DE102020106235B3

DE102020106235B3 - Atemschutzmaske

Info

Publication number: DE102020106235B3
Application number: DE102020106235.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-08
Filing date: 2020-03-08
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: CN113426038A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Atemschutzmaske mit einem Maskenkörper, der eine zur Aufnahme von Mund und/oder Nase eines Benutzers ausgebildete Atemkammer definiert, einer Atemöffnung, die mit der Atemkammer in einer fluidischen Verbindung steht, und mindestens einer ultraviolett emittierenden Lichtquelle, mit der Atemluft beim Durchströmen der fluidischen Verbindung mit Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist. Zwischen der Atemöffnung und der Atemkammer ist eine Bestrahlungskammer mit einem Kammerinnenraum angeordnet, der zumindest einen Teil der fluidischen Verbindung bildet. Die ultraviolett emittierende Lichtquelle ist dazu eingerichtet ist, den Kammerinnenraum zumindest teilweise mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Atemschutzmaske für den präventiven Infektionsschutz. Solche Atemschutzmasken finden insbesondere auf dem Gebiet der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) Verwendung.
Hintergrund der Erfindung
Atemschutzmasken sind eine wesentliche Komponente der persönlichen Schutzausrüstung von medizinischem Personal zum Schutz vor respiratorisch übertragbaren Infektionserkrankungen und können in bestimmten Situationen auch innerhalb der Allgemeinbevölkerung einen sinnvollen Beitrag zur Senkung der Infektionsgefährdung leisten.
Als Minimalschutz vor Infektionserregern kommen überwiegend sogenannte partikelfiltrierende Halbmasken zum Einsatz (engl. „Filtering Face Piece“, abgekürzt „FFP“). Masken des Typs FFP haben einen vorgeformten Maskenkörper, der über Mund und Nase getragen das Gesicht vor der Umgebungsluft abdichtet, und ein in den Maskenkörper integriertes Filtermedium. Derartige Partikelmasken sind z. B. aus EP 2 298 419 A1 und EP 3 375 308 A1 bekannt.
Um einen wirksamen Schutz vor mikrobiellen Erregern bieten zu können, sollte der Filterdurchlass von Partikelmasken für Partikelgrößen bis zu 0,6 µm bei höchstens 2% liegen (z. B. FFP-Schutzstufe 3 oder „FFP-3“). Nachteilig ist, dass solche Filter zu einem unangenehm hohen Atemwiderstand führen und den Wärme- und Feuchtigkeitsstau unter der Maske begünstigen können. Dies beeinträchtigt nicht nur den Tragekomfort, sondern kann auch die Filtrationsleistung von Partikelmasken erheblich beeinträchtigen, insbesondere wenn solche Masken z. B. im Epidemiefall über einen längeren Zeitraum getragen werden müssen.
Verschärfend kommt hinzu, dass die Partikelfiltration auf Dauer in einer Anreicherung der Mikroorganismen in dem Filtermaterial resultiert, die im ungünstigsten Fall dazu führen kann, dass die den Filter verlassende Atemluft sogar stärker keimbelastet ist als die zu reinigende Umgebungsluft. Aufgrund dieser Erschöpfung des Filtermittels sind Partikelmasken weit überwiegend als Einwegprodukte für eher kurzzeitige Einsätze konzipiert und demzufolge auf längere Sicht wenig nachhaltig und verhältnismäßig kostenintensiv.
In DE 10 2007 034 879 A1 wird eine Atemschutzmaske vorgeschlagen, deren Filtereinrichtung mit UV-Strahlung behandelbar ist. Auf diese Weise soll der Schutz des Benutzers vor einer Kontamination mit Mikroorganismen sichergestellt und eine mehrfache Verwendung der Maske ermöglicht werden.
Schließlich offenbart US 10,335,618 B2 eine Atemschutzmaske mit einer Strömungskammer, in deren serpentinenförmigen Durchgang mindestens eine Leuchtdiode angeordnet ist, die konfiguriert ist, um Licht im ultravioletten Bereich zu emittieren.
Nach wie vor weist der Stand der Technik jedoch unter anderem im Hinblick auf die Sicherheit, die Lebensdauer und den Tragekomfort der bekannten Atemschutzmasken Nachteile auf. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Atemschutzmaske bereitzustellen, welche diesen Nachteilen zumindest teilweise abhilft.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Beschreibung der Erfindung
Es wird eine Atemschutzmaske mit einem Maskenkörper angegeben, der eine zur Aufnahme von Mund und/oder Nase eines Benutzers ausgebildete Atemkammer aufweist. Über eine Atemöffnung der Maske, die mit der Atemkammer in einer fluidischen Verbindung steht, kann Atemluft von außen in die Atemkammer einströmen. Des Weiteren weist die Atemschutzmaske mindestens eine ultraviolett emittierende Lichtquelle auf, die dazu eingerichtet ist, die Atemluft beim Durchströmen der fluidischen Verbindung mit Ultraviolettstrahlung (nachfolgend auch kurz als „UV-Strahlung“ oder „UV-Licht“ bezeichnet) zu beaufschlagen.
Zwischen der Atemöffnung und der Atemkammer der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske ist eine Bestrahlungskammer angeordnet. Die Bestrahlungskammer weist einen Kammerinnenraum auf, der zumindest einen Teil der fluidischen Verbindung zwischen der Atemöffnung und der Atemkammer bildet. Dabei ist die ultraviolett emittierende Lichtquelle dazu eingerichtet, den Kammerinnenraum der Bestrahlungskammer zumindest teilweise mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen.
