DE19802240A1 - Stufenloses automatisch-mechanisches Schaum-Dosiersystem für Hoch- und Normaldruck Feuerlöschkreiselpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisch-mechanisches Schaum-Dosiersystem, das ermöglicht, eine durch einen Pumpenvormischer angesaugte Schaummittelmenge, in stufenlosen Schaumzumischprozentraten manuell oder elektrisch, pneumatisch, hydraulisch fernbetätigt oder elektronisch-automatisch gesteuert sowohl im Hoch­ druck als auch im Normaldruckbereich dem Löschwasser beizumischen.

In der EP 0 633 042 Anmeldung wird zur Verbesserung der Patentschrift CH 595 850 ein separater Hochdruckpumpenvormischer so angeordnet vorgeschlagen, daß der hohe Druckverlust und der dadurch verminderte Hochdruckeffekt sowie die Zumischrateneinhaltung nicht in dem Maße auftritt, wie bei vorherigen Anordnungen. Dabei werden die Schaumzumischprozentraten manuell durch Dosierhahn eingestellt oder eine Dosierblende verwendet. Die evt. notwendigen Zumischratenänderungen, die durch witterungsbedingte Viskositätsveränderung, ändern der Schaummittelsorte oder Löschmengenveränderungen an Verbraucher - z. B. Zuschaltung einer zweiten Haspel oder Hydrantenschwankungen - entstehen, werden entweder außer Acht gelassen oder müssen manuell ständig beobachtet und nachgestellt werden.

Gleiche Nachteile ergeben sich, wenn Hochdruckzumischer als sog. "Z"- Zumischer in die Druckleitung der Hochdruckpumpe vor der Hochdruckhaspel eingesetzt werden. Darüberhinaus muß in diesem Fall noch zusätzlich eine Umgehungsleitung für den Wasserbetrieb eingebaut werden, was einen Mehraufwand bedeutet und die Bedienung erschwert.

Obwohl gemäß der Patentschrift DE 41 13 618 - die im Prinzip durch die Anmeldung DE 91 07 743 vorweggenommen wurde - eine automatische Regelung mit Hilfe von Differenzdruckverwendung einer Venturidüse bekannt ist, wird diese Lösung wegen der aufwendigen Ausführung der Teile, des ständigen Druckverlustes am Pumpendruck­ ausgang sowie des beschränkten Arbeitsbereiches (verursacht durch die Venturidüse), in der Praxis nicht verwendet.

Dagegen findet in der Praxis hauptsächlich das in der EP 0 633 042 Anmeldung erwähnte FIX-MIX Dosiersystem sowie die in den Patentanmeldungen AT 373 155(!), DE 23 31 626, GB 2 158 712, AT 304 272, DE 38 33 055 aufgeführten Systeme Verwendung, die im Grunde alle auf der Anmeldung US 3 040 758 basieren. Durch diese Gemeinsamkeit besteht auch eine Funktionsgleichheit, in dem die Schaum­ versorgung der Hochdruckpumpen über die Normaldruckpumpe und mit dem für diese Normalpumpenleistung ausgelegten Pumpenvormischer vorgenommen wird.

Durch diese Größenordnungsdiskrepanz zwischen Hochdruckpumpe mit kleinerer Förder­ leistung einerseits und Pumpenvormischer für Normaldruckpumpe mit großer Förder­ leistung andererseits wird es verständlich, wenn in Original-Prospektangaben in der EP Anmeldung das erwähnte FIX-MIX System max. bis +20% Abweichung vom eingestellten Wert im niedrigst möglichen Arbeitsbereich zwischen 200 l/min bis 400 l/min sowie ± 10% Abweichung in den übrigen Arbeitsbereichen von 4-4500 l/min. bei einer Schaumzu­ mischprozentrate von 3% bzw. 6% angegeben werden. Die Anforderungen von vielen Behörden, Berufs- und Werkfeuerwehren bzw. Flughäfen liegen dagegen bei bis zu max. ± 5%.

