Feuerlöschkreiselpumpe


Feuerlöschkreiselpumpe
Dampfspritze aus Gainfarn in Niederösterreich

Feuerlöschpumpen sind speziell für die Brandbekämpfung konstruierte Strömungsmaschinen zur Wasserförderung. Sie werden hauptsächlich von der Feuerwehr verwendet. Weiterhin gibt es auch Feuerlöschpumpen, die als vorbeugender Brandschutz bei besonders gefährdeten Objekten stationär installiert werden.

Inhaltsverzeichnis

Feuerlöschpumpen bei der Feuerwehr

Die modernen Feuerlöschpumpen sind Kreiselpumpen (Fachbegriff: Feuerlöschkreiselpumpe). Sie sind entweder tragbar oder fest am Feuerwehrfahrzeug als Frontpumpe oder im Heck des Fahrzeuges montiert. Sie gehören zur Gruppe der Feuerwehrpumpen, welche sich in Pumpen zur Förderung von Wasser und Pumpen zur Förderung von sonstigen Flüssigkeiten unterteilt. Definiert wird der Begriff "Feuerwehrpumpen" wie folgt: Feuerwehrpumpen sind maschinell angetriebene Strömungsmaschinen zur Förderung von Flüssigkeiten.

Arten von Feuerlöschpumpen

Tragbare Pumpen

Tragkraftspritze (Motorspritze) welche in den 60er Jahren gebaut wurde und teilweise heute noch eingesetzt wird

Diese Pumpen werden auch TS (Tragkraftspritze) genannt. Mit Einführung der neuen Norm werden sie in Deutschland als PFPN (Portable Fire Pump Normal Pressure) bezeichnet. Im deutschsprachigen Raum sind am meisten Tragkraftspritzen mit einer Nennförderleistung zwischen 800 l und 1600 l pro Minute verbreitet.

Die tragbaren Pumpen besitzen einen eigenen Motor, meist einen Ottomotor in seltenen Fällen auch einen Dieselmotor. Als Antrieb fungieren i. d. R. adaptierte serienmäßige Motoren. Weit verbreitet bei älteren westdeutschen Modellen war der luftgekühlte Industriemotor von VW. Die Leistungsgrenze dieser Pumpen steht in engem Zusammenhang mit ihrem Gewicht, das von vier Feuerwehrleuten getragen werden können soll, und zwar nicht nur auf ebenem Grund, sondern auch in steileren Gebieten in den Bergen. Sie haben den Vorteil, dass sie auch entfernt vom Einsatzfahrzeug zur Wasserentnahme aus offenen Gewässern verwendet werden können.

Ältere Modelle haben einen Schnurstarter oder eine Kurbel, in den neuen deutschen Bundesländern weit verbreitet, sowie bei sehr alten westdeutschen Pumpen auch noch eine Anwurfstange.

Neuere Modelle haben einen elektrischen Starter, oft ergänzt durch einen Schnurstarter für den Fall, dass der elektrische Starter nicht funktioniert.

Durch die Verwendung von Leichtbauteilen (Aluminiummotoren und Tragegestellen) sind heute Pumpen leistungsfähiger jedoch vom Gesamtgewicht nicht schwerer als frühere Modelle.

Daneben gibt es noch besondere Bauformen wie schwimmfähige Pumpen oder auf dem Rücken zu transportierende Tragkraftspritzen, die zum Beispiel bei Waldbrandeinsätzen gute Dienste leisten.

Einbaupumpen

Seitlich verbaute Einbaupumpe in einem Flugfeldlöschfahrzeug

Einbaupumpen sind meist heckseitig, teils auch in einem Geräteraum rechts oder links am Fahrzeug, in den Tanklöschfahrzeugen und Löschgruppenfahrzeugen fest integriert. Sie werden mit dem Fahrzeugmotor über den Nebenabtrieb angetrieben. Je nach Leistung haben sie zwei bis vier Druckausgänge und sind eventuell fix mit einem am Fahrzeugdach montierten Monitor oder einer Schnellangriffseinrichtung verbunden. Saugseitig haben sie eine direkte Verbindung mit einem Wassertank und zusätzlich einen A-Sauganschluss. Bei Pumpen, die über einen Hochdruckteil verfügen, ist dieser direkt mit der Schnellangriffseinrichtung und mit einem HD-Ausgang versehen. Einbaupumpen haben eine zusätzliche Bypass-Leitung, über die eine kleine Menge Wasser auch immer in den Wassertank wieder retour gepumpt werden kann. Dies vermeidet ein Einfrieren des Tanks, sowie das Überhitzen der Pumpe, wenn für längere Zeit kein Wasser gefördert wird, da das im Kreis gepumpte Wasser leicht erwärmt wird und in der Pumpe zur Dampfblasenbildung führen kann (Kavitation), was eine Beschädigung der Pumpe zur Folge hat.

