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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Strahlpumpe, insbesondere zum Beimischen
von Luft zu einem Wasser-, Wasser/Schaummittel-, Netzmittelgemischstrahl
oder dergleichen, mit einem Wassereinlass, einem Auslass für das Wasser-Luft-Gemisch
und einem zwischen Einlass und Auslass angeordneten Saugraum mit
einer Treibdüse,
einer Fangdüse
und einem Lufteinlass.
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Solche
Strahlpumpen sind bekannt und können
als einfache Pumpen zum Ansaugen, Absaugen oder Beimischen von Gasen
oder Flüssigkeiten
zu einer strömenden
Flüssigkeit
verwendet werden.
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Eine
Strahlpumpe kann beispielsweise mit Wasser betrieben werden. Das
Wasser gelangt durch eine Treibdüse
in den Saugraum. Durch die Fliessgeschwindigkeit des Wassers innerhalb
der Treibdüse entsteht
an der Mündung
der Treibdüse
ein freier Wasserstrahl innerhalb des Saugraums.
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Durch
die Strahlgeschwindigkeit wird die in dem Saugraum vorhandene Luft
mitgerissen und dem Strahl beigemischt, so dass in dem Saugraum ein
Unterdruck entsteht, der eine erneute Luftansaugung durch eine Lufteinlassöffnung bewirkt.
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Der
Wasserstrahl gelangt am anderen Ende der Mischkammer in eine Fangdüse und von
dort zum Auslass der Strahlpumpe.
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Solche
Strahlpumpen können
jedoch nur wenig Luft aufnehmen, weshalb sie nicht geeignet sind, wenn
möglichst
viel Luft beigemischt werden soll und insbesondere auch nicht, wenn
Gegendruck am Ausgang besteht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Strahlpumpe zum Beimischen von Gas
in einen Wasser-, Wasser/Schaummittel- oder Netzmittelgemischstrahl zu schaffen,
die eine größere Gasmenge
beimischen, in der Fangdüse
Schaum bilden, diese im Kompressionsraum verdichten und universell
verwendet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere
dadurch gelöst,
dass die Strahlpumpe wenigstens zwei parallele Treibdüsen aufweist,
dass vor den Einlass-Öffnungen
der Treibdüsen
jeweils ein Leitkegel angeordnet ist, dass jeder Treibdüse eine separate
Fangdüse
nachgeordnet ist und den Fangdüsen
ein gemeinsamer Kompressionsraum nachgeschaltet ist, wobei zwischen
den Fangdüsen
und dem Kompressionsraum ein kontinuierlicher Übergang gebildet ist.
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Die
erfindungsgemäße Strahlpumpe
weist mindestens zwei parallele Treibdüsen auf, die vom Wasser durchströmt werden.
Bei insgesamt gleicher Größe der Strahlpumpe
sind die einzelnen Treibdüsen
entsprechend kleiner ausgeführt,
als eine einzelne Treibdüse.
Durch den geringeren Durchmesser der Treibdüsen entsteht eine größere Fließgeschwindigkeit
des Wassers innerhalb der Treibdüsen.
Beim Austritt des Wassers aus den Treibdüsen in die gemeinsame Mischkammer
hat dadurch der entstehende Wasserstrahl eine größere Geschwindigkeit, wodurch unmittelbar
mehr Luft angesaugt wird.
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Durch
die Leitkegel vor den Einlass-Öffnungen
der Treibdüsen
erfolgt eine Verwirbelung der Wasserströmung, die dadurch von einer
eingangs laminaren in eine turbulente Strömung überführt wird. Beim Austritt aus
den Treibdüsen
entsteht dadurch ein Strahl bestehend aus einer großen Menge
kleiner Tropfen, die eine große
Oberfläche
aufweisen und dadurch mehr Luft mitreißen. Die in der Mischkammer
angesaugte Luft wird dadurch besser dem Wasser-, Wasser/Schaummittel-
oder Netzmittelgemischstrahl beigemischt. Durch diese beiden Maßnahmen kann
dem Wasser insgesamt mehr Luft beigemischt werden.