Da bei den in den anderen Patentschriften aufgeführten Systemen, gegenüber dem FIX-MIX System, nicht einmal eine Dosiermöglichkeit der Hochdruckzumischung für den Normaldruckpumpenvormischer vorgesehen ist, wird im Hochdruckbereich bei allen herkömmlichen Dosiersystemen ein noch schlechteres Resultat erzielt.

Nachteilig bei all diesen Systemen ist weiterhin, daß der niedrigste Punkt des Arbeitsbereiches zwischen 200-300 l/min. liegt.

Auf dem Markt befinden sich jedoch Hochdruckpistolen mit Schaumaufsatz und Hohlstrahldüsenhandrohre (für Schaumzumischung unter 1%) die Durchsatzleistungen zwischen 100-150 l/min. haben.

In Anbetracht der Tatsache, daß wiederum druckluftunterstützte Löschverfahren mit Leistungen ab 8-10 l/min. sowie neue Schaumsorten, die immer kleinere Zumischrateneinstellungen und weniger Löschwassermengen verlangen, eingeführt wurden, gewinnt die genaue Schaumdosierung und das Erreichen eines niedrigeren Arbeitsbereiches immer mehr und mehr an Bedeutung.

Die Ursache dieses nachteiligen Verhaltens sämtlicher herkömmlicher Systeme liegt in der Arbeitsweise und Anordnung der eingesetzten Staukörper und der auf den Staukörpern lastenden Federkraft. Herkömmliche Systeme werden nämlich, unabhängig davon, wieviel Staukörper diese besitzen, mit einer gemeinsamen Federkraft belastet, auch dann, wenn diese mehrere Federn besitzen. Dies verursacht einen größeren Druckverlust - auch im Wasserbetrieb -, eine ungenauere Dosierung und einen kleineren Arbeitsbereich, wobei der untere Bereich zwischen 1 bis 200 l/min. für herkömmliche Systeme unerreichbar bleibt.

Ein weiterer Nachteil all dieser Anordnungen ist, daß eine gleichzeitige getrennte Abgabe von Hochdruck-Schaum (Löschen) und Normaldruck-Wasser (Kühlen) nicht möglich ist, da die Schaumversorgung des Gesamtsystems über die Normal­ druckpumpe vorgenommen wird.

Ebenso ist es nicht möglich, in beiden (Hoch/Normaldruck) Bereichen eine stufenlose Schaumprozentzumischrateneinstellung vorzunehmen. Es gibt lediglich hauptsächlich nur zwei bis drei bzw. in einem Fall vier fest angeordnete Einstellmöglichkeiten.

Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, ein Schaumdosiersystem zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile nicht vorhanden sind.

Erfindungsgemäß wird ein neuer mehrstufiger Pumpenvormischer Fig. 5 mit einer stufenlos regelbaren Doppeldosiereinrichtung Fig. 4 für Hochdruck und Normaldruck bzw. eine andere Anordnung Fig. 1 der Schaumversorgung der Hochdruckpumpe wie bei herkömmlichen Systemen verwirklicht.

Das Funktionsschema Fig. 1 zeigt die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe und die Möglichkeit, gleichzeitig mit der Normaldruckpumpe Wasser abgeben zu können.

Das Funktionsschema Fig. 2 zeigt die Schaumversorgung der Normaldruckpumpe bei einer Löschmenge für die Verwendung von Schaumhandrohren bei einer Leistung von 1-400 l/min.

Das Funktionsschema Fig. 3 zeigt die Schaumversorgung der Normaldruckpumpe in größeren Leistungsbereichen z. B. 5-6000 l/min. sowie die Möglichkeit, dabei auch nach Wunsch Hochdruckschaum erzeugen zu können.