Die erfindungsgemäße Atemschutzmaske hat den Vorteil, dass die UV-Strahlung auf Krankheitskeime in der Atemluft im diskreten Hohlraumvolumen des Kammerinnenraums frei wirken kann, wodurch eine gleichmäßige UV-Bestrahlung der gesamten, die Bestrahlungskammer durchströmenden Atemluft bei gleichzeitig hoher relativer UV-Dosisleistung pro Luftpartikel gewährleistet ist. Dieses Zusammenwirken erlaubt, dass etwaige Krankheitskeime in der Atemluft in der Echtzeit eines Atemzugs effektiv und zuverlässig inaktiviert werden können. Diesbezüglich wird auch auf die nachfolgende Beschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen. Auf diese Weise löst die Erfindung z. B. das Problem der Filtererschöpfung und verbessert somit die Sicherheit und die Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Atemschutzmasken. Dabei hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Atemschutzmaske auch einen wirksamen Schutz vor hochvirulenten respiratorischen Viren wie z. B. Influenza- oder Coronaviren bieten kann, die aufgrund ihrer geringen Partikelgröße von weniger als 0,2 µm von den Filtern herkömmlicher Partikelmasken mitunter nicht ausreichend zurückgehalten werden können. Da sich das Problem der Filtererschöpfung mit der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske insoweit nicht stellt, kann die Maske vielfach wiederverwendet werden und führt somit auch zu mehr Nachhaltigkeit.
So, wie der Begriff hier verwendet wird, ist unter dem Kammerinnenraum ein kammerförmiger Hohlraum zu verstehen, der von der Bestrahlungskammer zumindest teilweise umgeben ist. Die Bestrahlungskammer kann zu diesem Zweck z. B. mehrere Kammerwände aufweisen, die den Kammerinnenraum von mindestens zwei Seiten umgeben. Es ist auch möglich, dass der Maskenkörper selbst eine oder mehrere dieser Kammerwände bildet. Der Kammerinnenraum bzw. kammerförmige Hohlraum weist hierbei vorzugsweise ein Volumen von mindestens 125 mm³, mindestens 250 mm³, mindestens 500 mm³ oder mindestens 1000 mm³ auf.
Die Bestrahlungskammer kann einen der Atemöffnung zugewandten Kammereingang und einen der Atemkammer zugewandten Kammerausgang aufweisen, zwischen denen sich der Kammerinnenraum zumindest abschnittsweise erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen kann der Kammereingang auch gleichzeitig die Atemöffnung bilden. Der Kammerinnenraum kann sich in der Bestrahlungskammer z. B. über eine lichte Länge und/oder über eine lichte Breite, d. h. durchgehend offen ausgeführt, von mindestens 5 mm oder mindestens 10 mm erstrecken. Es hat sich gezeigt, dass diese Dimensionen eine zuverlässige Inaktivierung von Krankheitskeimen in der Atemluft durch das UV-Licht während der Passage durch den Kammerinnenraum gewährleisten und gleichzeitig eine vorteilhaft kompakte Ausführung der Atemschutzmaske erlauben.
Bevorzugt ist die Bestrahlungskammer so ausgebildet, dass sie den Kammerinnenraum mehrseitig für die Ultraviolettstrahlung undurchlässig umgibt, d. h. an mindestens zwei Seiten kann die Ultraviolettstrahlung nicht aus der Bestrahlungskammer austreten. Es ist auch möglich, dass zwischen dem Kammerinnenraum und der Atemkammer und/oder zwischen dem Kammerinnenraum und der Atemöffnung eine Abschirmeinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, die Ultraviolettstrahlung vom Kammerinnenraum aus gesehen in Richtung der Atemkammer und/oder in Richtung der Atemöffnung zumindest teilweise, d. h. zu mindestens 50%, mindestens 60% mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 99% oder vollständig abzuschirmen. Vorzugsweise ist die Abschirmungseinrichtung in der Bestrahlungskammer angeordnet, insbesondere zwischen dem Kammerinnenraum und dem Kammereingang und/oder dem Kammerausgang. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Abschirmeinrichtungen vorhanden sein, um zu verhindern, dass die UV-Strahlung von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle in die Atemkammer und/oder nach außen gelangt. Auf diese Weise wird der Benutzer beim Tragen der Atemschutzmaske vor den potenziell gesundheitsschädlichen Auswirkungen austretender UV-Strahlung geschützt. Gleiches gilt für Dritte, die sich in unmittelbarer Nähe des Benutzers der Atemschutzmaske aufhalten.
In bevorzugten Ausführungen ist die ultraviolett emittierende Lichtquelle zumindest teilweise oder vollständig in der Bestrahlungskammer und/oder in dem Kammerinnenraum angeordnet. Dies vereinfacht zum einen den Aufbau der Atemschutzmaske und bewirkt zum anderen, dass die Atemluft beim Durchströmen der fluidischen Verbindung in dem Kammerinnenraum direkt, d. h. unmittelbar, von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist. Auf diese Weise wird ein vorteilhafter Wirkungsgrad der UV-Bestrahlung im Kammerinnenraum erreicht, der eine effiziente Inaktivierung von Krankheitskeimen in der Atemluft gewährleistet.