Neue Pumpen sind häufig komplett verkleidet, die Handventile können durch elektrisch gesteuerte Ventile ersetzt werden.

Flugfeldlöschfahrzeuge, wie sie bei der Flughafenfeuerwehr verwendet werden, haben i. d. R. einen eigenen Motor als Antrieb der Pumpe. Die Förderleistungen ist dem Einsatzzweck entsprechend groß.

Frontpumpen

Frontpumpe eines LF 16 TS (Firma Ziegler)

Die nicht mehr so verbreiteten Frontpumpen sind frontseitig montierte Pumpen, die mit dem Fahrzeugmotor angetrieben werden. Diese Pumpen werden nur in Löschfahrzeugen älterer Bauart oder an Fahrzeugen aus dem Katastrophenschutz verwendet, die keinen eigenen Tank an Bord haben, weil beispielsweise eine Tragkraftspritze im Heck vorhanden ist. Sie werden dort eingesetzt, wo eine Sammelwasserversorgung nicht vorhanden ist. Sie können jedoch aus jedem Hydranten ihr Wasser entnehmen oder von einem Tanklöschfahrzeug eingespeist und das Wasser weiter fördern.

Entwickelt wurden sie vor allem aus Erfahrungen des Zweiten Weltkrieges, wo bei zusammengebrochenem Hydrantennetz Löschwasser aus Seen, Flüsse, Teichen oder Bombenkratern entnommen werden musste.

Aufbau von Feuerlöschpumpen

Pumpengehäuse

Einstufige Feuerlöschkreiselpumpe:

Der Förderdruck wird von einer Druckstufe aufgebracht und der Förderstrom direkt über den schneckenförmigen Ringkanal dem Druckabgang zugeleitet. Bei höheren Drehzahlen besteht Kavitationsgefahr.

Zweistufige Feuerlöschkreiselpumpe:

Der Förderdruck wird von zwei dicht hintereinander liegenden Druckstufen erzeugt. Der Leitapparat und das Laufrad bilden zusammen jeweils eine Einheit – eine Druckstufe. Der Förderstrom wird in der ersten Druckstufe mit einem Teildruck versehen und in die zweite Druckstufe geleitet. Diese zweite Stufe erhöht den Teildruck des Förderstromes auf den Ausgangsdruck. Beide Laufräder sind auf einer Antriebswelle befestigt und arbeiten mit gleicher Drehzahl. Die zweistufige ist gegen Kavitation weniger anfällig.

Unterschiede:

Beide unterscheiden sich in ihrer Arbeitsweise nur durch die Drehzahl. Bei gleichem Förderdruck ist die Drehzahl einer einstufigen Pumpe höher. Der max. Förderdruck ist gleich.

Wirkungsweise:

Mit der Entlüftungseinrichtung wird in den Saugschläuchen und der FP ein Unterdruck erzeugt. Die Atmosphäre drückt das Wasser bis in die Pumpe. Das Wasser trifft axial auf das sich drehende Laufrad und wird von den Schaufeln erfasst und durch die Zentrifugalkraft nach außen beschleunigt. Durch die Erweiterung der Laufradkanäle wird im Laufrad die Geschwindigkeit bereits zum Teil in Druckenergie umgewandelt. In dem nachgeschalteten Leitapparat werden die Kanalquerschnitte ebenfalls stetig vergrößert, so dass auch die verbliebene Geschwindigkeit bis zum Eintritt in die nächste Stufe so weit heruntergesetzt wird, dass sie der Eintrittsgeschwindigkeit der ersten Stufe entspricht. Durch diese Geschwindigkeitsherabsetzung erfährt das Wasser im Leitapparat eine Druckerhöhung. Laufrad und Leitapparat bilden zusammen eine Stufe. In der zweiten Stufe wiederholt sich der gleiche Vorgang wie in der ersten Stufe. Der Druck der 2. Stufe wird gegenüber der 1. Stufe verdoppelt. Das Laufrad fördert hier das Wasser allerdings in den schneckenförmigen Ringkanal, in dem sich durch den vergrößernden Raum die Geschwindigkeitsverringerung und damit die Druckerhöhung stattfindet. Von hier fließt das Wasser zu den Druckabgängen.