Bei der Schaumversorgung der Hochdruckpumpe 13 nach Fig. 1 saugt die Feuerlösch­ kreiselpumpe 4 Wasser über die Saugleitung 3 aus dem Wasserbehälter 2 an, das über die Bypassleitung 5, Absperrorgan 6, Pumpenvormischer 7, Dreiwegehahn 11 und Druckleitung 10 in die Hochdruckpumpe 13 geführt wird. Durch den im Pumpen­ vormischer 7 entstandenen Unterdruck strömt über die Schaumsaugleitung 14 des Pumpenvormischers 7 und die Dosiereinrichtung 15 Schaummittel in die erste Stufe und wird im Mischraum 8 des Pumpenvormischers mit dem Wasser vermischt. Das Wasser/­ Schaumgemisch wird dann in die Hochdruckpumpe 13 geführt, wie vorhin beschrieben. Über die Hochdruckpumpe 13 wird das Gemisch über die Druckleitung 21 und die Absperr­ organe 22, 23 zu den Hochdruckhaspeln 24, 25 geleitet.

Sollte über die Feuerlöschkreiselpumpe 4 z. B. zu Kühlzwecken nur Wasser abgegeben werden, kann das Wasser über die Druckleitung 18 an die Verbraucher geleitet werden. Die zweite Klappe, die in diesem Fall keine Funktion hat, kann an der Feder entlastet werden. Dadurch entsteht auch im System bei Wasserbetrieb kein Druckverlust.

Die auf 200 und 400 l/min ausgelegten Schaumrohre im Niederdruckbereich Fig. 2 können auch über den oben beschriebenen Weg mit Schaummittel versorgt werden, jedoch muß der in den Pumpensaugleitungen eingebaute Dreiwegekugelhahn 11 Richtung Normaldruckpumpe 4 geöffnet werden. In diesem Fall ist die Saugleitung 10 der Hochdruck­ pumpe 13 automatisch gesperrt.

Vorteilhaft dabei ist, daß Schaumzumischprozentraten besonders genau eingestellt werden können. Die größere Klappe, die mit voller Federkraft belastet ist, bleibt geschlossen.

Wenn die Wassermengen mehr als 400 l/min. erreichen Fig. 3, liefert der Pumpenvormi­ scher 7 Wasser/Schaumgemisch über die By-Passleitung 12 in die Normaldruckpumpe. Dabei strömt das Schaummittel über die Schaumsaugleitung 16 und Dosiereinheit 17 in den Mischraum 9 des Pumpenvormischers 7. Da die Dosiereinheit 17 und Mischraum 9 auf die Maximalleistung ausgelegt ist, wird die Dosiereinrichtung 15 sowie der Mischraum 8 geschlossen.

Die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe 13 erfolgt über die Druckleitungen 18 und 19 sowie Absperrorgan 20 in die Saugleitung 10 der Hochdruckpumpe 13.

Bei der neuen Dosiereinrichtung Fig. 4 werden als Staukörper zwei voneinander unab­ hängig funktionierende, unterschiedlich große Klappen - für Hochdruck 1 und für Normaldruck 2 - in einem durch eine Rippe 10 örtlich getrennten Gehäuse 9 eingesetzt. Erfindungsgemäß werden beide Klappen mit verschieden großer Federkraft belastet. Trotzdem besteht eine Funktionseinheit, in dem die Auswertung durchfließender Löschmengen und die Dosierfunktion nur mit beiden Klappen in Zusammenhang bewerkstelligt werden kann. Die Arbeitsbereichbestimmung der beiden Klappen wird dadurch erreicht, daß beide Federn 11, 12 beliebig mit Hilfe einer Spannvorrichtung einstellbar vorgespannt werden können. Dadurch können auch individuelle Wünsche hinsichtlich Arbeitsbereichbestimmung berücksichtigt werden.

Im Wasserbetrieb ist es möglich, die Feder über eine Spannvorrichtung soweit zu entspannen, daß kein Druckverlust durch Federkraftwiderstand entsteht.

Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, weisen die Klappen 1 und 2 je eine separate Welle 3 und 4 auf und sind mit je einer Dosierbüchse 5 und 6 direkt verbunden. Diese Dosierbüchsen verdrehen sich je nach Klappenbewegung, die sich in Abhängigkeit der durchfließenden Löschmenge und entsprechenden Federkraftbelastung bewegen.

Auf den Dosierbüchsen 5 und 6 sind jeweils ein zweiteiliger Stellzylinder 7 und 8 koaxial angeordnet. Die im Außenbereich liegenden Stellzylinderhälften 7a und 8a lassen sich in axiale Richtung verschieben, so daß eine stufenlose Einstellung der Schaumzumisch­ prozentraten dadurch ermöglicht wird. Die Verschiebung der Stellzylinder kann entweder manuell oder fernbetätigt elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgenommen werden.

Bei geringeren Wassermengen von 1 l/min bis 400 l/min z. B. für Hochdruckbetrieb oder 200 bzw. 400 l/min. Normaldruckhandschaumrohre öffnet sich in der Regel nur die Klappe 1, die mit der kleineren Federkraft belastet ist. Die Klappe 2, bedingt durch die größere Federkraft, bleibt zunächst noch geschlossen. Durch die Bewegung der Klappe 1 wird auch über die Welle 3 die Dosierbüchse 5 gleichzeitig bewegt. Durch die axiale Verschiebung des Stellzylinders 7a kann dann eine Einstellung der Schaumzumischpro­ zentraten erreicht werden, die mit herkömmlichen Systemen, bedingt durch die Feder­ anordnung am Staukörper der Dosiereinrichtung, weder in Genauigkeit der Zumischraten noch hinsichtlich der niedrigen Arbeitsbereiche möglich ist.

Entgegen aller herkömmlichen Verfahren - einschl. separater Hochdruckzumischer - wird hier die Gesamtleistung der Wasser/Schaumversorgung der Hochdruckpumpe über den Pumpenvormischer direkt in die Hochdruckpumpensaugseite geführt. Diese erfindungsgemäße Vereinfachung einerseits - die nur mit dem hier vorgeschlagenen zweistufigen, neuen Pumpenvormischer und der daraus resultierenden Einstellmöglichkeit realisiert werden kann- bedeutet nicht nur weniger Teile, gegenüber einer mit separatem Hochdruckzumischer ausgelegten Anlage, sondern bringt andererseits den Vorteil gegenüber allen herkömmlichen automatisch mechanischen Dosiersystemen, daß hier ein gleichzeitiger, getrennter Schaum-(Hochdruck) bzw. Wassereinsatz(Normaldruck) möglich ist, sowie die automatische stufenlose Dosiermöglichkeit.

Die erreichbare Genauigkeit entgegen Prospektangaben von +20% sowie ± 10% der herkömmlichen Systeme liegt bei der neuen Lösung unter ± 5%, d. h. annähernd genau wie bei elektronisch gesteuerten Zumischanlagen.

Beim Bau von elektronisch gesteuerten Schaumzumischanlagen mit Pumpenvormischer für Flugplatzfahrzeuge deutscher Flughäfen mußten mehrere einzelne Pumpenvormischer eingebaut werden, trotz induktiv berührungsloser Durchflußmessung und elektronisch/pneumatisch gesteuerter Dosierschieber, um die geforderten Schaummengen und die Dosiergenauigkeit zu erreichen.

Erfindungsgemäß wurde bei diesem neuen Dosiersystem gegenüber herkömmlichen Anlagen ein mehrstufiger Pumpenvormischer Fig. 5 entwickelt, der in Verbindung mit der Dosiereinrichtung zu der Genauigkeit der Schaumzumischprozentraten sowie zur Liefe­ rung weniger und größerer Schaummengen entsprechend beisteuert, ohne in einer Anlage mehrere separate Pumpenvormischer einbauen zu müssen.

Der neue Pumpenvormischer besteht aus einem Gehäuse 1, zwei Mischräumen 2 und 3, drei Düsen 4, 5 und 6 sowie vier Schaumsauganschlüssen 7, 8, 9 und 10. Von den vier Schaumsauganschlüssen sind zwei mit den Dosiereinrichtungen verbunden, zwei weitere werden für die Notbetätigung verwendet.