Vorzugsweise ist die mindestens eine ultraviolett emittierende Lichtquelle so angeordnet, dass mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 99% oder mehr des Kammerinnenraums mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn sich die fluidische Verbindung über eine mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbare Bestrahlungsstrecke von mindestens 10 mm Länge, mindestens 15 mm Länge, mindestens 20 mm Länge, mindestens 25 mm Länge, oder mindestens 30 mm Länge durch den Kammerinnenraum erstreckt. Auf diese Weise wird erreicht, dass während eines Atemzugs jeder Partikel der Atemluft einer ausreichenden Verweilzeit der UV-Strahlung ausgesetzt ist, um eine zuverlässige Inaktivierung von Luftkeimen zu gewährleisten. Für besonders vorteilhaft wurde erkannt, wenn sich die mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbare Bestrahlungsstrecke zumindest teilweise in einer Querrichtung zu der von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle ausgehenden Ausbreitungsrichtung der UV-Strahlung erstreckt, da so eine relativ konstante Strahlungsenergie auf die Atemluft wirken kann und die Wirkung der UV-Bestrahlung verbessert wird. Vorzugsweise verläuft die Bestrahlungsstrecke zumindest abschnittsweise in einem Abstand von höchstens 40 mm, höchstens 30 mm, höchstens 20 mm oder höchstens 15 mm von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle. Dadurch wird gewährleistet, dass die Luftpartikel bei der Passage des Kammerinnenraums mit einer hohen UV-Bestrahlungsleistung beaufschlagt werden, da die UV-Dosisleistung pro Partikel mit zunehmendem Abstand von der UV- Lichtquelle im Quadrat des Abstands abnimmt. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen erstreckt sich die fluidische Verbindung über eine Bestrahlungsstrecke von höchstens 70 mm Länge, höchstens 60 mm Länge oder höchstens 50 mm Länge durch den Kammerinnenraum. Dadurch wird der Luftaustausch im Bestrahlungsbereich verbessert und der Atemwiderstand gering gehalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Atemschutzmaske mindestens eine erste und eine zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle auf, die z. B. so angeordnet sein können, dass der Kammerinnenraum aus zwei verschiedenen Richtungen mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die mittlere Entfernung der den Kammerinnenraum durchströmenden Atemluft von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle gering gehalten wird und eine ausreichende UV-Strahlendosis auf die Luftpartikel wirken kann. Gleichzeitig können durch Bestrahlung aus verschiedenen Richtungen UV-Streuungseffekte, die z. B. von Aerosolen oder Feinstaub in der Atemluft verursacht werden, kompensiert werden, die sonst die Homogenität der UV-Bestrahlung im Kammerinnenraum und die Dekontaminationswirkung beeinträchtigen könnten. Selbstverständlich können die ultraviolett emittierenden Lichtquellen aber den Kammerinnenraum auch von der gleichen Seite mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagen.
Es ist auch möglich, dass die erste ultraviolett emittierende Lichtquelle dazu ausgebildet ist, den Kammerinnenraum zumindest teilweise mit Ultraviolettstrahlung einer anderen Wellenlänge als die zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle zu beaufschlagen. Beispielsweise kann die erste ultraviolett emittierende Lichtquelle im UV-B Bereich emittieren, d. h. Wellenlängen von 280 nm bis etwa 315 nm, während die zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle im UV-C Bereich emittiert, d. h. Wellenlängen unterhalb von 280 nm bis 100 nm. Auf diese Weise lassen sich die unterschiedlichen photochemischen Wirkungen verschiedener UV-Wellenlängen kombinieren, um eine besonders effektive Dekontamination der Atemluft zu erreichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Verwendung von zwei UV-Lichtquellen, die unterschiedliche UV-Wellenlängen emittieren, Schäden auch an solchen biologischen Bausteinen von Bakterienzellen oder Viren hervorgerufen werden können, die in möglichen zukünftigen Mutationen von Krankheitskeimen vorhanden sein können.
Für derartige Ausführungsformen wurde als vorteilhaft erkannt, wenn der Kammerinnenraum mindestens einen ersten und einen zweiten Kammerabschnitt aufweist, die durch eine für die Ultraviolettstrahlung und/oder für die Atemluft undurchlässige Trenneinrichtung zumindest teilweise voneinander getrennt sind, und die erste ultraviolett emittierende Lichtquelle dazu eingerichtet ist, den ersten Hohlraumabschnitt mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen, während die zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle dazu eingerichtet ist, den zweiten Hohlraumabschnitt mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen. Diese räumliche Trennung verhindert, dass es zu einer abträglichen Mischlichtbildung kommt, bei der sich die Wellen der ultraviolett emittierenden Lichtquellen teilweise auslöschen können.
In weiteren Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Kammerinnenraum eine Innenoberfläche oder auch mehrere Innenoberflächen mit einem Material aufweist, welches die Ultraviolettstrahlung reflektiert. Die Innenoberfläche kann z. B. mit dem UV-reflektierenden Material beschichtet sein, z. B. einer reflektierenden Farbe oder einer reflektierenden Metallbeschichtung, oder zumindest zum Teil aus dem UV-reflektierenden Material bestehen, z. B. einem weißen Kunststoff. Die reflektierenden Innenoberflächen können die relative UV-Strahlungsleistung, die auf jede Luftpartikel im Kammerinnenraum wirkt, nahezu verdoppeln, ohne dass hierfür die Strahlungsenergie der ultraviolett emittierenden Lichtquelle erhöht werden muss. Auf diese Weise lässt sich Energie einsparen und die Betriebszeit der Atemschutzmaske verlängern.
