the blower filter device, the negative pressure situation can also be signaled there, for example, optically and / or acoustically, so that, for example, other emergency services can assist the respiratory protection wearer can come.

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.If a carbon dioxide sensor is provided in the head piece and the blower filter system, in particular an evaluation unit in the head piece of the blower filter system, comprises means for activating a display element in the head piece as a function of a measured value obtainable from the carbon dioxide sensor, the respirator can also easily perceive a critical carbon dioxide concentration be brought to the attention.

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.A display device functioning as a headpiece monitor unit comes into consideration as a location for attaching the or each display element in the head piece of the blower filter system. A combined attachment of a possible plurality of display elements has the advantage that these are usually perceived simultaneously by the respiratory protection wearer if the display device is attached in a suitable location. Such a combined attachment also has the advantage that a state of the display device can easily be monitored and a separate display element can be provided for visualizing this state. In the case of purely optical display elements, the respiratory protection wearer would, for example, be signaled by a green display element that the display device is in the correct state. In the event of a fault, at least one further display element signals a negative pressure situation. On the basis of the green illuminated display element, the respirator recognizes that the absence of an optical signal from the at least one other display element cannot result from failure of the display element or the display device and that the blower filter system is accordingly working properly. The display device can also be used to display alarms from the blower filter device.

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.The above problem is also solved with a method for operating the blower filter system as described here and in the following. The differential pressure sensor is used to determine measured values for a differential pressure between the interior of the headpiece and the environment, and if there is a vacuum in the interior of the headpiece, the display element in the headpiece or one of the display elements in the headpiece is activated in order to make the respirator aware of the vacuum situation .

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.A special feature of the method is that pauses in breathing of the respiratory protection wearer are determined, with a test for a possible negative pressure in the headpiece taking place during such pauses in breathing. The determination of the breathing pauses allows the check for a possible negative pressure at particularly suitable times and thus helps to avoid incorrect evaluations. A particularly efficient possibility for determining breathing pauses is that a minimum between two adjacent zero crossings is determined in a measured value curve (differential pressure signal) obtainable from the differential pressure sensor.

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.Another special feature of the method is that a recognized negative pressure situation or a recognized breathing pause is checked for plausibility by means of the respiratory frequency range monitoring on the basis of anatomically possible occurrence probabilities. In this way, the risk of incorrect evaluations can be reduced even further. Suitable criteria that describe the plausibility of a breathing pause can be particularly easily coded in software, for example a check as to whether a point in time determined as a breathing pause is sufficiently in the middle between two adjacent zero crossings, and so on. The respiratory rate range monitoring is implemented, for example, in the form of software with programmed step and branch sequences.

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.Finally, a special feature of the method is that the combination and decision logic is used to link a plausible inhalation pause of the respirator wearer - a detected phase of maximum inhalation - with a measured value obtained from the differential pressure sensor. The time of the inhalation pause specifies the measured value to be observed or the value of the differential pressure signal to be observed. To make a decision with regard to the presence of a negative pressure situation in the head piece, this is compared with a threshold value. If the threshold value is not reached, a negative pressure situation is recognized. The duration of a shortfall can also be taken into account, so that the shortfall must exist at least for a predetermined period of time in order to avoid short-term pressure changes being unnecessarily signaled as potentially dangerous negative pressure situations. In addition, a certain number of successive inhalation pauses with falling below a threshold value can be used as a criterion for the detection of potentially dangerous negative pressure situations. This is particularly useful for suppressing false positives.

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.Embodiments of the method are characterized in that the measured values obtainable from the differential pressure sensor are digitized and a resulting differential pressure signal is filtered with a low-pass filter. The low-pass filtering is effective, for example, to eliminate or at least reduce transient movement artifacts.

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.An exemplary embodiment of the invention is described in greater detail below with reference to the drawings explained. Objects or elements that correspond to one another are provided with the same reference symbols in all figures.

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.The or each embodiment is not to be understood as a limitation of the invention. Rather, changes and modifications are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations which, for example, by combining or modifying individual features or features described in the general or special part of the description and contained in the claims and / or the drawing. Elements or process steps can be inferred by the person skilled in the art with a view to solving the problem on which this invention is based and, through combinable features, lead to a new object or to new process steps or process step sequences, also insofar as they relate to testing and working processes.

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.
Show it:
  • 1 a respirator with a blower filter system,
  • 2 a respirator mask as a possible head piece of a blower filter system and display elements attached in the head piece to inform the respirator wearer and
  • 3 a block diagram of a method for operating a blower filter system and for evaluating a differential pressure signal and for generating status information.

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. 1 shows a user wearing protective headgear in the form of a respiratory protection hood. This acts as a head piece 10 a blower filter system 12th , to the one next to the head piece 10 another blower filter device 14th and a blower filter device 14th and the headpiece 10 connecting hose 16 belong. On the blower filter device 14th is a filter 18th attached to the sucked in and over the hose 16 to the head piece 10 Guided breathing air filters. The blower filter device 14th is by means of a shoulder strap 20th carried.