Sollen Löschmengen bis 400 l/min. für Hochdruck oder Normaldruck - wie oben beschrieben - abgegeben werden, so wird das Wasser über die Treibdüse 4 in die Treib/Fangdüse 5 geführt, wo es schließlich den Pumpenvormischer über Fangdüse 6 verläßt. Im Mischraum 2 entsteht, den physikalischen Funktionsgesetzen einer Strahlpumpe entsprechend, ein Unterdruck, womit über die Dosiereinrichtung und Schaumanschlußöffnung 7 Schaum­ mittel angesaugt und mit dem Wasser vermischt wird. Das Wasser/Schaumgemisch strömt dann je nach Verwendung entweder in die Hochdruck- oder in die Normaldruckpumpe ein. Wenn die Wassermenge auf mehr als 400 l/min. erhöht wird, öffnet die Schaumsaug­ öffnung 9 des Pumpenvormischers und Nr. 7 schließt. Durch den zweiten Mischraum 3 kann die max. Schaumsaugleistung erreicht werden. Das Wasser/Schaumgemisch wird in diesem Fall immer in die Normaldruckpumpe geleitet.

Eine sog. "Erhöhte Genauigkeit" der Zumischraten über 400 l/min. Löschmengen, bei der es vom eingestellten Wert keine Abweichung gibt und die in der Praxis wegen des großen technischen Aufwandes der Kontrollmeßmöglichkeiten nur sehr selten Anwendung findet, kann durch zusätzliches Zuschalten der ersten Dosiereinrichtung mechanisch oder durch elektronisch/automatische Steuerung erreicht werden.

Bei der elektronischen Ausführung müssen auf die Wellenenden der Klappen Drehpoten­ tiometer gesetzt werden, um die entsprechenden Signale der Klappenstellungen an einen Rechner zu führen und damit die Wassermengen zu erfassen.

Da die Saugleistung der Pumpenvormischer bei verschiedenen Pumpendrücken und verschiedenen Stellungen beider Dosierzylinder bekannt ist, können diese durch den Rechner und die Meßergebnisse beider Klappen, automatisch fernbetätigt die entsprechenden Dosierzylinder auf die gewünschte Schaumzumischprozentrate eingestellt werden. Zur Kontrolle und evt. Korrektur kann auch in der Schaumsaugleitung ein zusätzlicher Durchflußmesser eingebaut werden.

Claims (9)

1. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem Gehäuse zwei vonein­ ander unabhängig funktionierende Klappen von verschiedenen Größen hat, die mit unterschiedlich großer und einstellbarer Federkraft belastet sind.

2. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klappe mit einer separaten Dosiereinheit ausgerüstet ist.

3. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß jede separate Dosier­ einrichtung über eine mit der Klappenwelle verbundene Dosierbüchse (5) verfügt, auf der sich ein koaxial angeordneter, zweiteiliger, axial verschieb­ barer Stellzylinder (7) befindet.

4. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumzumisch­ prozentraten durch den Stellzylinder (7) stufenlos einstellbar sind.

5. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (7) entweder manuell oder elektronisch-automatisch, pneumatisch, hydraulisch, elektrisch fernbetätigt eingestellt werden kann.

6. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraftbelastung der Klappen für den Wasserbetrieb entlastet werden kann und die Klappen auf die Seite des Gehäuses geschwenkt werden können.

7. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen mit Potentio­ meter versehen werden und dadurch als Durchflußmesser für die elektronisch gesteuerte Dosiereinrichtung verwendet werden können.

8. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenvormischer in einem Gehäuse mindestens drei getrennte Düsen und zwei getrennte Mischräume aufweist.

9. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser/Schaum­ gesamtleistung der Hochdruckpumpe direkt über den Pumpenvormischer in die Hochdruckpumpe geführt wird.