Stufenloses automatisch-mechanisches Schaum-Dosiersystem für Hoch- und Normaldruck Feuerlöschkreiselpumpen

Abstract

 Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem bestehend aus einem mehrstufigen Pumpenvormischer und zwei unabhängig voneinander arbeitenden Dosiereinrichtungen, die zwei verschieden große Flächen und federkraftbelastete Staumeßklappen aufweisen.
Dies ermöglicht eine hohe Genauigkeit der Schaumzumischprozentraten und erlaubt durch manuelle, fernbetätigte oder automatische Einstellung eine stufenlose Dosierung für Hoch- und Normaldruckbereich der Feuerlöschkreiselpumpe sowie den gleichzeitigen Einsatz von Wasser und Wasser/Schaumgemisch.
Dabei entsteht ein größerer Arbeitsbereich, der sich insbesondere bei niedrigeren Löschmengen vorteilhaft auswirkt.

Beschreibung

[0001] 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 Hochdruck als auch im Normaldruckbereich dem Löschwasser beizumischen.

[0002] 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.

[0003] 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 Pumpendruckausgang sowie des beschränkten Arbeitsbereiches (verursacht durch die Venturidüse), in der Praxis nicht verwendet.

[0004] 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 2331 626, GB 2 158 712, OE 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 Schaumversorgung der Hochdruckpumpen über die Normaldruckpumpe und mit dem für diese Normalpumpenleistung ausgelegten Pumpenvormischer vorgenommen wird.

[0005] 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 4 - 4500 l/min. bei einer Schaumzumischprozentrate von 3% bzw. 6% angegeben werden.
Die Anforderungen von vielen Behörden, Berufs- und Werkfeuerwehren bzw. Flughäfen liegen dagegen bei bis zu max. +-5%.

[0006] 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.

[0007] Nachteilig bei all diesen Systemen ist weiterhin, daß der niedrigste Punkt des Arbeitsbereiches zwischen 200 - 300 l/min. liegt.

[0008] Auf dem Markt befinden sich jedoch Hochdruckpistolen mit Schaumaufsatz und Hohlstrahldüsenhandrohre (für Schaumzumischung unter 1%) die Durchsatzleistungen zwischen 100 -150 l/min. haben.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, ein Schaumdosiersystem zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile nicht vorhanden sind.

[0014] 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.

[0015] Das Funktionsschema Fig. 1 zeigt die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe und die Möglichkeit, gleichzeitig mit der Normaldruckpumpe Wasser abgeben zu können.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] Bei der Schaumversorgung der Hochdruckpumpe13 nach Fig. 1 saugt die Feuerlöschkreiselpumpe4 Wasser über die Saugleitung3 aus dem Wasserbehälter2 an, das über die By-Passleitung5, Absperrorgan6, Pumpenvormischer7, Dreiwegehahn 11 und Druckleitung10 in die Hochdruckpumpe13 geführt wird. Durch den im Pumpenvormischer7 entstandenen Unterdruck strömt über die Schaumsaugleitung14 des Pumpenvormischers7 und die Dosiereinrichtung15 Schaummittel in die erste Stufe und wird im Mischraum8 des Pumpenvormischers mit dem Wasser vermischt. Das Wasser/Schaumgemisch wird dann in die Hochdruckpumpe13 geführt, wie vorhin beschrieben. Über die Hochdruckpumpe 13 wird das Gemisch über die Druckleitung21 und die Absperrorgane22, 23 zu den Hochdruckhaspeln24, 25 geleitet.
Sollte über die Feuerlöschkreiselpumpe4 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.

[0019] 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 Dreiwegekugelhahn11 Richtung Normaldruckpumpe4 geöffnet werden. In diesem Fall ist die Saugleitung10 der Hochdruckpumpe 13 automatisch gesperrt.
Vorteilhaft dabei ist, daß Schaumzumischprozentraten besonders genau eingestellt werden können. Die größere Klappe, die mit voller Federkraft belastet ist, bleibt geschlossen.