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. 2 Figure 11 shows an alternate embodiment of one having a blower filter system 12th ( 1 ) usable head piece 10 in the form of a respirator. The blower filter device 14th ( 1 ) is not shown. The one for the head piece is also shown 10 leading hose 16 . As part of the head piece 10 is a differential pressure sensor 22nd shown. Depending on the differential pressure sensor 22nd At least one display element is activated when the measured values delivered are supplied 24 inside the head piece 10 , so that the user through the status of one or more display elements 24 (on, off, color change, flashing etc.) about the status of the blower filter system 12th is informed. A configuration is shown in which several display elements 24 in one in the head piece 10 and there in the field of vision of the user attached headpiece monitor unit 26th are summarized.

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.The differential pressure sensor 22nd measures the differential pressure between the interior of the head piece 10 and the environment. This can lead to dangerous phases in which there is negative pressure in the head piece 10 prevails, to be recognized. The differential pressure sensor 22nd is in one of the blower filter device 14th Integrated remote alarm and information system that connects to the blower filter device by cable or radio 14th connected is. In the case of a radio link, the alarm and information system also includes a voltage source in the form of a battery or the like. Otherwise the voltage supply can be via the blower filter device 14th respectively. A processing functionality in the form of or in the manner of a microprocessor or the like for processing the measured values of the differential pressure sensor 22nd and to control one or more display elements 24 depending on the differential pressure sensor 22nd The measured values obtained can either be this alarm and information system or the blower filter device 14th be assigned.

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. 3 shows a block diagram of a method for evaluating the differential pressure sensor 22nd obtained measured values. The method is implemented in software, for example, so that the representation also shows a corresponding evaluation algorithm in a schematically simplified form. In principle, implementation in hardware or partly in hardware and partly in software is also possible. The function blocks shown represent appropriate hardware units for such a situation.

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.The block diagram in 3 includes a low pass filter 30th , a band pass filter 32 , one as a breathing phase detector 34 functioning functional unit for respiratory phase recognition (medium 34 for respiratory phase detection), a functional unit for respiratory rate range monitoring (means 36 for respiratory rate range monitoring; Respiratory rate range monitoring 36 ) and a linkage and decision logic 38 . The entirety of the in 3 Functional units shown, but at least the logic and decision-making logic 38 together with the breathing phase detector 34 and respiratory rate range monitoring 36 , are as a unit with linkage and decision logic 38 designated. This is preferably designed as a programmable controller (processor, µC, µP, DSP, PLC) or as another programmable component with an associated memory (RAM, ROM). The means 34 , 36 for respiratory phase detection and respiratory rate range monitoring and possibly also the band pass filter 32 are preferably in or on the unit with linkage and decision logic 38 arranged or as software functionalities with the unit with linkage and decision logic 38 combined.

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.The low-pass filter on the input side 30th is used as a differential pressure signal 40 a sequence of measured values (p (t)) of the differential pressure sensor 22nd fed. One of the unity with linkage and decision logic 38 generated alarm signal 42 is used directly or indirectly to control one or more display elements 24 used. The alarm signal 42 can be a digital alarm signal 42 and indicates a possibly existing negative pressure situation by its level. The alarm signal 42 however, it can also be an analog alarm signal 42 be, the respective amplitude of which encodes a severity of a possibly existing negative pressure situation. Furthermore, the alarm signal 42 can also be output in the form of a plurality of digital signals, the severity of a possibly present negative pressure situation being coded by a number of the respectively activated digital signals. The block diagram in 3 shows a possible signal path from the differential pressure signal 40 to the alarm signal 42 because the alarm signal 42 is based on the differential pressure signal 40 . One way of generating an alarm signal 42 based on the differential pressure signal 40 is described below.

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.The low-pass filter on the input side 30th first effects a filtering of the differential pressure signal 40 and eliminates disturbances and details of the differential pressure signal that are irrelevant for the subsequent evaluation 40 . The low pass filter 30th can be an analog low-pass filter 30th or a digital low pass filter 30th be. With a digital low-pass filter 30th there is an analog / digital conversion of the differential pressure signal on the input side, not shown here but known per se 40 . With an analog low-pass filter 30th can in the further course of the signal processing, for example before the breathing phase detector 34 , such an analog / digital conversion (also not shown) happen.