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Der
Wasserstrahl gelangt nach dem Saugraum in die Fangdüsen, die
ebenfalls für
jeden Wasserstrahl separat ausgeführt sind. Die Eintrittsöffnungen
der Fangdüsen
an der Mischkammer sind typischerweise größer als die Mündungsöffnungen
der Treibdüsen.
Dadurch wird sichergestellt, dass der mit Luft angereicherte Wasser-,
Wasser/Schaummittel- oder Netzmittelgemischstrahl vollständig in
die jeweilige Fangdüse
gelangt. Durch die große
Verwirbelung entsteht in der Fangdüse ein homogener, feinblasiger Löschschaum.
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Die
Fangdüsen
münden
am Ende der Strahlpumpe in einen gemeinsamen Kompressionsraum. Der Übergang
zwischen Fangdüsenmündung und Kompressionsraum
ist bevorzugt kontinuierlich ausgeführt. Das heißt, der
Innendurchmesser des Kompressionsraums entspricht genau dem Umkreis
um alle Fangdüsenmündungen.
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Zweckmäßigerweise
befindet sich im axialen Zentrum des Kompressionsraums ein Ablenkdorn, der
im wesentlichen einen Inkreis innerhalb der Fangdüsenmündungen
beschriebt.
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Das
heißt
auch, dass bei der Betrachtung eines durch die Mittellängsachse
der Strahlpumpe führenden
Längsschnitts
durch eine Fangdüse
und den Kompressionsraum, die Fangdüsenwand und die Kompressionsraum-Wand
eine Linie ohne eine Stufe oder einen Absatz bildet.
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Dadurch
kann sich das Wasser beim Austritt aus den Fangdüsen und damit beim Eintritt
in den Kompressionsraum lediglich etwas zur Seite ausdehnen, so
dass nur eine geringe Verwirbelung stattfindet. Dadurch wird die
letztendlich am Ausgang der Strahlpumpe erreichbare Strömungsgeschwindigkeit am
Teller der Hohlstrahldüse
gegenüber
dem Stand der Technik wesentlich erhöht. Vor allem wird der im Kompressionsraum
erreichbare Gegendruck erhöht. Dies
führt dazu,
dass eine hohe Austrittsgeschwindigkeit erreicht wird und dadurch
gegenüber
herkömmlichen
Geräten
zu einer höheren
Wurfweite führt.
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Der
Ablenkdorn erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge des
Kompressionsraums und weist am Strahlpumpenausgang eine Drossel auf,
beispielsweise eine im wesentlichen konische Verbreiterung, so dass
zwischen der Kompressionsraum-Innenwand
und dem Ablenkdorn nur ein dünner
Austrittsspalt gebildet wird. Vorzugsweise kann der Austrittsspalt
veränderbar
sein, beispielsweise durch axiales Verschieben der Kompressionsraum-Wand,
wodurch der Druck und die Austrittsgeschwindigkeit einstellbar sind.
Die Drossel ist dabei vorzugsweise einstückig mit dem Ablenkdorn ausgebildet,
wobei der Übergang
zwischen Ablenkdorn und Drossel ebenfalls kontinuierlich verläuft, das
heißt
es sind keine Stufen oder Spalte im Strömungsverlauf vorhanden, die
einen Strömungs-Widerstand darstellen
könnten.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die
Treibdüsen
in Durchflussrichtung konisch verjüngen. Durch die konisch zulaufende
Form der einzelnen Treibdüsen
erhöht
sich in jeder Döse
die Fließgeschwindigkeit
des Wassers zunehmend. Die Mündungsöffnung der
Treibdüse
zur Mischkammer weist daher einen, im Vergleich zur Anschlussöff nung der
Strahlpumpe um ein Vielfaches kleineren Durchmesser auf. Die Geschwindigkeit,
mit der das Wasser in die Mischkammer schießt, ist daher um ein Vielfaches
größer als
bei Strahlpumpen mit nur einer zylindrischen Treibdüse.
