-
Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung, mit einer Pumpe, insbesondere Feuerlöschpumpe, die im Betrieb Wasser über eine Saugseite ansaugt und über eine Druckseite abgibt.
-
Pumpeneinrichtungen dieser Art werden bereits seit Jahrhunderten eingesetzt. Tragbare Ausführungen solcher Pumpeneinrichtungen werden auch als Tragkraftspritzen bezeichnet, die zum jeweiligen Ort getragen werden können und nicht in einem Fahrzeug, insbesondere Feuerwehrfahrzeug, fest eingebaut sind. In der Regel wird als Pumpe derartiger Tragkraftspritzen eine Feuerlöschkreiselpumpe verwendet, die durch einen an Bord der Tragkraftspritze befindlichen Verbrennungsmotor antreibbar ist. Derartige Tragkraftspritzen haben den Vorteil, dass sie entfernt vom Einsatzfahrzeug zur Wasserentnahme aus offenen Gewässern verwendet werden können. Nicht tragbare Ausführungen solcher Pumpeneinrichtungen sind im Fahrzeug, insbesondere Feuerwehrfahrzeug eingebaute Pumpen, sogenannte Einbaupumpen, die durch den Fahrzeugantrieb, in der Regel ein Verbrennungsmotor, antreibbar sind.
-
Derartige Pumpen sind in der Regel mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet, mit der verschiedene Pumpen-Betriebsgrößen, insbesondere der Ausgangsdruck an der Druckseite der Pumpe überwacht werden. Auch eine Temperaturüberwachung und eine Überwachung des Füllstandes eines Kraftstofftanks im Falle einer Tragkraftspritze sind die Regel. Die Pumpen-Betriebsgrößen werden gemessen und mittels einer Überwachungsanzeige visualisiert. In der Regel umfasst die Überwachungsanzeige ein Display, über das der Bediener verschiedene Pumpen-Betriebsgrößen abrufen kann. Bei älteren Pumpen werden anstelle des Displays analoge Messanzeigen verwendet.
-
Um den Status einer derartigen Pumpe zu überprüfen, muss der Bediener stets vor Ort sein, um die betreffenden Werte der Pumpen-Betriebsgrößen ablesen zu können.
-
Dies setzt vor allem bei Tragkraftspritzen, die entfernt vom Einsatzfahrzeug aufgestellt werden voraus, dass stets eine Bedienperson an der Tragkraftspritze bleiben muss, um gegebenenfalls eingreifen zu können, wenn eine bestimmte Pumpen-Betriebsgröße einen zulässigen Maximal- oder Minimalwert überschreitet bzw. unterschreitet. Eine besonders kritische Situation für derartige Pumpen ist die Gefahr einer Kavitation, was die Pumpe beschädigen oder im schlimmsten Fall zerstören könnte, in jedem Fall jedoch die Wasserförderung am Einsatzort behindert. Wenn die Pumpe mehr Wasser abgeben will als über den Pumpeneingang nachströmt, fällt der Druck partiell unterhalb den Dampfdruck. Das Wasser wird schlagartig verdampft und die Dampfblasen fallen genau so schlagartig wieder zusammen. Diese Implosionen können zu Materialablösungen an der Oberfläche von Laufrad bzw. Leitapparat der Pumpe führen. Bei längerem Kavitationsbetrieb kann dies zu Leistungsverminderung oder Pumpenausfall führen. Ferner ist insbesondere bei Tragkraftspritzen der Füllstand des Kraftstofftanks zu überwachen, um rechtzeitig nachtanken zu können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpeneinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Pumpeneinrichtungen weniger störanfällig ist und vom Bediener mit weniger Aufwand zu bedienen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpeneinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
-
Die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung weist eine Pumpe, insbesondere Feuerlöschpumpe, auf, die im Betrieb Wasser über eine Saugseite ansaugt und über eine Druckseite abgibt, wobei die Pumpeneinrichtung eine Regelungseinrichtung zur Regelung von Pumpen-Betriebsgrößen der Pumpe in Abhängigkeit eines vom Bediener einstellbaren Soll-Ausgangsdrucks an der Druckseite der Pumpe aufweist, wobei von den Pumpen-Betriebsgrößen eine ein Ausgangsdruck an der Druckseite der Pumpe ist, und wobei die Pumpe eine mit der Regelungseinrichtung gekoppelte Überwachungseinrichtung zur Überwachung von mittels den Pumpen-Betriebsgrößen charakterisierbaren Pumpen-Betriebszuständen aufweist, derart, dass bei einer Störung eines Pumpen-Betriebszustandes eine Rückkopplung an die Regelungseinrichtung und durch diese eine Veränderung der zugeordneten Pumpen-Betriebsgröße zur Entstörung veranlassbar ist.