Da UV-Licht für das menschliche Auge nicht oder kaum sichtbar und außerdem schädlich ist, bestand eine weitere Herausforderung darin, wie die Funktion der ultraviolett emittierenden Lichtquelle während des Einsatzes der Atemschutzmaske einfach und gefahrlos kontrolliert werden kann. Dieses Problem wurde erfindungsgemäß gelöst, indem die Bestrahlungskammer einen von außen zumindest teilweise sichtbaren Durchbruch aufweist, der mit einem fluoreszierenden Material bestückt und so angeordnet ist, dass das fluoreszierende Material von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle mit der ultraviolett Strahlung beaufschlagbar ist und bei Beaufschlagung mit der Ultraviolettstrahlung sichtbares Licht durch den Durchbruch nach außen abgibt. Beispielsweise kann in dem Durchbruch ein transparentes Material wie Glas oder ein transparenter Kunststoff angeordnet sein, der für UV-Strahlung undurchlässig ist. Auf der zum Kammerinnenraum gewandten Seite des transparenten Materials ist das fluoreszierende Material z. B. in Form einer Beschichtung angeordnet, das von der Ultraviolettstrahlung energetisch angeregt werden kann und dann durch das transparente Material eine für das menschliche Auge sichtbare Strahlung nach außen abgibt. Es ist auch möglich, dass das transparente Material selbst fluoreszierend ist, wie z. B. fluoreszierendes Acrylglas. Weitere geeignete fluoreszierende Materialien sind dem Fachmann bekannt oder auf Grundlage dieser Beschreibung ohne weiteres zu bestimmen. Auf diese Weise verfügt die erfindungsgemäße Atemschutzmaske über eine sichere Funktionsanzeige für die ultraviolett emittierende Strahlungsquelle, die keinen zusätzlichen Energieverbrauch verursacht bzw. die Betriebszeit der Maske nicht beeinträchtigt.
Die Atemschutzmaske kann weiterhin eine elektrische Energieversorgung, z. B. eine Batterie oder einen Akkumulator, und ggf. eine Schalteinrichtung umfassen, die mit der mindestens einen ultraviolett emittierenden Lichtquelle betriebsfähig verbunden sind. Die Schalteinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Lageänderung der Atemschutzmaske und/oder einer Luftdruckänderung in der Atemkammer ein Signal für die Schalteinrichtung zu erzeugen, welches die ultraviolett emittierende Lichtquelle ein- oder ausschaltet. Insbesondere kann der Sensor dazu eingerichtet sein, bei einem Druckanstieg in der Atemkammer, der durch ein Ausatmen des Benutzers erfolgt, ein Signal für die Schalteinrichtung zu erzeugen, welches die ultraviolett emittierende Lichtquelle ausschaltet. Gleichermaßen ist es möglich, dass der Sensor bei einem Druckabfall in der Atemkammer aufgrund des Einatmens des Benutzers ein Signal für die Schalteinrichtung erzeugt, welches die ultraviolett emittierende Lichtquelle einschaltet. Mithilfe des Lagesensors kann die erfindungsgemäße Atemschutzmaske in Reaktion auf ein Ablegen der Maske selbsttätig die Stromversorgung der UV-Lichtquelle ausschalten, um ein versehentliches Entladen zu verhindern. Mithilfe des Drucksensors kann die erfindungsgemäße Atemschutzmaske zwischen dem Einatmen und Ausatmen des Benutzers differenzieren und die UV-Lichtquelle z. B. beim Einatmen automatisch einschalten bzw. beim Ausatmen automatisch ausschalten. Auf diese Weise kann die Betriebszeit der Atemschutzmaske nahezu verdoppelt werden. Außerdem wirkt die zwischenzeitliche Abschaltung der UV-Lichtquelle einer Materialermüdung durch die UV-Strahlung entgegen. Des Weiteren kann die Atemschutzmaske eine mit der elektrischen Energieversorgung betriebsfähig verbundene elektrische Ladeeinrichtung wie beispielsweise einen USB-Ladeanschluss umfassen, um z. B. die Batterie bzw. den Akkumulator wieder aufzuladen.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, beruht die Dekontaminationsleistung der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske maßgebend auf der Inaktivierung von Krankheitskeimen in der Atemluft durch die Ultraviolettstrahlung. Insoweit ist eine Filtereinrichtung wie bei herkömmlichen Partikelmasken bei der vorliegenden Erfindung keine primäre Voraussetzung für den Schutz vor respiratorisch übertragenen Infektionen. In bestimmten Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Atemschutzmaske daher keine Filtereinrichtung auf bzw. ist filterfrei ausgeführt, wodurch der Atemwiderstand bei Benutzung der Maske deutlich gesenkt und einem Wärme- und Feuchtigkeitsstau entgegengewirkt wird. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung des Tragekomforts, insbesondere wenn die Maske über lange Zeiträume hinweg durchgehend getragen werden muss.