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Eine
weitere Ausführung
der Erfindung sieht vor, dass die Fangdüsen einen Bereich aufweisen,
in dem sich der Durchmesser in Durchflussrichtung konisch vergrößert. Die
Fangdüsen
sind üblicherweise über die
gesamte Länge
im wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet. Damit jedoch der Übergang
zur Kompressionskammer übergangslos
gestaltet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Fangdüsen im Bereich
der Mündung
in die Kompressionskammer eine konische Vergrößerung aufweisen. Dadurch kann
die Kompressionskammer, trotz kontinuierlichem Übergang, ein größeres Volumen
aufweisen.
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Die
Verjüngung
der Treibdüsen
und/oder die Erweiterung der Fangdüsen kann auch in einer anderen
Form, beispielsweise exponentiell oder parabolisch, erfolgen, jedoch
ist die Herstellung konischer Öffnungen
einfacher.
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Die
erfindungsgemäße Strahlpumpe
ist für die
Beimischung von Gasen oder Flüssigkeiten
zu einem Wasserstrahl optimiert. Sie kann in dieser Form jedoch
auch zum An- oder Absaugen von Flüssigkeiten oder Gasen benutzt
werden.
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Eine
vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Strahlpumpe ist die Erzeugung
von Druckluft. Diese Anwendung eignet sich insbesondere für Feuerwehren
bei Löscheinsätzen, da
mit dem Löschwasser
die Möglichkeit
besteht, ohne zusätzlichen Aufwand
auch Druckluft zu erzeugen. Die Druckluft kann dann zur Löschschaumbereitung
und/oder auch für
den Betrieb von hydraulischen Werkzeugen, wie beispielsweise Spreizern
oder Scheren, verwendet werden. Das Mitführen eines zusätzlichen
Kompressors kann somit entfallen.
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Dazu
wird die erfindungsgemäße Strahlpumpe
mit dem Ausgang einer Wasserpumpe, vorzugsweise einer Hochdruckpumpe,
verbunden, wie sie bei Löscheinsätzen häufig im
Einsatz ist. Der Ausgang der Strahlpumpe wird mit einem Separator
verbunden, in dem die in der Strahlpumpe dem Wasser beigemengte
Luft wieder vom Wasser getrennt wird. Die so gewonnene Druckluft
kann über
ein Leitungs- und/oder Verteilersystem einem oder mehreren Verbrauchern
zugeführt
werden. Das abgetrennte Wasser kann danach zu Löschzwecken weiterverwendet werden
oder es wird wieder dem Pumpenkreislauf zugeführt, so dass eine erneute Anreicherung
mit Druckluft stattfinden kann. Auf diesem Wege ist es möglich, mit
relativ wenig Brauchwasser eine kontinuierliche Druckluftversorgung
zu gewährleisten.
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Für die Gewinnung
von Druckluft ist die erfindungsgemäße Strahlpumpe insbesondere
durch die erhöhte
Luftbeimengung und den größeren Ausgangsdruck
besonders gut geeignet.
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Eine
weitere Ausführung
der Erfindung sieht vor, die Strahlpumpe direkt als Löschpistole
zur Brandbekämpfung
zu verwenden. Dazu kann am Ausgang der Strahlpumpe eine Strahlführung angeordnet
werden, um den Löschwasserstrahl
steuern zu können.
Beispielsweise kann eine axial verschiebbare Hülse auf die Kompressionsraum-Wand
geschoben werden, wobei durch Verschieben der Hülse zwischen Voll- und Sprühstrahl
stufenlos gewählt werden
kann.
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Die
so gebildete Löschpistole
weist aufgrund der vorgenannten Vorteile eine erhöhte Auswurfweite auf,
wodurch ein gezielter Löschwassereinsatz
auch aus größeren und
daher sichereren Entfernungen erfolgen kann.
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Bevorzugt
können
an dem Sauggehäuse
die Mengen an Luft und Schaumextrakt geregelt werden, wodurch die
Schaumleistung stufenlos einstellbar ist.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Strahlpumpe,
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2 eine
Detailansicht der Strahlpumpe im Bereich des Einlasses,
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3 eine
Vorderansicht der Strahlpumpe,
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4 eine
Detailansicht der Strahlpumpe im Bereich der Kompressionskammer,
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5 einen
Querschnitt durch die Kompressionskammer,
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6 eine
Detailansicht eines Leitkegels,
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7 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Löschpistole,
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8 einen
Längsschnitt
durch eine weitere Ausführung
einer erfindungsgemäßen Löschpistole und
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9 ein
Schema einer Druckluft-Schaum-Anlage mit einer erfindungsgemäßen Strahlpumpe.