-
Für den Bediener ist es also lediglich notwendig, den Soll-Ausgangsdruck an der Druckseite der Pumpe einzustellen. Es ist nicht notwendig, dass der Bediener vor Ort bleibt, da die Regelungseinrichtung alle weiteren Aufgaben übernimmt. Die Pumpe ist somit autonom und führt alle Korrekturen über die Kombination der Überwachungseinrichtung mit der Regelungseinrichtung durch. Insbesondere der Ausgangsdruck an der Druckseite der Pumpe wird auf den eingestellten Soll-Ausgangsdruck geregelt, indem insbesondere die Drehzahl eines Pumpenantriebs gedrosselt oder erhöht wird, wodurch die Förderleistung und somit der Ausgangsdruck vermindert oder erhöht wird.
-
Jedoch ist die Pumpeneinrichtung nicht nur in der Lage, den Ausgangsdruck an der Druckseite der Pumpe zu regeln, sondern auch abhängig vom Eingangsdruck, Pumpenkennfeld und Motorkenndaten die Pumpe zu regeln und zu überwachen. Ferner ist es möglich, die Drehzahl des Pumpenantriebs zu regeln. Ferner ist auch die Überwachung eines Füllstands des Kraftstofftanks möglich, insbesondere wenn die Pumpeneinrichtung als Tragkraftspritze ausgebildet ist.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die mittels der Überwachungseinrichtung überwachten Pumpen-Betriebszustände ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ausgangsdruck, Betriebstemperatur, Eingangsdruck, Drehzahl und Pumpenkennfeld. Die Überwachung der Betriebstemperatur ist wichtig, um ein Überhitzen der Pumpeneinrichtung zu verhindern. Tritt eine kritische Erhöhung der Betriebstemperatur auf, so kann die Regelungseinrichtung die Leistung der Pumpe, also insbesondere die Drehzahl des Pumpenantriebs nach unten regeln. Die Überwachung, ob Kavitation vorliegt oder nicht ist für die Pumpeneinrichtung essentiell und wird verwendet um in Betriebszuständen, die außerhalb des Normalbetriebs der Kreiselpumpe liegen zu reagieren, zum Beispiel sinkender Eingangsdruck bei gleichzeitig sinkendem Ausgangsdruck und steigender Drehzahl durch die Ausgangsdruckregelung zeigen Kavitation an. Daraufhin wird die Drehzahl zurückgeregelt bis plausible Druck/Drehzahl-Werte erreicht werden und parallel über eine Statusanzeige (Farblicht) gewarnt. Ferner kann auch überwacht werden, ob eine Blockierung der Pumpe vorliegt, beispielsweise wenn der Motor mit Vollgas und niedriger Drehzahl betrieben wird und dann das Motordrehmoment über den möglichen Pumpenanforderungen bei niedrigen Drehzahlen liegt.
-
In besonders bevorzugter Weise weist die Überwachungseinrichtung wenigstens ein Messelement, insbesondere Messsensor, zur Messung eines Ist-Wertes einer bestimmten Pumpen-Betriebsgröße und Übermittlung eine Überwachungsanzeige zur Anzeige des Ist-Wertes der gemessenen Pumpen-Betriebsgröße auf. Obgleich die Pumpeneinrichtung autonom arbeitet, ist es dadurch trotzdem möglich, dass der Bediener Werte von bestimmten Pumpen-Betriebsgrößen mittels der Überwachungsanzeige abrufen kann.
-
Besonders bevorzugt weist die Überwachungseinrichtung einen Drucksensor zur Messung von Ist-Werten des Ausgangsdrucks und/oder Eingangsdrucks an der Druckseite und/oder Saugseite der Pumpe und Übermittlung der Ausgangsdruck- und/oder Eingangsdruck-Ist-Werte an die Regelungseinrichtung auf.
-
Es ist möglich, dass die Überwachungseinrichtung einen Drehzahlsensor zur Messung von Ist-Werten der Drehzahl einer Antriebswelle des Pumpenantriebs und Übermittlung der Drehzahl-Ist-Werte an die Regelungseinrichtung aufweist.