Nichtsdestotrotz ist es selbstverständlich möglich, die Atemschutzmaske zusätzlich mit einer Filtereinrichtung auszubilden. Eine Filtereinrichtung kann z. B. zweckmäßig sein, um Staubpartikel aus der Luft abzuscheiden, welche ansonsten aufgrund von UV-Absorptions- und Streuungseffekten die Dekontaminationsleistung der Maske mindern könnten oder selbst ein Gesundheitsrisiko darstellen würden. Daher ist es ggf. vorteilhaft, wenn die Filtereinrichtung auf einer von dem Benutzer abgewandten Außenseite der Atemöffnung und/oder zwischen der Atemöffnung und der Bestrahlungskammer angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine auswechselbare Anordnung vorgesehen, die eine einfache Erneuerung des Filtermaterials ermöglicht. Da diese Filtereinrichtungen bei der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske keinen vordergründigen Schutz vor mikrobiellen Erregern bieten müssen, können geeignete Filtereinrichtungen eine Porengröße von z. B. größer 0,6 µm, größer 1,0 µm oder größer 2,0 µm aufweisen. Dadurch bleiben die oben genannten Vorteile in Bezug auf den Atemwiderstand und den Tragekomfort sowie die Verhinderung von Wärme- und Feuchtigkeitsstau gegenüber herkömmlichen Partikelmasken weitgehend erhalten. Der durch solche Filter begünstigte geringe Druckanstieg in der Atemkammer während des Ausatmens bzw. der Druckabfall während des Einatmens kann außerdem die zuverlässige Schaltfunktion des oben beschrieben Drucksensors unterstützen.
Die Art der ultraviolett emittierenden Lichtquelle ist nicht sonderlich beschränkt, wobei eine Ultraviolettlicht emittierende Diode, im Folgenden kurz mit UV-LED bezeichnet, aufgrund ihres geringen Energieverbrauchs und ihrer geringen Größe bevorzugt ist. Vorzugsweise hat die ultraviolett emittierende Lichtquelle bzw. UV-LED eine Strahlungsleistung von mindestens 3 W oder mindestens 5 W. Dadurch lässt sich eine effiziente Dekontaminationswirkung mit einem niedrigen Energieverbrauch besonders vorteilhaft kombinieren. Die Ultraviolettstrahlung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Wellenlängen zwischen 100 nm und 280 nm (UV-C), besonders bevorzugt zwischen 250 nm und 275 nm, insbesondere eine Wellenlänge von 253,7 nm. Bei diesen UV-Wellenlängen konnte eine effektive Inaktivierung von Viren und Bakterien festgestellt werden. Gleichzeitig wird vermieden, dass es unter dem Einfluss der UV-Strahlung zu einer gesundheitsschädlichen Ozonbildung kommt. Die Ultraviolettstrahlung kann auch aus einer oder mehreren der vorgenannten Wellenlängen bestehen. Wie bereits oben beschrieben wurde, können auch mehrere UV-LEDs vorhanden sein, die sich insbesondere zumindest teilweise in ihrem UV-Emissionsspektrum unterscheiden bzw. komplementieren. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine UV-LED Ultraviolettstrahlung ausschließlich im UV-C Bereich emittiert, insbesondere mit einer Wellenlänge von 253,7 nm, und eine weitere UV-LED im UV-B Bereich, insbesondere mit einer Wellenlänge von 280 nm.
Die Ausführung des Maskenkörpers unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Zweckmäßiger Weise ist der Maskenkörper aus einem Material gefertigt, das im Wesentlichen luftundurchlässig ist, damit die Atemluftzufuhr möglichst ausschließlich über die dafür vorgesehene Atemöffnung erfolgt. Im Stand der Technik bekannte und geeignete Materialien sind beispielsweise Vliesstoffe aus natürlichen und/oder synthetischen Polymeren, insbesondere Polyolefin-Mikrofaser-Vliese wie z. B. Polypropylen-, Polyethylen- oder Polybutylen-Vliesstoffe bzw. Kombinationen davon, aber auch Maskenkörper aus Kunststoff, Gummi oder Silikon sind möglich. Um den Ausatemwiderstand zu senken, kann der Maskenkörper ein Ausatemventil aufweisen.
Die Atemschutzmaske kann ferner eine anpassbare Haltevorrichtung wie z. B. eine um den Hinterkopf des Benutzers laufende, flexible Bebänderung oder dergleichen aufweisen, mit deren Hilfe die Maske mit sicherem Sitz vor Mund und/oder Nase zu tragen ist. Darüber hinaus kann auf einer dem Gesicht des Benutzers zugewandten Innenseite des Maskenkörpers ein Dichtelement angeordnet oder angeformt sein, das die Atemkammer teilweise oder vollständig umläuft, um die Gesichtsabdichtung zu verbessern und zu verhindern, dass an den Rändern Nebenluft angezogen wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Diese stellen lediglich schematische und nicht maßstabsgetreue Prinzipdarstellungen dar und sind nur beispielhaft zu verstehen. Keinesfalls soll die Erfindung auf die gezeigten Figuren beschränkt sein. Gleiche oder analoge Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit wiederkehrende Merkmale mitunter nicht mehrfach mit einem Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske;
3 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungskammer.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt anhand einer stark vereinfachten schematischen Schnittdarstellung einen exemplarischen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Atemschutzmaske 1. Die Atemschutzmaske 1 hat einen Maskenkörper 2, der eine zur Aufnahme von Mund und Nase des Benutzers ausgebildete Atemkammer 3 definiert. Über die Atemöffnung 4, die mit der Atemkammer 3 fluidisch verbunden ist, kann Luft von außen (hier angedeutet durch den dicken Pfeil) in die Atemkammer 3 gelangen. Eine Filtereinrichtung 20 sorgt dafür, dass Staubpartikel bei Eintritt in die Atemschutzmaske 1 aus der Atemluft abgeschieden werden. Mithilfe einer hier nicht näher dargestellten Haltevorrichtung 30, z. B. eine um den Kopf des Benutzers herum verlaufende elastische Bebänderung, kann die Atemschutzmaske 1 vor dem Gesicht getragen werden.
