DE102017011738B4

DE102017011738B4 - Versuchsanordnung und Verfahren zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines Mittelschaumes

Info

Publication number: DE102017011738B4
Application number: DE102017011738.1A
Authority: DE
Inventors: Marius Frank; Hans-Heinrich Backeberg
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: DE102017011738A1

Abstract

Versuchsanordnung (1) zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes, mit folgenden Merkmalen:a) die Versuchsanordnung (1) weist mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen (10) mit jeweils einem mindestens 2500 l fassenden Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum auf,b) jede Schaumfüllbehälteranordnung (10) weist ein Chassis (11) auf, derart, dass zwischen dem jeweiligen Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum und dem Chassis (11) Gewichtssensoren (60) angeordnet sind,c) die Gewichtssensoren (60) eingerichtet sind, zeitbezogene Gewichtsdaten des jeweiligen Auffangbehälters (15) zu ermitteln, um mit den zeitbezogenen Gewichtsdaten die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen,d) jeder Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum weist an einer tiefsten Stelle einen Auslass (16) auf, der für einen Schaum dicht und für eine Flüssigkeit durchlässig ist,e) die Versuchsanordnung (1) weist ferner zu einer Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes ein Schaumrohr (20) auf, das an eine Schaumrohrdruckpumpe (30) angeschlossen ist, die an einen Vorratsbehälter (40) zur Aufnahme einer Schaummittellösung (41) angeschlossen ist,f) die Schaumrohrdruckpumpe (30) ist eine stufenlos verstellbare, elektrische Schaumrohrdruckpumpe (30),g) die Schaumrohrdruckpumpe (30) ist derart ausgebildet, dass sie in einem Versuchsbetrieb auf eine Förderleistung einstellbar ist, die zwischen 350 und 450 l/min liegt,h) die Versuchsanordnung (1) weist ferner einen zwischen der Schaumrohrdruckpumpe (30) und dem Schaumrohr (20) angeordneten Durchflusssensor (80) zur Regelung der Schaumrohrdruckpumpe (30) auf,i) die Versuchsanordnung (1) weist ferner einen Computer (50) auf, der eingerichtet ist, die zeitbezogenen Gewichtsdaten der Gewichtssensoren (60) zu verarbeiten und die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Versuchsanordnung zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines Mittelschaumes. Die Verschäumungszahl ist der Quotient zwischen dem Volumen des fertigen Schaums und dem Volumen des ursprünglichen Wasser-Schaummittel-Gemisches. Die Wasserhalbzeit gibt an, in welcher Zeit die Hälfte der ursprünglich im Schaum enthaltenen Flüssigkeit (Schaummittel und Wasser) ausgetreten ist. Bei der Feuerwehr werden die Löschschäume primär nach ihrer Verschäumungszahl in drei Kategorien eingeteilt: Schwerschaum, Mittelschaum und Leichtschaum. Mittelschaum weist eine Verschäumungszahl von über 20 bis 200 auf.
Aus einer Dissertation (Michael Staubach, M.Sc., „Bestimmung von Einflussparametern auf die Fließfähigkeit von Feuerlöschschäumen bei gleicher Verschäumungszahl", Bergische Universität Wuppertal, 2011, D468) ist eine Versuchsanordnung und eine Verfahren zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes bekannt. Die in der Dissertation beschriebene Versuchsanordnung zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes weist folgende Merkmale auf:

• die Versuchsanordnung umfasst eine Schaumfüllbehälteranordnung,
• die Schaumfüllbehälteranordnung umfasst einen Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum und eine Waage, um zeitbezogene Gewichtsdaten des Auffangbehälters zu ermitteln, um mit den zeitbezogenen Gewichtsdaten die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen,
• der Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum weist an einer tiefsten Stelle einen Auslass auf, der für einen Schaum dicht und für eine Flüssigkeit durchlässig ist,
• die Versuchsanordnung weist ferner zu einer Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes ein Schaumrohr auf, das an eine Schaumrohrdruckpumpe angeschlossen ist, die an einen Vorratsbehälter zur Aufnahme einer Schaummittellösung angeschlossen ist. Die bekannte Versuchsanordnung und das bekannte Verfahren weisen folgende Nachteile auf:
- • Um einen Mittelwert zu bilden, sind drei Versuche für eine Mittelwertbildung notwendig. Da nur ein Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum zur Verfügung steht, muss nach jedem Versuch die Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes unterbrochen werden, wobei große Mengen an zu entsorgender Schaummittellösung entstehen, weil vor jedem Versuch das Schaumrohr neu in Betrieb zu nehmen ist.
- • Der Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum fasst lediglich 200 I. Dies ist realitätsfern.
- • Personalintensiv ist es, zeitbezogene Gewichtsdaten des Auffangbehälters von der Waage abzulesen, um mit den zeitbezogenen Gewichtsdaten die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen.
- • Die Schaumrohrdruckpumpe, die das Schaumrohr mit der Schaummittellösung versorgt, weist keine realistischen und reproduzierbaren Werte im Hinblick auf die Höhe und Konstanz der Förderleistung auf.

Daneben zeigt die RU 2 443 445 C1 eine Versuchsanordnung zum Testen eines stationären Löschschaum-Mischers. Bei der RU 2 443 445 C1 geht es nicht um die um die Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes.
Ferner zeigt die US 5 857 627 A eine Ausbildung eines einen Mittelschaum erzeugenden Schaumrohres für einen Handfeuerlöscher.
Schließlich zeigt die CN 106 990 014 A eine Versuchsanordnung zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes eines Handfeuerlöschers. Die Versuchsanordnung weist eine Schaumfüllbehälteranordnung mit zwei Auffangbehältern für einen zu testenden Mittelschaum auf. Die Schaumfüllbehälteranordnung weist ein Chassis auf, derart, dass zwischen den beiden Auffangbehältern für einen zu testenden Mittelschaum und dem Chassis Gewichtssensoren angeordnet sind. Die Gewichtssensoren ermitteln zeitbezogene Gewichtsdaten der beiden Auffangbehälter. Der Handfeuerlöscher weist zu einer Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes ein Schaumrohr auf. Die Versuchsanordnung weist ferner einen Computer auf, der zeitbezogene Sensordaten der Gewichtssensoren verarbeitet und die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit berechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine aus der vorgenannten Dissertation bekannte Versuchsanordnung und ein aus der vorgenannten Dissertation bekanntes Verfahren so weiterzubilden, dass eine gut handhabbare und realitätsnahe Versuchsdurchführung bei geringem Personaleinsatz und geringer Umweltbelastung erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, der auf eine Versuchsanordnung gerichtet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 4 gelöst, der auf ein Verfahren gerichtet ist.
Die Vorteile der Erfindung resultieren aus folgenden Merkmalen:

• Die Versuchsanordnung umfasst mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen. Werte von drei Schaumfüllbehälteranordnungen erlauben eine Mittelwertbildung. Es entsteht sehr wenig belastetes Abwasser, weil die drei Schaumauffangbehälter nacheinander befüllt werden, ohne dass große Mengen an „Abfallschaum“ entstehen.
• Jede Schaumfüllbehälteranordnung weist einen mindestens 2500 l fassenden Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum auf. Dies erlaubt eine realitätsnahe Erprobung und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen.
• Jede Schaumfüllbehälteranordnung weist ein Chassis auf, derart, dass zwischen dem Auffangbehälter für einen zu testenden Mittelschaum und dem Chassis Gewichtssensoren angeordnet sind. Bei dieser Art von Konstruktion werden der Auffangbehälter und die Gewichtssensoren sicher von dem Chassis gehaltert.
• Die Schaumrohrdruckpumpe ist eine stufenlos verstellbare, elektrische Schaumrohrdruckpumpe. Sie ist derart ausgebildet, dass sie in einem Versuchsbetrieb auf eine Förderleistung einstellbar ist, die zwischen 350 und 450 l/min liegt. Dies erlaubt wiederum eine realitätsnahe Erprobung und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen, weil Schaumrohre für einen Einsatz für eine derartige Förderleistung ausgelegt sind.
• Die Versuchsanordnung weist ferner einen Computer auf, der zeitbezogene Sensordaten der Gewichtssensoren verarbeitet und die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit berechnet. Hierdurch automatisiert sich die Auswertung. Zeit und Personal werden eingespart. Ferner werden sehr genaue Ergebnisse erzielt.
• Die Versuchsanordnung weist ferner einen zwischen der Schaumrohrdruckpumpe und dem Schaumrohr angeordneten Durchflusssensor zur Regelung der Schaumrohrdruckpumpe auf, um im Versuchsbetrieb eine konstante Förderleistung zu erhalten, was zu reproduzierbaren Werten führt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Versuchsanordnung 1 ferner einen Drucksensor auf, der den erzeugten Druck der stufenlos verstellbaren, elektrischen Schaumrohrdruckpumpe misst. Die Druckmessung dient der Überwachung der Versuchsanordnung und damit der Sicherheit. Eine Druckänderung kann beispielsweise anzeigen, wenn das Schaumrohr defekt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Chassis der mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen fahrbare Rollen auf, um die Handhabung zu erleichtern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt

1 eine Versuchsanordnung zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes, als Prinzipskizze.

Die 1 zeigt eine Versuchsanordnung 1 zur Ermittlung der Verschäumungszahl, der Wasserhalbzeit und der Wasserviertelzeit eines zu testenden Mittelschaumes.
Die Versuchsanordnung 1 umfasst drei Schaumfüllbehälteranordnungen 10. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur einer der drei Schaumfüllbehälteranordnungen 10 dargestellt. Es entsteht sehr wenig belastetes Abwasser, weil die drei Schaumauffangbehälter zur Mittelwertbildung nacheinander befüllt werden können, ohne dass große Mengen an „Abfallschaum“ entstehen.
Jede Schaumfüllbehälteranordnung weist einen mindestens 2500 I fassenden Auffangbehälter 15 für einen zu testenden Mittelschaum auf. Dies erlaubt eine realitätsnahe Erprobung und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen. Jede Schaumfüllbehälteranordnung 10 weist ein Chassis 11 auf, derart, dass zwischen dem Auffangbehälter 15 für einen zu testenden Mittelschaum und dem Chassis 11 Gewichtssensoren 60 angeordnet sind. Jedes Chassis 11 der mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen 10 weist einer guten Handhabbarkeit wegen fahrbare Rollen (nicht dargestellt) auf.
Jeder Auffangbehälter 15 für einen zu testenden Mittelschaum weist an einer tiefsten Stelle einen Auslass 16 mit einem Siphon 16a und einem Absperrhahn 16b auf. Nach einem Öffnen des Absperrhahnes 16b sorgt das Siphon 16a dafür, dass der Schaum zurückgehalten wird und das ausgeschiedene Wasser durchlaufen kann.
Die Versuchsanordnung 1 weist ferner zu einer Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes ein Schaumrohr 20 auf, das an eine Schaumrohrdruckpumpe 30 angeschlossen ist, die an einen Vorratsbehälter 40 zur Aufnahme einer Schaummittellösung 41 angeschlossen ist. Die Schaumrohrdruckpumpe 30 ist eine stufenlos verstellbare, elektrische Schaumrohrdruckpumpe. Sie ist in einem Versuchsbetrieb auf eine Förderleistung einstellbar, die zwischen 350 und 450 l/min liegt. Schaumrohre im Einsatz sind für eine derartige Förderleistung ausgelegt sind. Ein zwischen der Schaumrohrdruckpumpe 30 und dem Schaumrohr 20 angeordneter Durchflusssensor 80 dient der Regelung der Schaumrohrdruckpumpe 30.
Ein Computer 50 verarbeitet zeitbezogene Sensordaten der Gewichtssensoren 60 und berechnet die Verschäumungszahl, die Wasserhalbzeit und die Wasserviertelzeit. Der Computer 50 und die Gewichtssensoren 60 bilden eine Waage, genauer gesagt eine intelligente Waage. Der Computer 50 und die Gewichtssensoren 60 sind über ein Kabel oder Funk miteinander verbunden, um Daten auszutauschen. Durch die automatische Auswertung werden sehr genaue Ergebnisse erzielt. Um die Versuchsanordnung 1 zu überwachen, wird mit einem Drucksensor 31 der erzeugte Druck der stufenlos verstellbaren, elektrischen Schaumrohrdruckpumpe 30 gemessen.
Ein Verfahren, das die zuvor beschriebene Versuchsanordnung 1 verwendet, weist die folgenden Schritte auf, um die Verschäumungszahl, die Wasserhalbzeit und die Wasserviertelzeit eines zu testenden Mittelschaumes zu ermitteln:

• Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes mit dem Schaumrohr 20, derart, dass die Schaumrohrdruckpumpe 30 auf eine Förderleistung eingestellt wird, die zwischen realitätsnahen 350 und 450 l/min liegt,
• zeitlich aufeinander folgende Befüllung der mindestens drei Auffangbehälter 15 zur Mittelwertbildung, wobei der überstehende Schaum manuell abgestrichen wird, so dass das auszuwertende Volumen immer gleich ist,
• Berechnung der Verschäumungszahl, der Wasserhalbzeit und der Wasserviertelzeit mit dem Computer 50, der zeitbezogene Sensordaten der Gewichtssensoren 60 verarbeitet.

Die Verschäumungszahl (VZ) ist der Quotient zwischen dem Volumen des fertigen Schaums und dem Volumen des ursprünglichen Wasser-Schaummittel-Gemisches. Die Verschäumungszahl (VZ) berechnet der Computer 50 nach folgender Gleichung: $VZ = V / (M 2 - M 1)$
Dabei ist

V: Volumen des Auffangbehälters 15 in Litern;
M1: Masse des leeren Auffangbehälters 15 in Kilogramm;
M2: Masse des mit einem zu testenden Mittelschaum gefüllten Auffangbehälters 15 in Kilogramm.

Es liegt hierbei die Annahme zu Grunde, dass die Dichte der Schaummittellösung 1,0 kg/l beträgt.
Die Wasserhalbzeit (WHZ) gibt an, in welcher Zeit die Hälfte der ursprünglich im Schaum enthaltenen Flüssigkeit (Schaummittel und Wasser) ausgetreten ist. Die Wasserviertelzeit (WVZ) gibt an, in welcher Zeit ein Viertel der ursprünglich im Schaum enthaltenen Flüssigkeit (Schaummittel und Wasser) ausgetreten ist. Die Wasserhalbzeit, die Wasserviertelzeit und die Verschäumungszahl werden zusammen in einem Versuchsdurchlauf ermittelt. Im Rahmen der Ermittlung der Verschäumungszahl liegt das Gewicht des im Auffangbehälter 15 enthaltenden Schaumes vor (M2-M1). Das Wasser trennt sich vom Schaum und tritt aus dem Auslass 16 aus. Der Computer 50, der die zeitbezogenen Sensordaten der Gewichtssensoren 60 verarbeitet, berechnet hieraus die Wasserviertelzeit und die Wasserhalbzeit. Die Wasserviertelzeit ist dann erreicht, wenn im Behälter nur noch drei Viertel des ursprünglichen Gewichts des Schaumes vorliegt ((M2-M1)x3/4). Die Wasserhalbzeit ist dann erreicht, wenn im Behälter nur noch die Hälfte des ursprünglichen Gewichts des Schaumes vorliegt ((M2-M1)/2).
Bezugszeichenliste