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.The cutoff frequency of the low pass filter 30th is above, in particular just above, the usual breathing frequencies of a user of the blower filter system 12th and also breathing frequencies such as those that arise in operational situations, i.e. under physical strain. Empirical values are available for such respiratory frequencies, so that the setting of the cut-off frequency of the low-pass filter 30th is easily possible. The low-pass filtering eliminates influences on the differential pressure signal 40 that do not affect the function of the blower filter system 12th or the breathing of the respirator. These are, for example, effects that arise when the respirator wearer moves and the head piece moves as a result 10 on the head of the respirator. These effects are therefore referred to here and in the following as transient movement artifacts and the otherwise optional low-pass filter 30th is effective for preventing such movement artifacts in the differential pressure signal 40 to eliminate or at least reduce.

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.The low-pass filtering also brings about, in a manner known per se, a restriction of the filtered differential pressure signal on the output side 40 to comparatively low frequencies, so that a sampling rate can be minimized. On the one hand, this reduces the storage space required for the further processing of the differential pressure signal 40 and also the computing power required for this.

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.Because in the differential pressure signal 40 furthermore with the breathing phase detector 34 Breathing pauses are determined, namely extreme values in the differential pressure signal 40 are sought that indicate such breathing pauses in the form of inhalation and exhalation pauses, comes on the input side of the breathing phase detector 34 a fundamentally optional bandpass filtering of the differential pressure signal 40 with the band pass filter 32 into consideration. The band pass filter 32 eliminated in the differential pressure signal 40 now also low frequencies that are below the breathing frequencies normally expected by the respirator.

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.The respiratory phase detector 34 supplied, filtered form of the differential pressure signal 40 is shown in 3 inside of the breathing phase detector 34 symbolizing function blocks shown in idealized form as a sinusoidal signal. The falling edges of such a signal correspond to the inhalation process of the respirator. The lower peaks of the signal correspond to an inhalation pause during the breathing process of the respirator. This moment represents the moment of the strongest inhalation by the respirator and is also referred to below as maximum inhalation. An area around the lower apex represents a phase of maximum inhalation. The rising flanks correspond to an exhalation process and the upper apexes of the signal result from an exhalation pause of the respirator before a subsequent inhalation process.

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.The breathing phase detector 34 detects adjacent zero crossings in the signal fed to it and then the minimum between each two adjacent zero crossings. The location of a minimum determined in this way corresponds to the time of maximum inhalation. In the representation in 3 is inside the the breathing phase detector 34 symbolizing function block denotes such a recognized minimum with an upward pointing arrow.

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.The or each minimum determined in this way is a candidate for periods of least pressure in the head piece 10 . Using the respiratory rate range monitoring 36 the points in time correlated with the minima are checked for plausibility by comparing them with anatomically possible probabilities of occurrence. Once the most plausible minimum candidates have been determined, the linking and decision logic 38 the differential pressure values for these times are determined and a decision is made as to whether and for how long a negative pressure in the head piece 10 prevailed. Depending on this, the alarm signal 42 generated.

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.A blower filter system 12th of the type described here protects the respirator from contaminated ambient air by removing the interior of the headpiece 10 (Breathing space) is kept at least slightly overpressure and negative pressure is avoided in any case. In addition, however, the exhaled carbon dioxide must also be evacuated from the breathing space so that the person wearing the respirator does not inhale it again if possible. Such an evacuation of the exhaled carbon dioxide is called a flushing of the breathing space. In general, there is no direct connection between the pressure in the breathing space and the freedom of the inhaled air from carbon dioxide. Rather, the flushing depends on the flow guidance. However, some of the exhaled air generally remains in the headpiece 10 . In addition to the differential pressure sensor 22nd ( 2 ) a carbon dioxide sensor (CO 2 sensor; not shown) can be installed in the head piece as a further part of the alarm and information system 10 to get integrated. The carbon dioxide sensor can continuously monitor the carbon dioxide concentration in the head piece 10 Existing breathing air checked and if a limit value is exceeded by activating a display element 24 ( 2 ) an alarm can be generated. To do this, the carbon dioxide sensor must be close to the mouth and nose area of the headpiece 10 be placed and be able to detect changes in concentration sufficiently quickly. It is also possible to control the concentration of harmful gases such as hydrogen sulfide (H 2 S) or the like, despite the overpressure and the flushing of the head piece 10 get into its interior, to be determined by suitable sensors and also to generate an alarm if limit values are exceeded.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
KopfstückHeadjoint
1212
GebläsefiltersystemBlower filter system
1414th
GebläsefiltergerätBlower filter device
1616
Schlauchtube
1818th
Filterfilter
2020th
TragegurtCarrying strap
2222nd
DifferenzdrucksensorDifferential pressure sensor
2424
AnzeigeelementDisplay element
2626th
KopfstückmonitoreinheitHeadpiece monitor unit
2828
------
3030th
TiefpassfilterLow pass filter
3232
BandpassfilterBand pass filter
3434
Mittel zur Atemphasenerkennung, AtemphasendetektorMeans for respiratory phase detection, respiratory phase detector
3636
Mittel zur Atemfrequenzbereichsüberwachung, Atemfrequenzbereichsüberwach u ngMeans for breathing rate range monitoring, breathing rate range monitoring
3838
Verknüpfungs- und EntscheidungslogikLinkage and decision logic
4040
DifferenzdrucksignalDifferential pressure signal
4242
AlarmsignalAlarm signal