Zwischen der Atemöffnung 4 und der Atemkammer 3 liegt die Bestrahlungskammer 6 mit dem Kammerinnenraum 7, der einen Teil der fluidischen Verbindung zwischen Atemöffnung 4 und Atemkammer 3 bildet. In dem Kammerinnenraum 7 sind an gegenüberliegenden Seiten zwei ultraviolett emittierende Lichtquellen 5 in Form von UV-LEDs angeordnet, mit denen Atemluft beim Durchströmen des Kammerinnenraums 7 aus zwei verschiedenen Richtungen mit Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist. Die UV-LEDs 5 können z. B. eine Strahlungsleistung von je 3 W haben und Ultraviolettlicht der Kategorie UV-C, u. a. mit einer Wellenlänge von 253,7 nm, emittieren. Abschirmeinrichtungen 8, 9 die zwischen dem Kammerinnenraum 7 und der Atemöffnung 4 bzw. zwischen dem Kammerinnenraum 7 und der Atemkammer 3 angeordnet sind, schirmen das Gesicht und die Augen des Benutzers beim Tragen der Atemschutzmaske 1 vor schädlicher UV-Strahlung ab und schützen gleichzeitig Dritte, die sich in der Nähe des Benutzers befinden.
Die UV-LEDs 5 werden von einer elektrische Energieversorgung 16 gespeist, z. B. eine Batterie oder ein Akkumulator, die über eine Schalteinrichtung mit den UV-LEDs 5 elektrisch leitend verbunden ist (in 1 nicht dargestellt). Ein Drucksensor 18 registriert Luftdruckänderungen in der Atemkammer 3 und bewirkt, dass die UV-LEDs 5 bei einem Druckanstieg in der Atemkammer 3 aufgrund des Ausatmens des Benutzers von der Schalteinrichtung vorübergehend automatisch abgeschaltet werden. Auf diese Weise wird Energie gespart und die Betriebszeit der Atemschutzmaske 1 signifikant erhöht. Ein Lagesensor 19 führt zur Abschaltung der Stromversorgung, wenn die Atemschutzmaske 1 abgelegt wird und sich dann z. B. in einer nahezu waagerechten Position befindet. Ein elektrischer Ladeanschluss 22 dient dazu, die Atemschutzmaske 1 von außen mit elektrischer Energie zu versorgen oder an ein Ladegerät anzuschließen, das die Batterie bzw. den Akkumulator 16 auflädt.
2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Atemschutzmaske 1 in stark vereinfachter schematischer Schnittdarstellung. Der funktionelle Grundaufbau entspricht im Wesentlichen demjenigen aus 1, d. h. die Atemschutzmaske 1 weist einen Maskenkörper 2 mit Atemkammer 3, eine mit der Atemkammer fluidisch verbundene Atemöffnung 4, eine Filtereinrichtung 20, elektrische Energieversorgung 16, Sensoren 18 und 19 sowie einen elektrischer Ladeanschluss 22 auf.
Zwischen der Atemöffnung 4 und der Atemkammer 3 ist die Bestrahlungskammer 6 angeordnet, deren Kammerwände 11 den Kammerinnenraum 7 mehrseitig umgeben. An den gegenüberliegenden Seiten des Kammerinnenraums 7 ist jeweils eine UV-LED 5 angeordnet. Innerhalb der Bestrahlungskammer 6 sind die Abschirmeinrichtungen 8, 9 angeordnet, die verhindern, dass sich die UV-Strahlung aus dem Kammerinnenraum 7 in Richtung der Atemöffnung 4 bzw. der Atemkammer 3 ausbreiten kann. Weiterhin weist die Bestrahlungskammer einen Durchbruch 12 in einer der Abschirmeinrichtungen 9 auf, der so angeordnet ist, dass er von außen aus Richtung der Atemkammer 3 gut sichtbar ist. Der Durchbruch 12 ist mit einem fluoreszierenden Material 14 bestückt, das von der Ultraviolettstrahlung in der Kammer energetisch angeregt und eine für das menschliche Auge sichtbare Strahlung abgibt. Diese Strahlung kann von dem Benutzer der Atemschutzmaske 1 durch den Luftauslass der Bestrahlungskammer 6 wahrgenommen werden und ermöglicht eine einfache Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der UV-LEDs.
Mithilfe der in 1 und 2 gezeigten Atemschutzmaske 1 können bei einem durchschnittlichen Atemzugvolumen von etwa 300 cm³ und einer Atemzugdauer von einer Sekunde weit über 90% der in der Atemluft enthaltenen Keime während eines Atemzugs durch die UV-Bestrahlung abgetötet werden, sodass die Atemschutzmaske 1 einen wirksamen Beitrag zum Schutz vor respiratorisch übertragbaren Infektionserkrankungen leisten kann.