Gesetzmäßigkeiten:

Bei geschlossenen Druckabgängen ist die in der Pumpe erzeugte Förderhöhe am größten (Förderstrom = 0). Förderstrom und Förderhöhe stehen in einer bestimmten Abhängigkeit. Beim Öffnen der Abgänge wird die Förderhöhe kleiner, der Förderstrom größer. Der größte Förderstrom wird bei freiem Ausfluss, das heißt bei vollständig geöffneten Abgängen erreicht. Eine für die Löschwasserförderung bedeutungsvolle Eigenschaft der FP ist, dass sie nur den Druck erzeugt, der sich ihr als Widerstand entgegenstellt. Bei größerem Gegendruck ist der Förderstrom kleiner, bei kleinerem Druck größer.

An dem Pumpengehäuse sitzt ein kleines Ventil zum Entleeren der Wasserreste aus dem Pumpengehäuse. Dieses sitzt in der Regel an der tiefsten Stelle des Gehäuses.

Entlüftungseinrichtung

Alle (Feuerwehr-)Kreiselpumpen benötigen eine Entlüftungseinrichtung zum Ansaugen, da diese nicht selbstansaugend sind. Weit verbreitet sind Kolbenpumpen oder Membranpumpen, bei älteren Pumpen Gasstrahler (die Abgase des Motors werden als Treibgas in eine Injektorpumpe geleitet und die Luft wird nach dem Injektorprinzip aus der Pumpe und den Saugschläuchen herausgesogen, bis diese entlüftet sind).

Die früher verwendeten Flüssigkeitsring- und Trockenring-Entlüftungseinrichtungen wurden durch eine Kolbenpumpe abgelöst. Die einfachste Entlüftungseinrichtung ist das Auffüllen der Saugleitung und des Pumpengehäuses mit Wasser. Das setzt allerdings ein einwandfrei funktionierendes Rückschlagventil im Saugkorb voraus. Es ist sehr umständlich und wird praktisch nicht mehr angewandt.

Ent- und Belüftungsventil

Es sitzt zwischen dem Pumpengehäuse und der Entlüftungseinrichtung. Bei einem Druckanstieg im Pumpengehäuse (wenn die Pumpe anfängt zu fördern) schließt das Ent- und Belüftungsventil automatisch, damit das Wasser nicht in die Entlüftungseinrichtung gedrückt wird.

Ventile und Armaturen

Manometer

An einer Feuerlöschkreiselpumpe sind in der Regel zwei Manometer (bzw. drei bei einer vorhandenen Hochdruckstufe) vorhanden:

  • Das Unterdruck/Überdruckmanometer dient dem Maschinisten zur Kontrolle des Pumpeneingangsdrucks während des Einsatzes und als Kontrollmanometer bei der Trockensaugprobe (siehe Absatz "Allgemein"):
  1. Im Saugbetrieb (Wasserentnahme offenes Gewässer, Zisterne, Löschwasserbrunnen) fällt die Nadel in den linken, roten Bereich, d. h. es entsteht ein Unterdruck in der Saugleitung. Der Unterdruck ist abhängig von der geodätischen Saughöhe und der geförderten Wassermenge.
  2. Im Betrieb mit Pumpeneingangsdruck (Wasserentnahme Hydrant, Zubringerpumpe o. ä.)bewegt sich die Nadel in den rechten, schwarzen Bereich. Der Pumpeneingangsdruck sollte in der Regel 1,5 bar nicht unterschreiten, da sonst eine automatische Entlüftungseinrichtung mit dem Entlüftungsvorgang beginnt. Je nach Pumpenbauart soll er aber üblicherweise 3 bar nicht überschreiten. da sonst die Pumpenräder in der falschen Richtung überbelastet werden können.
  • Das Überdruckmanometer gibt den Pumpenausgangsdruck an. Dieser wird üblicherweise 8 - 12 bar betragen, kann aber je nach Einsatzzweck (Speisung Turbotauchpumpe, Schaumeinsatz) variieren.