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1 zeigt
eine im Ganzen mit 1 bezeichnete, erfindungsgemäße Strahlpumpe,
insbesondere für
den Feuerwehr-Einsatz. Die Strahlpumpe 1 weist einen Einlass 2 auf,
an dem Wasser in die Strahlpumpe 1 geleitet werden kann.
Das Wasser kann dabei in einem Schlauch von einer Normaldruck- oder
Hochdruck-Wasser pumpe zu der Strahlpumpe 1 gefördert werden.
Der Einlass 2 kann dazu einen beliebigen Anschluss für einen
Schlauch aufweisen.
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In
den 2 ist der Einlass 2 der Strahlpumpe vergrößert dargestellt.
Der Einlass 2 weist einen kreisrunden Treibdüsen-Körper 3 auf.
Am Außenumfang
des Treibdüsen-Körpers 3 ist
ein Einlassstutzen 4 passgenau angeordnet, an dem der Schlauchanschluss
angeordnet sein kann und der somit die Schnittstelle zu einem Wasser
liefernden Aggregat bildet. In dem Treibdüsen-Körper 3 sind kreisförmig um
die Mittellängsachse
neun Treibdüsen 5 angeordnet.
Vor jeder Treibdüsen-Öffnung ist
ein Leitkegel 6 angeordnet, der bis etwa zur Hälfte in
die Treibdüse hineinragt.
Die einzelnen Leitkegel 6 sind geschlitzt (6)
und in den Konus der Treibdüse
eingesetzt.
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Der
Leitdorn 7 sitzt auf oder vor dem Treibdüsen-Körper 3 und
leitet das einströmende
Wasser in die Treibdüsen 5.
Dazu weist der Leitdorn 7 eine in Strömungsrichtung konisch verbreiterte
Form auf, wobei der größte Durchmesser
dem Inkreis 9 der kreisförmig angeordneten Treibdüsen 5 entspricht (3).
Der Übergang
zwischen dem Leitdorn 7 und den Treibdüsen 5 ist dadurch
kontinuierlich und übergangslos.
Die Leitkegel 6 weisen eine Doppelkegel-Form auf, wobei
der eingangsseitige Kegel 10 im Durchmesser in etwa der
Einlassöffnung
der Treibdüse
entspricht. Auf der Treibdüsen-Seite
des Doppelkegels ist der Durchmesser geringer und der Treibdüsen-Kegel 11 hat
eine von einer Kegelform abweichende langgezogene Form mit Schlitzen 12,
die 5 Grad Neigung gegenüber
der Längsachse
aufweisen (6) um einen Drall und dadurch
größere Verwirbelung
zu erzeugen sowie einer konkaven Verjüngung 12, wobei der
Teil des Treibdüsen-Kegels 11 mit den
Schlitzen 12 koaxial innerhalb der Treibdüse 3 angeordnet
ist.
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Die
Leitkegel 6 bewirken eine Verwirbelung des einströmenden Wassers
beim Eintritt in die Treibdüsen 5.
Die Treibdüsen 5 sind
jeweils identisch ausgebildet, wobei der Durchmesser der einzelnen Treibdüsen im Vergleich
zum Durchmesser des Einlass-Stutzens 4 wesentlich geringer
ist. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers innerhalb der Treibdüsen 5 stark
erhöht.
Eine konische Verjüngung
der Treibdüse 5 über nahezu
die gesamte Länge
des Treibdüsen-Körpers 3 verstärkt diesen Effekt
zusätzlich.
Am Ende der Treibdüse 5 ist
ein kurzes zylindrisches Teilstück 8 angeordnet,
das die Mündungsöffnung bildet,
aus der das Wasser als Strahl aus der Treibdüse 5 austritt.