Schließlich zeigt 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform der Bestrahlungskammer 6. Die Bestrahlungskammer 6 ist zweiteilig aus einem äußeren Kammerring 24 und einem inneren Kammerring 26 aufgebaut, wobei der äußere Kammerring 24 eine Innenkontur aufweist, die teilweise komplementär zu einer Außenkontur des inneren Kammerrings 26 ausgebildet ist. Dadurch sind beide Kammerringe 24, 26 formschlüssig miteinander verbindbar. Im Verbindungsbereich ist zwischen den beiden Kammerringen 24, 26 der Maskenkörper 2 eingefasst und z. B. durch Flächenpressung fixiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Bestrahlungskammer 6 durch Trennung der Kammerringe 24, 26 z. B. für Wartungszwecke zerstörungsfrei aus dem Maskenkörper 2 zu lösen oder auch in einen neuen Maskenkörper 2 einzusetzen.
Die Kammerringe 24, 26 umgeben radial umlaufend den Kammerinnenraum 7. Eingangsseitig, d. h. auf der vom Benutzer abgewandten Seite der Bestrahlungskammer 6, ist eine Filterkappe 28 mit mehreren Öffnungen angeordnet, die den Kammereingang 25 bilden. Die Öffnungen der Filterkappe 28 können natürlich auch gleichzeitig die Atemöffnung 4 bilden (hier nicht dargestellt). Zwischen der Filterkappe 28 und dem Kammerinnenring 26 ist ein Staubfilter 20 angeordnet, der im Bedarfsfall durch Demontage der Kammerringe 24, 26 leicht auswechselbar ist. Atemluft, die den Kammerinnenraum 7 durchströmt hat, kann die Bestrahlungskammer 6 durch den Kammerausgang 27 in Richtung der Atemkammer 3 wieder verlassen.
In dem Kammerinnenraum 7 ist ein Einbauring 29 angeordnet, auf dem zwei UV-LEDs 5 aufmontiert sind. Die Innenfläche des Einbaurings 29 ist als Trenneinrichtung 10 ausgebildet, die den Kammerinnenraum 7 in zwei fluidisch verbundene Kammerabschnitte 7a, 7b unterteilt. Auf diese Weise kann z. B. in dem ersten Kammerabschnitt 7a eine UV-C LED 5a und im zweiten Kammerabschnitt 7b eine UV-B LED 5b eingesetzt werden, ohne dass es zu einer ungünstigen Mischlichtbildung kommt. Gleichzeitig sorgt die Trenneinrichtung 10 für eine Umlenkung und zusätzliche radiale Strömungsführung der Atemluft beim Durchströmen des Kammerinnenraums 7, die in längeren Fließwegen unter UV-Bestrahlung und dementsprechend einer wirksameren Strahlungsdosis für pathogene Luftkeime resultiert.
In der Bestrahlungskammer 6 sind Abschirmeinrichtungen 8, 9 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel an den inneren Kammerring 26 angeformt sind und verhindern, dass das UV-Licht aus dem Kammerinnenraum 7 in Richtung des Kammereingangs 25 bzw. des Kammerausgangs 27 austreten kann. Die Bestrahlungskammer 6 weist in der Abschirmeinrichtung 9 einen Durchbruch 12 auf, der von außerhalb der Bestrahlungskammer 6 durch den Kammerausgang 27 sichtbar ist. In dem Durchbruch 12 ist ein transparentes Material 15 wie z. B. Glas angeordnet, das für UV-Licht undurchlässig ist. Auf der zum Kammerinnenraum 7 gewandten Seite weist das transparente Material 15 eine fluoreszierende Beschichtung 14 auf, die bei Bestrahlung mit UV-Licht längerwelliges sichtbares Licht durch das transparente Material 15 nach außen aussendet. Auf diese Weise kann die Funktion der UV-LEDs 5, 5a, 5b kontrolliert werden, ohne dass hierfür zusätzliche elektrische Einrichtungen erforderlich sind. Die Innenoberflächen 13 des Kammerinnenraums 7 sind mit einem UV-reflektierenden Material beschichtet (hier nicht dargestellt), wodurch sich die relative UV-Strahlungsleistung, die auf jeden Luftpartikel im Kammerinnenraum wirkt, um bis zu 98% steigern lässt, ohne dass zusätzliche Energie verbraucht wird. Geeignet ist z. B. eine Beschichtung mit Aluminiumfolie oder eine Aluminiumschicht, die durch thermisches Aufdampfen erzeugt wird. Weitere geeignete UV-reflektierende Materialien sind dem Fachmann bekannt.
Die in 3 gezeigte Bestrahlungskammer 6 hat unter anderem den Vorteil, dass sich die photochemischen Wirkungen von UV-LEDs 5, 5a, 5b mit unterschiedlichen UV-Emissionsspektren besonders effektiv kombinieren lassen, wodurch eine hohe Dekontaminationsleistung bei gleichzeitiger Wirkung gegenüber einem breiten Spektrum an pathogenen Luftkeimen erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Bestrahlungskammer 6 beispielsweise im Spritzgussverfahren aus z. B. thermoplastischen oder duroplastischen Standardkunststoffen in großer Stückzahl kostengünstig herstellen lässt und dadurch z. B. auch zum Nachrüsten herkömmlicher Halbmasken geeignet ist.

