Feuerlöschpumpe

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.

Feuerlöschpumpen bei der Feuerwehr

Die modernen Feuerlöschpumpen sind Kreiselpumpen (Fachbegriff: Feuerlöschkreiselpumpe). Sie sind entweder tragbar oder fest am Feuerwehrfahrzeug als Vorbaupumpe 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 1938 gebaut wurde und in Form ähnlicher Modelle teilweise noch heute eingesetzt wird

Diese Pumpen werden auch TS (Tragkraftspritze) genannt. Im deutschsprachigen Raum sind am meisten Tragkraftspritzen mit einer Nennförderleistung zwischen 800 l und 1600 l pro Minute verbreitet. Sie gibt es auch als Lenzpumpe mit 2400 Liter Förderleistung bei 3 bar Förderdruck. Mit Einführung der neuen Norm werden sie in Deutschland als PFPN (Portable Fire Pump Normal Pressure) bezeichnet. Hier gibt es dann auch neue Leistungsklassen von 1000 Liter bei 10 bar (PFPN 10-1000) oder 2000 Liter bei 10 bar (PFPN 10-2000).^[1]

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 Reversierstarter 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 Reversierstarter 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 zum Einsatz kommen können.

Zu den nicht-normierten Pumpen gehören die kompakten Hochdruck-Löschaggregate, die Motorpumpe, Schnellangriffseinrichtung und Tank in einer Einheit zusammenfassen und damit auch kleineren Löschfahrzeugen oder Rüstwagen Löschkapazitäten für eine Erstangriff bei Klein- und Entstehungsbränden verleihen.

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 Förderleistung ist dem Einsatzzweck entsprechend groß.

Vorbaupumpen

Vorbaupumpe eines LF 16 TS (Firma Ziegler)

Frontseitig montierte Pumpen, die mit dem Fahrzeugmotor angetrieben werden, sind seit einigen Jahren nicht mehr in den deutschen Normen für Feuerwehrfahrzeuge vorgesehen und demzufolge auch nur noch in Löschfahrzeugen älterer Bauart oder an Fahrzeugen aus dem Katastrophenschutz verwendet. Ein typisches Beispiel für solch ein Fahrzeug ist das LF 16-TS, das statt eines eigenen Wassertanks eine Tragkraftspritze im Heck verlastet hat. Derartige Fahrzeuge 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, Flüssen, 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

Feuerwehrkreiselpumpen sind nicht selbstansaugend, das heißt sie benötigen eine Entlüftungseinrichtung, um vor der Aufnahme des Saugbetriebs sämtliche Luft aus Saugschläuchen und Pumpengehäuse zu entfernen. Der umgebende Luftdruck drückt anschließend das anzusaugende Wasser in Schläuche und Pumpengehäuse (siehe Abschnitt Ansaugvorgang). Weit verbreitet sind hierfür 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 herausgesaugt, bis diese entlüftet sind.

Die früher verwendeten Flüssigkeitsring- und Trockenring-Entlüftungseinrichtungen wurden bei heutigen Feuerlöschkreiselpumpen in der Regel durch Kolbenpumpen abgelöst. Die einfachste Entlüftungseinrichtung ist das Auffüllen der Saugleitung und des Pumpengehäuses mit Wasser. Das setzt allerdings ein einwandfrei funktionierendes Rückschlagventil im Saugkorb voraus. Diese Methode ist vergleichsweise umständlich und wird praktisch nur beim Ausfall der verbauten Entlüftungseinrichtung 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, rot markierten Unterdruckbereich, mittels dessen der Unterdruck in der Saugleitung angezeigt wird. 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, schwarz gekennzeichneten Überdruckbereich. Der Pumpeneingangsdruck sollte in der Regel 1,5 bar nicht unterschreiten, da die automatische Entlüftungseinrichtung – sofern vorhanden – ab dieser Grenze wieder 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 Wasser fördernden Pumpen 10 Meter. Da es aber in allen Maschinen zu (u.A. Reibungs-)Verlusten kommt, beträgt die (in der Praxis übliche) maximale Saughöhe bei Feuerlöschpumpen zwischen 7 und 8 Meter. Diese ist abhängig von Faktoren wie Luftdruck, Strömungsgeschwindigkeit durch die Pumpe (Fördermenge) oder Temperatur des Wassers.^[2]

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.

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 auch: 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.

Der Sauganschluss wird durch eine Blindkupplung verschlossen, die Druckabgänge werden geschlossen (ohne Blindkupplungen) und die Pumpe wird gestartet. Bei nicht automatischen Entlüftungseinrichtungen wird diese aktiviert. Innerhalb von 30 Sekunden muss die Pumpe einen Unterdruck von mindestens 0,8 bar erzeugen. Nach dem Ausschalten der Pumpe darf sich der Unterdruck innerhalb von einer Minute um maximal 0,1 bar verringern.^[2]

Bei den Maschinen einiger Hersteller dient die Trockensaugprobe zudem zur Schmierung der Pumpenelemente mit Hilfe der Stopfbuchsen.

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 geodätischen Nennsaughöhe von 3 Metern bei (vom Hersteller festgelegter Nenndrehzahl)
• Garantiepunkt 2: 50 Prozent des Nennförderstroms bei Nennförderdruck und einer geodätischen Saughöhe von 7,5 Metern (vom Hersteller festgelegter Nenndrehzahl)
• Garantiepunkt 3: 50 Prozent des Nennförderstroms, 12 bar Förderdruck und einer geodätischen Saughöhe von 3 Metern (beim 1,2-fachem der vom Hersteller festgelegter Nenndrehzahl)

Zu beachten ist, dass die alte DIN Norm 144 20 durch eine neue europäische Norm (EN 1028-1) abgelöst wurde. Insbesondere wurden hierbei die Garantiepunkte 2 und 3 vertauscht.^[3]

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 / 100 in l/min und Nennförderdruck in bar)
  • FP 2/5 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom von 200 l/min bei einem Nennförderdruck von 5 bar)
  • FP 4/5 (Feuerlöschkreiselpumpe mit einem Nennförderstrom 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 bzw. C-Ausgang.

Einzelnachweise

1. ↑ DIN EN 1028, Feuerlöschpumpen - Feuerlöschkreiselpumpen mit Entlüftungseinrichtung, 2009
2. ↑ ^{a b} Ausbildung der Freiwilligen Feuerwehren - Maschinist für Löschfahrzeuge, Landesfeuerwehrschule Baden-Württemberg, Neckarverlag, 2002
3. ↑ Jan Tino Demel, Abschnittsarbeit: Die neue Pumpen-Normung führt zu geänderten Pumpenkennlinien, Mai/Juni 2009

Weblinks

 Commons: Feuerlöschpumpen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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