[0020] Wenn die Wassermengen mehr als 400 l/min. erreichen Fig.3, liefert der Pumpenvormischer7 Wasser/Schaumgemisch über die By-Passleitung12 in die Normaldruckpumpe. Dabei strömt das Schaummittel über die Schaumsaugleitung 16 und Dosiereinheit17 in den Mischraum9 des Pumpenvormischers7. Da die Dosiereinheit17 und Mischraum9 auf die Maximalleistung ausgelegt ist, wird die Dosiereinrichtung15 sowie der Mischraum8 geschlossen.
Die Schaumversorgung der Hochdruckpumpe13 erfolgt über die Druckleitungen 18 und 19 sowie Absperrorgan20 in die Saugleitung 10 der Hochdruckpumpe13.

[0021] Bei der neuen Dosiereinrichtung Fig.4 werden als Staukörper zwei voneinander unabhängig funktionierende, unterschiedlich große Klappen -für Hochdruck1 und für Normaldruck2- in einem durch eine Rippe10 örtlich getrennten Gehäuse9 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.

[0022] Wie aus Fig.4 zu entnehmen ist, weisen die Klappen1 und 2 je eine separate Welle 3 und 4 auf und sind mit je einer Dosierbüchse5 und 6 direkt verbunden. Diese Dosierbüchsen verdrehen sich je nach Klappenbewegung, die sich in Abhängigkeit der durchfließenden Löschmenge und entsprechenden Federkraftbelastung bewegen.
Auf den Dosierbüchsen5 und 6 sind jeweils ein zweiteiliger Stellzylinder7 und 8 koaxial angeordnet. Die im Außenbereich liegenden Stellzylinderhälften7a und 8a 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.

[0023] 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 Klappe1, die mit der kleineren Federkraft belastet ist. Die Klappe2, bedingt durch die größere Federkraft, bleibt zunächst noch geschlossen. Durch die Bewegung der Klappe1 wird auch über die Welle3 die Dosierbüchse5 gleichzeitig bewegt. Durch die axiale Verschiebung des Stellzylinders7a kann dann eine Einstellung der Schaumzumischprozentraten erreicht werden, die mit herkömmlichen Systemen, bedingt durch die Federanordnung am Staukörper der Dosierein richtung, weder in Genauigkeit der Zumischraten noch hinsichtlich der niedrigen Arbeitsbereiche möglich ist.

[0024] Entgegen aller herkömmlichen Verfahren -einschl. separater Hochdruckzumischerwird 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.

[0025] 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.

[0026] 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 Lieferung weniger und größerer Schaummengen entsprechend beisteuert, ohne in einer Anlage mehrere separate Pumpenvormischer einbauen zu müssen.
Der neue Pumpenvormischer besteht aus einem Gehäuse1, zwei Mischräumen2 und 3, drei Düsen4, 5 und 6 sowie vier Schaumsauganschlüssen7, 8, 9 und 10. Von den vier Schaumsauganschlüssen sind zwei mit den Dosiereinrichtungen verbunden, zwei weitere werden für die Notbetätigung verwendet.

[0027] Sollen Löschmengen bis 400 l/min. für Hochdruck oder Normaldruck -wie oben beschriebenabgegeben werden, so wird das Wasser über die Treibdüse4 in die Treib/Fangdüse5 geführt, wo es schließlich den Pumpenvormischer über Fangdüse6 verlässt. Im Mischraum2 entsteht, den physikalischen Funktionsgesetzen einer Strahlpumpe entsprechend, ein Unterdruck, womit über die Dosiereinrichtung und Schaumanschlußöffnung7 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 Schaumsaugöffnung9 des Pumpenvormischers und Nr. 7 schließt. Durch den zweiten Mischraum3 kann die max. Schaumsaugleistung erreicht werden. Das Wasser/Schaum-gemisch wird in diesem Fall immer in die Normaldruckpumpe geleitet.

[0028] 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 Drehpotentiometer 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.

Ansprüche

1. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem Gehäuse zwei voneinander 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 Dosiereinrichtung über eine mit der Klappenwelle verbundene Dosierbüchse(5) verfügt, auf der sich ein koaxial angeordneter, zweiteiliger, axial verschiebbarer Stellzylinder(7) befindet.

4. Automatisch mechanisches Schaumdosiersystem mit Pumpenvormischer nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumzumischprozentraten 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 Potentiometer 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/Schaumgesamtleistung der Hochdruckpumpe direkt über den Pumpenvormischer in die Hochdruckpumpe geführt wird.

Zeichnung