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Die Erfindung betrifft eine automatisch-mechanische
Schaum-Dosiereinrichtung mit einem Pumpenvormischer.
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In der
EP 0 633 042 A1 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.
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Dabei werden die Schaumzumischprozentraten
manuell durch einen Dosierhahn eingestellt oder es wird 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.
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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.
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Obwohl gemäß der Patentschrift
DE 41 13 618 eine automatische
Regelung mit Hilfe von
` Differenzdruckverwendung
einer Venturidüse
bekannt ist, wird diese Lösung
wegen der aufwendigen Ausführung
der Teile, des ständigen
Druckverlustes am Pumpendruckausgang sowie des beschränkten Arbeitsbereiches
(verursacht durch die Venturidüse),
in der Praxis nicht verwendet.
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Dagegen findet in der Praxis hauptsächlich das
in der
EP 0 633 042
A1 erwähnte
FIX-MIX Dosiersystem sowie die in den Patentanmeldungen
AT 373 155 B ,
DE 2331 626 ,
GB 2 158 712 ,
OE 304 272 ,
DE 38 33 055 aufgeführten Systeme
Verwendung, die im Grunde alle mit der Anmeldung
US 3 040 758 gattungsmässige Ähnlichkeiten
haben. Durch diese Gemeinsamkeit besteht auch eine Funktionsgleichheit,
in dem die Schaumversorgung der Hochdruckpumpen über die Normaldruckpumpe und
mit dem für diese
Normalpumpenleistung ausgelegten Pumpenvormischer vorgenommen wird.
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Durch diese Größenordnungsdiskrepanz zwischen
Hochdruckpumpe mit kleinerer Förderleistung
einerseits und Pumpenvormischer für Normaldruckpumpe mit großer Förderleistung
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 400–4500
l/ min. bei einer Schaumzumischprozentrate von 3% bzw. 6% angegeben
werden.
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Die Anforderungen von vielen Behörden, Berufs-
und Werkfeuerwehren bzw. Flughäfen
liegen dagegen bei bis zu max.+/–5%.
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Da bei den in den anderen Patentschriften aufgeführten Systemen,
gegenüber
dem FIX-MIX System, nicht einmal eine Dosiermöglichkeit der Hochruckzumischung
für den
Normaldruckpumpenvormischer vorgesehen ist, wird im Hochdruckbereich
bei allen herkömmlichen
Dosiersystemen ein noch schlechteres Resultat erzielt.
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Nachteilig bei all diesen Systemen
ist weiterhin, daß der
niedrigste Punkt des Arbeitsbereiches zwischen 200–300 l/min.
liegt.
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Auf dem Markt befinden sich jedoch
Hochdruckpistolen mit Schaumaufsatz und Hohlstrahldüsenhandrohre
(für Schaumzumischung
auch unter 1 %), die Durchsatzleistungen zwischen 50–150 l.
haben.
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In Anbetracht der Tatsache, daß wiederum druckluftunterstützte Löschverfahren
CAFS compressed air foam systems mit Schaummengen ab 8–10 l/min.
Gesamtleistung sowie neue Schaumsorten, die immer kleinere Zumischrateneinstellungen und
weniger Löschwassermengen
verlangen, eingeführt
wurden, gewinnt die genaue Schaumdosierung und das Erreichen eines
niedrigeren Arbeitslöschmengenbereiches,
wie es hier vorgeschlagen ist, immer mehr und mehr an Bedeutung.
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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.
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Dies verursacht einen größeren Druckverlust – auch im
Wasserbetrieb –,
eine ungenauere Dosierung und einen kleineren Arbeitsbereich, wobei
der untere Bereich zwischen 50 bis 150 l/min. für herkömmliche Systeme unerreichbar
bleibt.
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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 Normaldruckpumpe vorgenommen
wird.
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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.
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Die Erfindung setzt sich daher die
Aufgabe, eine Schaumdosiereinrichtung zu schaffen, bei der unabhängig von
der Menge und dem Druck des geförderten
Löschmittels
der Hochdruck- bzw. Niederdruckteil der Feuerlöschpumpe, die eingestellten Schaumprozentzumischrate
konstant bleibt und darüber
hinaus eine stufenlose Dosierung des Schaummittels sowie ein Arbeitsbereich
unter 100 l Löschmenge – dadurch
auch CAFS Verwendung – möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen
des Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Das Funktionsschema 1 zeigt die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe
und die Möglichkeit,
gleichzeitig mit der Normaldruckpumpe Wasser abgeben zu können.
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Das Funktionsschema 2 zeigt die Schaumversorgung der Normaldruckpumpe
bei einer Löschmenge
für die
Verwendung von Schaumhandrohren bei einer Leistung von 1–400 l/min.
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Das Funktionsschema 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.
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Bei der Schaumversorgung der Hochdruckpumpe 13 nach 1 saugt die Feuerlöschkreiselpumpe 4 Wasser über die
Saugleitung 3 aus dem Wasserbehälter 2 an, das über die
Bypassleitung 5, Absperrorgan 6, Pumpenvormischer 7,
Dreiwegehahn 11 und Saugleitung 10 in die Hochdruckpumpe 13 geführt wird.
Durch den im Pumpenvormischer 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.
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Über
die Hochdruckpumpe 13 wird das Gemisch über die Druckleitung 21 und
die Absperrorgane 22, 23 zu den Hochdruckhaspeln 24, 25 geleitet.
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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.
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Die auf 200 und 400 l/min ausgelegten Schaumrohre
im Niederdruckbereich 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 Hochdruckpumpe 13 automatisch
gesperrt.