-
In besonders bevorzugter Weise weist die Überwachungseinrichtung wenigstens eine Betriebszustandsleuchte bzw. Statusleuchte zur Visualisierung eines zugeordneten aktuellen Pumpen-Betriebszustands auf, derart, dass das Aufleuchten in einer ersten Signalfarbe signalisiert, dass der betreffende Pumpen-Betriebszustand in Ordnung ist und das Aufleuchten in einer von der ersten verschiedenen zweiten Signalfarbe einen Fehler (z. B. Kraftstoffbehälter leer, Motor Stopp) signalisiert. Die Betriebszustandsleuchte kann beispielsweise als LED-Leuchte ausgebildet sein. In der Regel werden die Signalfarben grün für in Ordnung und rot für Fehler verwendet.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Betriebszustandsleuchte eingerichtet, um in mehr als zwei voneinander verschiedenen Signalfarben aufzuleuchten, um weitere Qualitätszustände des betreffenden Pumpen-Betriebszustands anzuzeigen. Beispielsweise wäre die Signalfarbe gelb für einen kritischen (z. B. Kraftstoffbehälter bald leer) Pumpen-Betriebszustand möglich.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Pumpeneinrichtung tragbar ausgebildet. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der tragbaren Pumpeneinrichtung um eine Tragkraftspritze.
-
Die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung ist jedoch auch als Einbaupumpe, die in einem Fahrzeug, insbesondere Einsatzfahrzeug, vorzugsweise Feuerlöschfahrzeug, eingebaut ist, einsetzbar.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Auftreten eines Eingangsdrucks an der Saugseite erkennbar ist und davon abhängig der Pumpenantrieb aktivierbar ist. Besonders bevorzugt ist an der Saugseite der Pumpe ein Druckwächter oder Drucksensor angeordnet. Ein weiterer Betriebspunkt ist der Betrieb am offenen Gewässer (Brunnen, Bach, etc.). Dort ist der relative Eingangsdruck negativ und verändert sich bei sich erhöhender Saughöhe oder beim Ansaugen von Luft oder beim Zusetzen des Saugsiebs durch Verschmutzung. Dies ist der Fall bei dem Kavitation auftreten kann. Sinkt der Eingangsdruck weiter ab durch einen der oben genannte Fälle, so wird die Drehzahl zurückgeregelt um Kavitation zu verhindern sowie über die Signaleinrichtung gewarnt. Sobald es zum Erliegen der Wasserförderung kommt, wird über die Signaleinrichtung eine Fehlermeldung angezeigt. Beim Betrieb mehrerer Pumpen in Reihe (oder Pumpenbetrieb nach Hydrant) regelt die Pumpe auf den voreingestellten Betriebsdruck sobald Druck am Saugeingang ankommt. Sobald die Pumpe den voreingestellten Betriebsdruck nicht mehr halten kann (Eingangsdruck fällt parallel ab) regelt die Pumpe Ihre Drehzahl zurück und warnt den Bediener über die Signaleinrichtung. Sobald anhand der Druckparameter die Pumpe nicht mehr fördert, schaltet sich diese ab und meldet über die Signaleinrichtung Fehler. Sobald der Eingangsdruck wieder ansteigt nimmt die Pumpe dann Ihre Arbeit wieder auf. Für diese Arbeit ist derzeit immer ein Maschinist notwendig der die Pumpe überwachen und steuern muss.
-
Die Erfindung umfasst ferner ein Einsatzfahrzeug, insbesondere Feuerwehrfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Pumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt:
- Eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung.
-
Die Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung 11. Hauptkomponente der Pumpeneinrichtung 11 ist eine Pumpe 12, die im Folgenden beispielhaft in Form einer Feuerlöschkreiselpumpe beschrieben ist. Die Pumpeneinrichtung 11 wird beispielhaft anhand einer portablen Pumpeneinrichtung 11 in Form einer sogenannten Tragkraftspritze beschrieben. Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, die Pumpeneinrichtung 11 als Einbaupumpe zu verwenden, wo sie dann an Bord eines Einsatzfahrzeugs, insbesondere Feuerwehrfahrzeugs, eingebaut ist.