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An
dem Treibdüsen-Körper 3 ist
ein, im Vergleich zum Einlassstutzen 4 langer Fangdüsen-Körper 14 befestigt,
der neun Fangdüsen 15 aufweist, die
genau koaxial gegenüber
den Treibdüsen 5 ausgerichtet
sind.
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Zwischen
den Treibdüsen-Mündungen 8 und den
Fangdüsen-Öffnungen 17 ist
eine Lücke 18,
die einen zur Umgebung offenen Saugraum bildet. Das stark beschleunigte
Wasser schießt
aus den engen Mündungsöffnungen 8 der
Treibdüsen 5 in
den Saugraum 18 und bildet dort einen freien Strahl. Der Wasserstrahl
saugt Luft aus der Umgebung an und reißt diese mit sich. Durch die
turbulente Strömung des
Wassers, die durch die Leitkegel 6 erzeugt wird, entsteht
eine Verwirbelung, durch die die Luft auch in das Innere des Wasserstrahls
gelangt. Dadurch kann der Wasserstrahl mehr Luft aufnehmen. Am Ende des
Saugraumes 18 gelangt der Wasser-Luft-Strahl in die Öffnung 17 der entsprechenden
Fangdüse 15. Die Öffnung der
Fangdüse 15 ist
etwas größer als
die Mündungsöffnung 8 der
Treibdüse 5,
damit der auf der Strecke durch den Saugraum 18 leicht
aufgefächerte
Strahl komplett aufgenommen werden kann. Im Weiteren folgt ein zylindrisches Teil,
wo das homogene feinblasige Schaummittel gebildet wird (Schaumveredelungsstrecke).
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An
die Fangdüsen 15 schließt sich
ein Kompressionsraum 20 an, der durch einen Verstellzylinder 21 umschlossen
wird und in dem ein zentraler Leitdorn 22 angeordnet ist.
Sowohl der Verstellzylinder 21 als auch der Leitdorn 22 sind
mit dem Fangdüsen-Körper 14 verbunden,
wobei der Verstellzylinder 21 in axialer Richtung verschiebbar
ist. In 4 ist der Kompressionsraum 20 vergrößert dargestellt. Der
zentrale Leitdorn 22 ist mit seinem Außendurchmesser an den Inkreis
der Fangdüsen-Mündungen 23 angepasst,
so dass die Fangdüsen 15 übergangslos
in den Kompressionsraum 20 übergehen. Die Fangdüsen 15 weisen
an ihren Enden jeweils eine konische Verbreiterung 19 auf,
so dass der Kompressionsraum ein größeres Volumen hat.
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Ebenso
ist der Innendurchmesser des Verstellzylinders 21 an den
Umkreis um die Fangdüsen 15 angepasst,
so dass die aus den Fangdüsen 15 austretenden
Wasserstrahlen nur wenig Raum haben, sich außerhalb der Hauptstrahlrichtung
zu verbreitern. 5 zeigt einen Querschnitt durch
den Kompressionsraum 20, wobei die jeweils zwischen den
einzelnen Fangdüsen-Mündungen 23 verbleibenden,
etwa dreieckigen Hohlräume 24 sichtbar sind,
in die sich das austretende Wasser ausbreiten kann. Der Einfluss
dieser Hohlräume 24 ist
jedoch sehr gering.
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Der
Leitdorn 22 verjüngt
sich in Strömungsrichtung
etwa konisch, wodurch das Volumen des Kompressionsraumes 20 vergrößert wird.
Dadurch verliert der Wasserstrahl an Geschwindigkeit, gewinnt aber
in gleichem Maß an
Druck hinzu. Der Leitdorn 22 ist übergangslos mit einem Ablenkdorn 25 verbunden,
der als eine im wesentlichen konische Verbreiterung des Leitdorns 22 ausgeführt ist.
Ein Spalt 26 zwischen dem Ablenkdorn 25 und dem
Verstellzylinder 21 bildet eine Austrittsdüse für den Wasser-Luft-Strahl.
Durch axiales Verschieben des Verstellzylinders ist der Austritts-Spalt 26 und
damit auch der Strahl veränderbar.