1: Versuchsanordnung
10: Schaumfüllbehälteranordnung
11: Chassis
15: Auffangbehälter
16: Auslass
16a: Siphon
16b: Absperrhahn
20: Schaumrohr
30: Schaumrohrdruckpumpe
31: Drucksensor
40: Vorratsbehälter
41: Schaummittellösung
50: Computer
60: Gewichtssensor
80: Durchflusssensor

Claims

Versuchsanordnung (1) zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes, mit folgenden Merkmalen: a) die Versuchsanordnung (1) weist mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen (10) mit jeweils einem mindestens 2500 l fassenden Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum auf, b) jede Schaumfüllbehälteranordnung (10) weist ein Chassis (11) auf, derart, dass zwischen dem jeweiligen Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum und dem Chassis (11) Gewichtssensoren (60) angeordnet sind, c) die Gewichtssensoren (60) eingerichtet sind, zeitbezogene Gewichtsdaten des jeweiligen Auffangbehälters (15) zu ermitteln, um mit den zeitbezogenen Gewichtsdaten die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen, d) jeder Auffangbehälter (15) für einen zu testenden Mittelschaum weist an einer tiefsten Stelle einen Auslass (16) auf, der für einen Schaum dicht und für eine Flüssigkeit durchlässig ist, e) die Versuchsanordnung (1) weist ferner zu einer Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes ein Schaumrohr (20) auf, das an eine Schaumrohrdruckpumpe (30) angeschlossen ist, die an einen Vorratsbehälter (40) zur Aufnahme einer Schaummittellösung (41) angeschlossen ist, f) die Schaumrohrdruckpumpe (30) ist eine stufenlos verstellbare, elektrische Schaumrohrdruckpumpe (30), g) die Schaumrohrdruckpumpe (30) ist derart ausgebildet, dass sie in einem Versuchsbetrieb auf eine Förderleistung einstellbar ist, die zwischen 350 und 450 l/min liegt, h) die Versuchsanordnung (1) weist ferner einen zwischen der Schaumrohrdruckpumpe (30) und dem Schaumrohr (20) angeordneten Durchflusssensor (80) zur Regelung der Schaumrohrdruckpumpe (30) auf, i) die Versuchsanordnung (1) weist ferner einen Computer (50) auf, der eingerichtet ist, die zeitbezogenen Gewichtsdaten der Gewichtssensoren (60) zu verarbeiten und die Verschäumungszahl und die Wasserhalbzeit zu berechnen.
Versuchsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuchsanordnung (1) ferner einen Drucksensor (31) aufweist, der den erzeugten Druck der stufenlos verstellbaren, elektrischen Schaumrohrdruckpumpe (30) misst.
Versuchsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der jedes Chassis (11) der_. mindestens drei Schaumfüllbehälteranordnungen (10) fahrbare Rollen aufweist.
Verfahren zur Ermittlung der Verschäumungszahl und Wasserhalbzeit eines zu testenden Mittelschaumes unter Verwendung einer Versuchsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Schritten: a) Erzeugung eines zu testenden Mittelschaumes mit dem Schaumrohr (20), derart, dass die Schaumrohrdruckpumpe (30) auf eine Förderleistung eingestellt wird, die zwischen 350 und 450 l/min liegt, b) Regelung der Schaumrohrdruckpumpe (30) mit dem Durchflusssensor (80), c) zeitlich aufeinander folgende Befüllung der mindestens drei Auffangbehälter (15) mit dem zu testenden Mittelschaum, d) Ermittlung zeitbezogener Gewichtsdaten der Auffangbehälter (15) mit den Gewichtssensoren (60), e) Berechnung der Verschäumungszahl und der Wasserhalbzeit mit dem Computer (50), der die zeitbezogenen Gewichtsdaten der Gewichtssensoren (60) verarbeitet.
Verfahren nach Anspruch 2 und 4, bei dem ein erzeugter Druck der stufenlos verstellbaren, elektrischen Schaumrohrdruckpumpe (30) mit einem Drucksensor (31) gemessen wird.