Die Manometer moderner Pumpen haben als Maßeinheit das Bar, bei älteren Pumpen findet man die damals gebräuchliche Angabe "mWS" für "Meter Wassersäule".

Funktion und Betrieb

Ansaugvorgang

Beim Ansaugen evakuiert die Entlüftungseinrichtung das Pumpengehäuse und die angeschlossenen Saugschläuche.

Dadurch entsteht in dem Pumpengehäuse und in der Saugleitung eine Druckdifferenz zum Umgebungsdruck. Aufgrund dieser Druckdifferenz drückt der Umgebungsdruck das Wasser von außen in die Ansaugleitung. Die Steighöhe des Wassers in der Ansaugleitung richtet sich nach der Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Ansaugdruck.

Da der Umgebungsdruck im Durchschnitt bei ca. 1013 mbar absolut, also etwa 1 bar absolut liegt und Wasser eine Dichte von 1 kg/dm³ hat, beträgt die maximale theoretische Saughöhe bei wasserfördernden Pumpen 10 Meter. Da es aber in allen Maschinen zu Verlusten kommt (Undichtigkeiten, Reibung, Druckverluste durch Strömung etc.), beträgt die maximale Saughöhe bei Feuerlöschpumpen ca. 8 Meter. Diese ist aber auch noch abhängig von weiteren Faktoren wie zum Beispiel Gegendruck, Strömungsgeschwindigkeit durch die Pumpe (Fördermenge) oder Temperatur des Wassers.

Wenn der Ansaugdruck in der Pumpe unter den Dampfdruck des Wassers sinkt, kommt es in der Pumpe zu Kavitation.

Wenn das Wasser in die Pumpe gelangt und die Pumpe anfängt zu fördern, steigt der Druck im Pumpengehäuse an und schaltet bei modernen Pumpen über eine Vorrichtung (z. B. einen Hubkolben) die Entlüftungseinrichtung aus. Ältere Entlüftungssysteme wie z. B. Gasstrahler werden von Hand ein- bzw. ausgeschaltet.

Datei:Ansaugvorgang Feuerlöschpumpe.PNG

Betrieb

Eine Kreiselpumpe ist eine Strömungsmaschine zur Energieerhöhung mittels eines rotierenden Laufrads. Wasser, das in die Pumpe gerät, wird vom rotierenden Pumpenrad mitgerissen und zunächst auf eine Kreisbahn gezwungen. Auf dieser Bahn treibt der durch Fliehkraft aufgebaute Druck das Wasser radial nach außen, wo es durch den Ablauf abfließt. Diese Arbeitsweise nennt man hydrodynamisches Förderprinzip.

Siehe Kreiselpumpe

Trockensaugprobe

Nach dem Betrieb einer jeden Feuerlöschpumpe erfolgt eine Trockensaugprobe. Bei dieser wird mit Entlüftungseinrichtung ein Vakuum erzeugt um die Pumpe nach dem Betrieb auf eventuelle Undichtigkeiten zu überprüfen. Fehler können defekte Dichtungen oder defekte Gehäuse sein. Somit wird die ordnungsgemäße Funktion für den nächsten Einsatz sichergestellt.

Garantiepunkte

Die Garantiepunkte heutiger Feuerlöschkreiselpumpen definieren drei Leistungswerte, die eine Pumpe mindestens erfüllen muss. Da die Leistung je nach Saughöhe und Wasserförderung variiert, hat man folgende drei Punkte festgelegt:

  • Garantiepunkt 1: Nennförderstrom bei Nennförderdruck und einer Nennsaughöhe von 3 Metern bei (von Hersteller festgelegter Nenndrehzahl)
  • Garantiepunkt 2: 50 Prozent des Nennförderstroms bei 1,5-fachem Nennförderdruck und einer Saughöhe von 3 Metern
  • Garantiepunkt 3: 50 Prozent des Nennförderstroms, bei Nennförderdruck und einer Saughöhe von 7,5 Metern

Zu beachten ist, dass die alte DIN Norm 14 200 durch eine neue europäische Norm (EN 1028-1) abgelöst wurde. Insbesondere wurden hierbei die Garantiepunkte 2 und 3 vertauscht.