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Vorteilhaft dabei ist, daß Schaumzumischprozentraten
besonders genau eingestellt werden können. Die größere Klappe,
die mit voller Federkraft belastet ist, bleibt geschlossen.
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Wenn die Wassermengen mehr als 400 l/min.
erreichen 3, liefert
der Pumpenvormischer 7 Wasser/Schaumgemisch über die
Bypassleitung 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.
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Die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe 13 erfolgt über die
Druckleitungen 18 und 19 sowie Absperrorgan 20 in
die Saugleitung 10 der Hochdruckpumpe 13.
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Bei der neuen Dosiereinrichtung 4 werden als Staukörper zwei
voneinander unabhängig funktionierende,
unterschiedlich große
Klappen – für Hochdruck 25 und
für Normaldruck 26 – in einem durch
eine Rippe 34 örtlich
getrennten Gehäuse 33 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 35, 36 beliebig mit Hilfe einer Spannvorrichtung
einstellbar vorgespannt werden können.
Dadurch können
auch individuelle Wünsche hinsichtlich
Arbeitsbereichbestimmung berücksichtigt
werden.
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Im Wasserbetrieb ist es möglich, die
Feder über
eine Spannvorrichtung soweit zu entspannen, daß kein Druckverlust durch Federkraftwiderstand entsteht.
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Wie aus 4 zu entnehmen ist, weisen die Klappen 25 und 26 je
eine separate Welle 27 und 28 auf und sind mit
je einer Dosierbüchse 29 und 30 direkt
verbunden. Diese Dosierbüchsen
verdrehen sich je nach Klappenbewegung, die sich in Abhängigkeit der
durchfließenden
Löschmenge
und entsprechenden Federkraftbelastung bewegen.
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Auf den Dosierbüchsen 29 und 30 sind
jeweils ein zweiteiliger Stellzylinder 31 und 32 koaxial angeordnet.
Die im Außenbereich
liegenden Stellzylinderhälften 31a und 32a lassen
sich in axiale Richtung verschieben, sodaß eine stufenlose Einstellung der
Schaumzumischprozentraten dadurch ermöglicht wird. Die Verschiebung
der Stellzylinder kann entweder manuell oder fernbetätigt elektrisch,
pneumatisch oder hydraulisch vorgenommen werden.
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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 25, die mit der kleineren Federkraft
belastet ist. Die Klappe 26, bedingt durch die größere Federkraft,
bleibt zunächst
noch geschlossen. Durch die Bewegung der Klappe 25 wird auch über die
Welle 27 die Dosierbüchse 29 gleichzeitig
bewegt. Durch die axiale Verschiebung des Stellzylinders 31a kann
dann eine Einstellung der Schaumzumischprozentraten erreicht werden,
die mit herkömmlichen
Systemen, bedingt durch die Federanordnung am Staukörper der
Dosiereinrichtung, weder in Genauigkeit der Zumischraten noch hinsichtlich
der niedrigen Arbeitsbereiche möglich
ist.
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Entgegen aller herkömmlichen
Verfahren – einschl.
separater Hochdruckzumischer –wird
hier die Gesamtleistung der Wasser/Schaumversorgung der Hochdruckpumpe über den
Pumpenvormischer direkt in die Hochdruckpumpensaugseite geführt.
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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.
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Die erreichbare Genauigkeit entgegen
Prospektangaben von +20% sowie +/–10% der herkömmlichen
Systeme liegt bei der neuen Lösung
unter +/–5%,
d.h. annähernd
so genau wie bei elektronisch gesteuerten Zumischanlagen.
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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.
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Erfindungsgemäß wurde bei diesem neuen Dosiersystem
gegenüber
herkömmlichen
Anlagen ein mehrstufiger Pumpenvormischer 5 entwickelt, der in Verbindung mit der
Dosiereinrichtung zu der Genauigkeit der Schaumzumischprozentraten sowie
zur Lieferung weniger und größerer Schaummengen
entsprechend beisteuert, ohne in einer Anlage mehrere separate Pumpenvormischer
einbauen zu müssen.
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Der neue Pumpenvormischer besteht
aus einem Gehäuse 37,
zwei Mischräumen 39 und 40,
drei Düsen 41, 42 und 43 sowie
vier Schaumsauganschlüssen 44, 45, 46 und 47.
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Von den vier Schaumsauganschlüssen sind zwei
mit den Dosiereinrichtungen verbunden, zwei weitere werden für die Notbetätigung verwendet.
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Sollen Löschmengen bis 400 l/min. für Hochdruck
oder Normaldruck – wie
oben beschrieben abgegeben werden, so wird das Wasser über die
Treibdüse 41 in
die Treib/Fangdüse 42
geführt,
wo es schließlich
den Pumpenvormischer über
Fangdüse 6 verlässt. Im
Mischraum 39 entsteht, den physikalischen Funktionsgesetzen
einer Strahlpumpe entsprechend, ein Unterdruck, womit über die
Dosiereinrichtung und Schaumanschlußöffnung 44 Schaummittel
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
Schaumsaugöffnung 46 des
Pumpenvormischers und Nr. 44 schließt. Durch den zweiten Mischraum 40 kann
die max. Schaumsaugleistung erreicht werden. Das Wasser/Schaumgemisch
wird in diesem Fall immer in die Normaldruckpumpe geleitet.
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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.
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Bei der elektronischen Ausführung müssen auf
die Wellenenden der Klappen Drehpotentiometer gesetzt werden, um
die entsprechenden Signale der Klappenstellungen an einen Rechner
zu führen
und damit die Wassermengen zu erfassen.
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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.