Claims (11)

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. Blower filter system (12) with a head piece (10) and a blower filter device (14) feeding the head piece (10) via a hose (16), with a differential pressure sensor (22) assigned to the head piece (10) for determining measured values for a differential pressure between a Interior of the head piece (10) and the surroundings and with a display element (24) in the head piece (10) that can be activated on the basis of an alarm signal (42) when there is a negative pressure in the interior of the head piece (10), characterized by a unit with a logic and decision-making logic ( 38) as well as with means (34) for respiratory phase detection and means (36) for respiratory frequency range monitoring in a signal path from the differential pressure sensor (22) to the display element (24), wherein the means (34) for respiratory phase detection based on the measured values from the differential pressure sensor (22) pauses inhalation Users of the blower filter system (12), that is to say times of maximum inhalation, are recognizable, with the means (36) for breathing frequencyb Area monitoring, a plausibility of a recognized inhalation pause can be determined on the basis of anatomically possible occurrence probabilities, with a measured value of the differential pressure sensor (22), which belongs to an inhalation pause of the user recognized as plausible, for the decision with regard to the presence by means of the linking and decision logic (38) a negative pressure situation in the head piece (10) can be evaluated and the alarm signal (42) can be generated in the event of a negative pressure situation being detected. Gebläsefiltersystem (12) nach Anspruch 1, mit einem Tiefpassfilter (30) in dem Signalpfad vom Differenzdrucksensor (22) zum Anzeigeelement (24).Blower filter system (12) Claim 1 , with a low-pass filter (30) in the signal path from the differential pressure sensor (22) to the display element (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.Blower filter system (12) Claim 1 or 2 , with the means (34) for respiratory phase recognition for recognizing pauses in breathing by the user being able to determine a minimum between two adjacent zero crossings in a measured value curve obtainable from the differential pressure sensor (22). 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.Blower filter system (12) according to one of the preceding claims, wherein by means of the combination and decision logic (38) for the detection of a negative pressure situation and the generation of the alarm signal (42) a duration of the stay of the measured value associated with an inhalation pause recognized as plausible can be evaluated below a threshold value . 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.Blower filter system (12) according to one of the preceding claims, wherein by means of the linking and decision logic (38) during a predetermined or predeterminable plurality of recognized inhalation pauses of the user, a respective measured value from the differential pressure sensor (22) for the recognition of a negative pressure situation and the generation of the alarm signal ( 42) can be evaluated. Gebläsefiltersystem (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zur Aktivierung des Anzeigeelements (24) generierbare Alarmsignal (42) auch an das Gebläsefiltergerät (14) übermittelbar ist.Blower filter system (12) according to one of the preceding claims, wherein the alarm signal (42) that can be generated to activate the display element (24) can also be transmitted to the blower filter device (14). 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.Blower filter system (12) according to one of the preceding claims, with a carbon dioxide sensor in the head piece (10) and means for activating a display element (24) in the head piece (10) as a function of a measured value obtainable from the carbon dioxide sensor. 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).Blower filter system (12) according to one of the preceding claims, with a display device in the head piece (10) of the blower filter system (12) comprising the or each display element (24) and functioning as a head piece monitor unit (26). 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.Method for operating a blower filter system (12) according to one of the preceding claims, wherein measured values for a differential pressure between the interior of the head piece (10) and the environment are determined by means of the differential pressure sensor (22), the display element (24) located in the headpiece (10) being activated in the event of a negative pressure in the interior of the head piece (10), with the means (34) for respiratory phase detection on the basis of the measured values from the differential pressure sensor (22) identifying pauses for inhalation of a user of the blower filter system (12), i.e. times of maximum inhalation, with the means (36) for monitoring the respiratory rate range, a plausibility of a recognized inhalation pause is determined on the basis of anatomically possible occurrence probabilities, whereby by means of the linking and decision logic (38) a measured value of the differential pressure sensor (22), which belongs to an inhalation pause of the user recognized as plausible, is evaluated for the decision with regard to the presence of a negative pressure situation in the head piece (10) and in the case of a detected negative pressure situation the alarm signal (42) is generated. 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.Procedure according to Claim 9 to operate a blower filter system (12) Claim 2 , the measured values obtainable from the differential pressure sensor (22) being digitized and filtered with a low-pass filter (30). 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.Procedure according to Claim 10 , the inhalation and exhalation pauses being determined by determining a minimum between two adjacent zero crossings in a measured value curve obtainable from the differential pressure sensor (22).
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