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Der
Treibdüsen-Körper 3 und
der Fangdüsen-Körper 14 weisen
jeweils eine zentrale Durchgangsbohrung auf, durch die eine zentrale
Befestigungsschraube in das Gewinde 13 in dem Leitdorn 22 einschraubbar
ist. Durch wenigstens einen Lagestift 16 ist sichergestellt,
dass die Fangdüsen 15 exakt
gegenüber
den Treibdüsen 5 ausgerichtet
sind.
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Die 7 zeigt
eine Löschpistole 30,
die im wesentlichen der in 1 gezeigten
Strahlpumpe 1 entspricht. Am Kompressionsraum 20 ist
eine zusätzliche,
auf den Umfang aufschiebbare, verstellbare Hülse 27 angeordnet,
die zur Regulierung des Wasser-Luft-Strahls dient. Durch Verschieben
der Hülse 27 in
axialer Richtung kann der austretende Wasser-Luft-Strahl stufenlos
zwischen Voll- und Sprühstrahl
eingestellt werden. Weiterhin ist um den Saugraum 18 ein
Sauggehäuse 28 angeordnet,
durch das die Ansaugung von Luft gezielt durch eine Ansaugöffnung 29 erfolgt.
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In 8 ist
eine weitere Ausführung
einer Löschpistole 38 gezeigt,
die im wesentlichen wie die Löschpistole 30 der 7 aufgebaut
ist, jedoch an der Wasser-Einlass-Seite einen Pistolen-Handgriff 39 aufweist,
an dem durch einen Auslöser 41 die Wassermenge
regelbar ist. Am Auslass-Ende ist ein weiterer Handgriff 40 zur
unterstützenden
Handhabung der Löschpistole 38 angeordnet.
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9 zeigt
schematisch, wie eine erfindungsgemäße Strahlpumpe 1 bei
einem Löscheinsatz
zur Drucklufterzeugung eingesetzt werden kann. Von wenigstens einer
Wasserentnahmestelle 31 wird Wasser von einer Hochdruckpumpe 32 angesaugt. Die Wasserentnahmestelle 31 kann
dabei eine offene Wasserstelle, ein Hydrant, ein Tankfahrzeug oder eine
andere beliebige Wasserquelle sein. Zusätzlich kann die Hochdruckpumpe 32 durch
eine Normaldruckpumpe 33 gespeist werden, die aus der gleichen
oder einer anderen Wasserquelle versorgt wird. Die Normaldruckpumpe 33 liefert
Löschwasser
mit einem Druck bis zu 10 bar. An die Hochdruckpumpe 32,
die eine Förderleistung
bis zu 400 l/min und 40 bar bis 60 bar Ausgangsdruck aufweist, ist
die erfindungsgemäße Strahlpumpe 1 angekoppelt.
In der Strahlpumpe 1 wird dem Wasser der Hochdruckpumpe 31,
wie zuvor beschrieben, Luft beigemengt. Diese beigemengte Luft wird
in dem, an den Auslass der Strahlpumpe 1 angeschlossenen
Separator 34 wieder von dem Wasser getrennt, wobei die
abgetrennte Luft immer noch einen hohen Druck aufweist. Das getrennte
Wasser wird an den Eingang der Normaldruckpumpe 33 zurückgeführt oder über eine
Turbopumpe 35 zur Aufbereitung eines Schaumextraktes verwendet.
Die Turbopumpe 35 hat beispielsweise eine Förderleistung
von 200 l/min bis 400 l/min Wasser und bis zu 20 l/min Schaumextrakt,
wobei hier jedoch kein großer
Druck erzielt wird. Das Schaumextrakt wird über einen Zumischer 36 mit
Druckregler erzeugt und dem Normaldruckwasser der Normaldruckpumpe 33 zugeführt. Die
Wasser-Schaumextrakt-Mischung wird einem Schaumrohr 37 zugeführt, das
zusätzlich
mit dem Druckluftausgang des Separators 34 verbunden ist.
In dem Schaumrohr 37 wird durch die Druckluft das Schaumextrakt
aufgeschäumt
und so der Druckluft-Lösch-Schaum
aufbereitet.