Einsatzarten

Löschwasserförderung über lange Wegstrecken

Wird eine Pumpe als Verstärkerpumpe bei der Löschwasserförderung über lange Wegstrecken eingesetzt, so ist es wichtig, dass der Eingangsdruck nicht zu hoch wird. Um dies zu verhindern, verwendet man ein Druckbegrenzungsventil vor dem Eingang der Pumpe oder man berechnet den Ausgangsdruck zuzüglich der Wegestrecke und Reibungsverluste im Schlauch. Diese Pumpen werden aber nicht nur zur Brandbekämpfung verwendet, sondern auch zum Auspumpen nach Hochwasser aus den überfluteten Kellern oder Schächten. Bei Einbaupumpen muss man hier bedenken, dass das verunreinigte Wasser nicht in den Wassertank kommt. Es ist dabei unbedingt die Bypass-Leitung geschlossen zu halten, oder der Tank muss anschließend gründlich gespült werden.

Klassifizierung von Feuerlöschpumpen

Aktuell werden die neuen tragbaren Feuerlöschkreiselpumpen analog den Einbaupumpen gemäß EN benannt. Die Benennung lautet beispielsweise „PFPN 10-1000“, was sinngemäß „Portable Feuerlöschkreiselpumpe Normaldruck mit einem Nennförderstrom von 1000 l/min bei einem Nennförderdruck von 10 bar“ bedeutet.

In Deutschland gebräuchliche Feuerlöschkreiselpumpen - alt und neu, nach DIN und DIN EN

(portable Pumpen tragen u. U. andere Bezeichnungen)

  • nach DIN 14420 (Norm zurückgezogen): (Schema: Abkürzung "FP"="Feuerlöschkreiselpumpe" - Nennförderstrom in l/min und Nennförderdruck in bar)
    • FP 2/5 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstom von 200 l/min bei einem Nennförderdruck von 5 bar)
    • FP 4/5 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstom von 400 l/min bei einem Nennförderdruck von 5 bar)
    • FP 8/8 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom von 800 l/min bei einem Nennförderdruck von 8 bar)
    • FP 16/8 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom von 1600 l/min bei einem Nennförderdruck von 8 bar)
    • FP 24/8 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom von 2400 l/min bei einem Nennförderdruck von 8 bar)
    • FP 32/8 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom von 3200 l/min bei einem Nennförderdruck von 8 bar)
    • Transportable Pumpen tragen anstelle "FP" das Kürzel "TS" für "Tragkraftspritze"
  • nach DIN EN 1028 (seit 11/2002):(Schema: Abkürzung "FP"="Feuerlöschkreiselpumpe" "N="Normaldruck" (bzw. auf englisch: "Fire Pump Normal Pressure") - Nennförderdruck in bar - Nennförderstrom in l/min)
    • FPN 10-1000 (Feuerlöschkreiselpumpe für Normaldruck mit einem Nennförderstrom von 1000 l/min bei einem Nennförderdruck von 10 bar)
    • FPN 10-2000 (Feuerlöschkreiselpumpe für Normaldruck mit einem Nennförderstrom von 2000 l/min bei einem Nennförderdruck von 10 bar)
    • FPN 6-500 (Feuerlöschkreiselpumpe als TS (im KLF) für Normaldruck mit einem Nennförderstrom von 500 l/min bei einem Nennförderdruck von 6 bar)
    • Transportable Pumpen tragen nun das Kürzel "PFPN" für "Portable Fire Pump Normal Pressure"

Anschlüsse

Als Anschlüsse hat die TS 8/8 (neu: PFPN 10-1000) einen A-Sauganschluss und zwei B-Druckabgänge. Für gebirgiges Gelände bzw. Selbstschutzeinheiten (Behörden) und das Militär gibt es auch leichtere Modelle (TS 4/5, TS 2/5 und TS 0,5/5) mit entsprechend geringerem Förderstrom und geringerem Förderdruck. Sie haben nur einen B-Eingang / C-Ausgang.

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