Claims

Eine Atemschutzmaske (1) mit einem Maskenkörper (2), der eine zur Aufnahme von Mund und/oder Nase eines Benutzers ausgebildete Atemkammer (3) aufweist, einer Atemöffnung (4), die mit der Atemkammer (3) in einer fluidischen Verbindung steht, und mindestens einer ultraviolett emittierenden Lichtquelle (5, 5a, 5b), mit der Atemluft beim Durchströmen der fluidischen Verbindung mit Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist, wobei zwischen der Atemöffnung (4) und der Atemkammer (3) eine Bestrahlungskammer (6) mit einem Kammerinnenraum (7) angeordnet ist, der zumindest einen Teil der fluidischen Verbindung bildet, und die ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) dazu eingerichtet ist, den Kammerinnenraum (7) zumindest teilweise mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungskammer (6) einen von außen zumindest teilweise sichtbaren Durchbruch (12) aufweist, der mit einem fluoreszierenden Material (14) bestückt und so angeordnet ist, dass das fluoreszierende Material (14) von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle (5, 5a, 5b) mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist und bei Beaufschlagung mit der Ultraviolettstrahlung sichtbares Licht durch den Durchbruch (12) nach außen abgibt.
Die Atemschutzmaske (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungskammer (6) den Kammerinnenraum (7) mehrseitig für die Ultraviolettstrahlung undurchlässig umgibt.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kammerinnenraum (7) und der Atemkammer (3) und/oder zwischen dem Kammerinnenraum (7) und der Atemöffnung (4) eine Abschirmeinrichtung (8, 9) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, die Ultraviolettstrahlung in Richtung der Atemkammer (3) und/oder in Richtung der Atemöffnung (4) zumindest teilweise abzuschirmen.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) zumindest teilweise in der Bestrahlungskammer (6) und/oder in dem Kammerinnenraum (7) angeordnet ist, sodass die Atemluft beim Durchströmen der fluidischen Verbindung in dem Kammerinnenraum (7) direkt von der ultraviolett emittierenden Lichtquelle (5, 5a, 5b) mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) so angeordnet ist, dass mindestens 80% des Kammerinnenraums (7) mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar sind.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerinnenraum (7) ein Volumen von mindestens 125 mm³ aufweist und/oder sich über eine lichte Länge und/oder eine lichte Breite von mindestens 5,0 mm erstreckt.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die fluidische Verbindung über eine mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbare Bestrahlungsstrecke von mindestens 10 mm Länge durch den Kammerinnenraum (7) erstreckt.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemschutzmaske (1) mindestens eine erste und eine zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) aufweist, die vorzugsweise so angeordnet sind, dass der Kammerinnenraum (7) aus zwei verschiedenen Richtungen mit der Ultraviolettstrahlung beaufschlagbar ist.
Die Atemschutzmaske (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) dazu ausgebildet ist, den Kammerinnenraum (7) zumindest teilweise mit Ultraviolettstrahlung einer anderen Wellenlänge als die zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) zu beaufschlagen.
Die Atemschutzmaske (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerinnenraum (7) mindestens einen ersten und einen zweiten Kammerabschnitt (7a, 7b) aufweist, die durch eine für die Ultraviolettstrahlung und/oder für die Atemluft undurchlässiges Trenneinrichtung (10) zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei die erste ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) dazu eingerichtet ist, den ersten Kammerabschnitt (7a, 7b) mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen, und die zweite ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) dazu eingerichtet ist, den zweiten Kammerabschnitt (7a, 7b) mit der Ultraviolettstrahlung zu beaufschlagen.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerinnenraum (7) eine oder mehrere Innenoberflächen (13) aufweist, die ein Ultraviolettstrahlung reflektierendes Material umfassen und/oder mit einem Ultraviolettstrahlung reflektierenden Material beschichtet sind.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemschutzmaske (1) eine elektrische Energieversorgung (16) und eine Schalteinrichtung umfasst, die mit der mindestens einen ultraviolett emittierenden Lichtquelle (5, 5a, 5b) betriebsfähig verbunden sind, wobei die Schalteinrichtung mindestens einen Sensor (18, 19) aufweist, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Lageänderung der Atemschutzmaske (1) und/oder einer Luftdruckänderung in der Atemkammer (3) ein Signal für die Schalteinrichtung zu erzeugen, welches die ultraviolett emittierenden Lichtquelle (5, 5a, 5b) ein- oder ausschaltet.
Die Atemschutzmaske (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18, 19) dazu eingerichtet ist, bei einem Druckanstieg in der Atemkammer (3), der durch ein Ausatmen des Benutzers erfolgt, ein Signal für die Schalteinrichtung zu erzeugen, welches die ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) ausschaltet.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer von dem Benutzer abgewandten Außenseite der Atemöffnung (4) und/oder zwischen der Atemöffnung (4) und der Bestrahlungskammer (6) eine Filtereinrichtung (20) auswechselbar angeordnet ist.
Die Atemschutzmaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine ultraviolett emittierende Lichtquelle (5, 5a, 5b) eine Strahlungsleistung von mindestens 3 W und/oder die Ultraviolettstrahlung eine Wellenlänge zwischen 100 nm und 280 nm oder zwischen 250 nm und 275 nm aufweist.