-
Die Feuerlöschkreiselpumpe, die im Folgenden der Einfachheit halber lediglich als Pumpe 12 bezeichnet wird, besitzt ein Pumpengehäuse 13, das einen Pumpenraum umschließt. Im Pumpenraum ist ein Pumpenläufer (nicht dargestellt) beweglich aufgenommen. Als Pumpenläufer wird zweckmäßigerweise ein Radiallaufrad verwendet, das von einem Abtriebsteil, insbesondere Abtriebswelle, eines an Bord der Tragkraftspritze befindlichen Verbrennungsmotors 14 angetrieben wird.
-
Der Pumpenläufer saugt im Betrieb Wasser oder gegebenenfalls ein Wasser-/Schaumgemisch über eine Saugseite 15 und eine dort angeschlossene Saugleitung 17 aus einem Löschwasserreservoir 18, beispielsweise Löschwassertank, an und befördert das angesaugte Wasser in den Pumpenraum. Das angesaugte Wasser wird über eine Druckseite 16, im Falle eines Radiallaufrads also in radialer Richtung, mit erhöhtem Druck abgegeben. An der Druckseite 16 sind in der Regel mehrere Feuerwehrschläuche anschließbar, an deren freie Enden Strahlrohre befestigt sind, über die Löschwasser gezielt zur Brandbekämpfung an den Brandherd gebracht werden kann.
-
Bei dem Verbrennungsmotor 13 kann es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handeln. Prinzipiell wäre auch ein elektrischer Fahrzeug-Antrieb denkbar. Der Antrieb kann auch durch eine Gelenkwelle/Nebenabtrieb des Fahrzeugs erfolgen.
-
Die Pumpeneinrichtung 11 weist ferner eine Regelungseinrichtung 19 zur Regelung von Pumpen-Betriebsgrößen der Pumpe 12 in Abhängigkeit eines vom Bediener einstellbaren Soll-Ausgangsdrucks an der Druckseite 16 der Pumpe 12 auf.
-
Ferner umfasst die Pumpeneinrichtung 11 eine Überwachungseinrichtung 20 zur Überwachung von mittels den Pumpen-Betriebsgrößen charakterisierbaren Pumpen-Betriebszuständen, derart, dass bei einer Störung eines Pumpen-Betriebszustandes eine Rückkopplung an die Regelungseinrichtung und durch diese eine Veränderung der zugeordneten Pumpen-Betriebsgröße zur Entstörung erfolgt.
-
Die mittels der Regelungseinrichtung 19 regelbaren Pumpen-Betriebsgrößen umfassen alle an einer Pumpe 12 regelbaren Pumpen-Betriebsgrößen, also beispielsweise der Eingangsdruck an der Saugseite 15 der Pumpe 12, der Ausgangsdruck an der Druckseite 16 der Pumpe 12, die Drehzahl der Antriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 oder der Füllstand eines Kraftstofftanks (nicht dargestellt) für die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors 14. Der Ausgangsdruck an der Druckseite 16 der Pumpe 12 lässt sich beispielsweise über die Pumpendrehzahl regeln.
-
Im gezeigten Beispielsfall werden die Pumpen-Betriebsgrößen Eingangsdruck an der Saugseite 15 und Ausgangsdruck an der Druckseite 16 über die Regelung der Drehzahl der Antriebswelle 22 des Verbrennungsmotors geregelt, wie im Folgenden noch näher beschrieben.
-
Die Überwachungseinrichtung 20 weist im gezeigten Beispielsfall mehrere Messelemente 21a-c auf, die zur Messung einer bestimmten Pumpen-Betriebsgröße dienen. Die Messelemente 21a-c sind im Beispielsfall als Messsensoren ausgebildet.
-
Es ist ein Drucksensor 21a an der Druckseite 16 der Pumpe 12 angeordnet, der den Ausgangsdruck an der Druckseite 16 überwacht und misst und die gemessenen Ist-Werte an die Regelungseinrichtung 19 übermittelt, beispielsweise drahtlos.
-
Es ist ferner ein Drehzahlsensor 21b an der Antriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 angeordnet, der die Drehzahl der Antriebswelle 22 überwacht und misst und die gemessenen Ist-Werte der Drehzahl an die Regelungseinrichtung 19 übermittelt.
-
Es ist ferner ein weiterer Drucksensor 21c an der Saugseite 15 der Pumpe 12 angeordnet. Der Drucksensor 21c überwacht den Eingangsdruck an der Saugseite 15 der Pumpe 12 und übermittelt die gemessenen Ist-Werte des Eingangsdrucks ebenfalls an die Regelungseinrichtung 19.
-
Die Überwachungseinrichtung 20 besitzt ferner eine Überwachungsanzeige (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Displays, zur Anzeige von Ist-Werten der gemessenen Pumpen-Betriebsgrößen, also im Beispielsfall den Ausgangsdruck an der Druckseite 16 der Pumpe 12 und die Motordrehzahl.
-
Mittels der Überwachungseinrichtung 20 ist es möglich, bestimmte Pumpen-Betriebszustände zu überwachen. Zu den überwachten Pumpen-Betriebszuständen gehören der Ausgangsdruck, die Betriebstemperatur und die Kavitation.
-
Eine wesentliche Komponente der Überwachungseinrichtung 20 ist eine Betriebszustandsleuchte 23 bzw. Statusleuchte zur Visualisierung eines zugeordneten aktuellen Pumpen-Betriebszustands. Die Betriebszustandsleuchte 23 ist derart eingerichtet, dass das Aufleuchten einer ersten Signalfarbe, beispielsweise grün, signalisiert, dass der betreffende Pumpen-Betriebszustand, also beispielsweise die Betriebstemperatur, in Ordnung ist, wohingegen das Aufleuchten in einer von der ersten verschiedenen zweiten Signalfarbe, beispielsweise rot, einen Fehler signalisiert.
-
Zweckmäßigerweise ist die Betriebszustandsleuchte 23 dazu eingerichtet, auch in einer dritten Signalfarbe aufzuleuchten, beispielsweise in der Signalfarbe gelb, wobei das Aufleuchten von gelb einen kritischen Pumpen-Betriebszustand charakterisiert. Selbstverständlich wäre es möglich, mehrere Betriebszustandsleuchten bzw. Statusleuchten einzusetzen, die jeweils eine Signalfarbe repräsentieren, beispielsweise eine rote, eine gelbe und eine grüne Betriebszustandsleuchte.
-
Der Betrieb der Pumpeneinrichtung 11 läuft folgendermaßen ab:
- Der Bediener gibt über die Regelungseinrichtung 19 den Soll-Ausgangsdruck an der Druckseite 16 der Pumpe ein. Alle weiteren Aufgaben werden von der autonom arbeitenden Pumpeneinrichtung 11 übernommen. Zunächst wird über den Drucksensor bzw. Druckwächter an der Saugseite 15 der Pumpe 12 ermittelt, ob sich bereits Löschwasser in der Saugleitung 17 befindet. Ist dies der Fall, meldet der Drucksensor dies der Regelungseinrichtung 19, die den Verbrennungsmotor 14 aktiviert, wodurch der Betrieb der Pumpe 12 aufgenommen wird.
-
Der Drucksensor 21a an der Druckseite 16 der Pumpe 12 misst laufend den Ist-Wert des Ausgangsdrucks an der Druckseite 16 und übermittelt die gemessenen Werte an die Regelungseinrichtung 19. Sollte der Ist-Ausgangsdruck unter den eingestellten Soll-Ausgangsdruck fallen, so gibt die Regelungseinrichtung 19 ein Signal an den Verbrennungsmotor, wodurch die Drehzahl der Antriebswelle erhöht wird. Dadurch wird auch die Drehzahl des Pumpenläufers erhöht, und die Förderleistung der Pumpe 12 wird dadurch erhöht. Prinzipiell wäre es möglich, das Einhalten des Soll-Ausgangsdrucks mit einem grünen Aufleuchten der Betriebszustandsleuchte 23 anzuzeigen, beim Abfallen unter den Soll-Ausgangsdruck, könnte die Betriebszustandsleuchte 23 gelb aufleuchten.
-
Die Pumpeneinrichtung 11 besitzt ferner eine Kavitationswarnung bei Kavitationsgefahr, beispielsweise durch Aufleuchten der Betriebszustandsleuchte 12 in rot. Ferner ist ein Temperaturmessfühler (nicht dargestellt) vorgesehen, der die Betriebstemperatur überwacht. Auch hier könnte die Betriebszustandsleuchte 23 bei Überschreiten der zulässigen maximalen Betriebstemperatur rot aufleuchten. Ferner ist es möglich, den Füllstand eines Kraftstofftanks für den Verbrennungsmotor zu überwachen und dann beispielsweise durch das gelbe Aufleuchten der Betriebsleuchte einen niedrigen Füllstand von Kraftstoff im Kraftstofftank anzuzeigen.
