Ein Leitfaden zur auswahl von schaummittel und zumischtechnik

Ein Brand bringt viele Herausforderungen mit sich. Dazu gehört auch die Auswahl des passenden Löschmittels und der Löschtechnik, die für die jeweilige Brandsituation am besten geeignet ist. Dieser Leitfaden soll Sie dabei unterstützen, gut informiert eine Entscheidung über passende Löschsysteme zu treffen, insbesondere mit Blick auf die Verarbeitung und Lagerung brennbarer Flüssigkeiten.

Als Hersteller von Zumischsystemen für Schaummittel und Löschmonitoren konzentrieren wir uns vor allem auf Brandklasse B: brennbare Flüssigkeiten. Schaum gilt als wirksamstes Löschmittel sowohl für Kohlenwasserstoffe als auch polare Lösungsmittel. Darüber hinaus gibt es bestimmte Schaummittel, als Netzmittel bekannt, die speziell für Brände der Klasse A verwendet werden, wo einfaches Wasser nicht tief genug in das Brandgut eindringen kann.

• Klasse A: Kohlenstoffhaltige oder brennbare Stoffe
• Klasse B: Brennbare Flüssigkeiten
• Klasse C: Brennbare Gase
• Klasse D: Metalle wie Magnesium
• Klasse F: Brände von zum Kochen/Braten verwendeten Stoffen wie Pflanzenölen
• Klasse E: Elektrische Gefahrenquellen

• Löschschaum entsteht durch Vermischen von Schaummittel, Wasser und Luft. Das Mischungsverhältnis beträgt meist 1 % oder 3 % Schaummittel zu 99 % oder 97 % Wasser. Auf das Zumischen kommen wir noch später in diesem Artikel zurück, sowie auf die Ausbringungsverfahren in Teil 2.
• Ist diese als Premix bezeichnete Lösung entstanden, wird sie zu der vorgesehenen Auswurfvorrichtung gepumpt. An dieser Stelle wird mittels einer Vorrichtung zur Luftansaugung Luft eingezogen.
• Die Menge eingesaugter Luft und die Art des Schaummittels bestimmen den Verschäumungsgrad. Hierbei wird meist zwischen Schwer-, Mittel- und Leichtschaum unterschieden. Für Schwerschaum gilt ein Verhältnis bis 20:1, für Mittelschaum von 200:1 und für Leichtschaum von über 200:1. Für Leichtschaum kann noch ein wasserbetriebener Ventilator für die angemessene Ausbringung des Schaums notwendig sein. Gleichfalls kommen auch selbstansaugende Schaumgeneratoren zum Einsatz. Die Wahl des Verschäumungsgrads hängt von der jeweiligen Gefahrenquelle ab.
• Vereinfacht ausgedrückt, können sich Wasser und Öl nicht vermischen. Wasser allein kann somit bei Stoffen der Brandklasse B die brennenden Dämpfe nicht löschen. Dies ist ein wesentlicher Punkt, da nicht die Flüssigkeit selbst, sondern die Dämpfe brennen. Hier braucht es für den Löscherfolg ein Medium, das die Bildung eines Dämpfe unterdrückenden und Sauerstoff entziehenden Teppichs oder einer Filmbarriere ermöglicht. Während das Ziel gleich bleibt, können verschiedene Verfahren angewendet werden.

Proteinbasierte und synthetische Schaummittel

Moderne Schaummittel werden etwa seit den 1960er Jahren hergestellt. Bis dahin bestanden Schaummittel aus tierischem Protein (meist mit zerriebenem Horn oder Huf als Grundstoff). Der größte Nachteil lag in der Anfälligkeit, sich mit dem brennenden Stoff zu vermischen und den Brand noch anzuheizen. Ein Durchbruch kam mit den wässrigen, filmbildenden Schaummitteln (AFFF). Statt Protein als Grundstoff hatten diese durch synthetische Tenside eine größere Toleranz gegenüber Brennstoffen und konnten einen dampfversiegelnden Film auf der Oberfläche des Brandguts ausbilden. Die Löschleistung während der Bildung eines Schaumteppichs wird noch weiter verbessert, wenn dabei luftansaugende Vorrichtungen montiert worden sind. Trotzdem verdrängte die Entwicklung von AFFF den Einsatz von Protein-Schaummitteln nicht vollständig. Fluorprotein (FP) bedeutete Beständigkeit des Proteinschaums gegenüber Vermischen und Anheizen des Brandguts sowie eine gute Hitzebeständigkeit, in der Branche auch als "Rückbrennbeständigkeit" bezeichnet.

Filmbildenden Fluorprotein-Schaummitteln (FFFP) 

Die Entwicklung in den 1980er Jahren hob FP mit den filmbildenden Fluorprotein-Schaummitteln (FFFP) auf eine neue Stufe. Es trafen sich die besten Eigenschaften beider Varianten: ein filmbildender Schaum mit hohem Rückbrennwiderstand. Ebenfalls in den 1980er Jahren entstand FFFP-AR: filmbildend, Fluorprotein, alkoholbeständig. Alkohole oder polare Lösungsmittel waren immer ein zusätzliches Problem, da wasserlöslich und schaumzersetzend. Der chemische Aufbau bei FFFP-AR umfasst eine Polymerbarriere, die den Schaum gegen vorschnelle Zersetzung schützt. Das gleiche Verfahren kam nun auch mit der neuen Generation von AFFF-AR zum Einsatz.

Fluorfreie Schaummittel

In jüngerer Vergangenheit ist das Fluor, ein Grundbestandteil aller Schaummittel, zu einem umweltpolitischen Problem geworden, da es sich im Grundwasser festsetzt, nicht abgebaut wird und gesundheitsschädlich ist. Für die Industrie ist es eine große Aufgabe, all die verschiedenen Schaummittel Fluor-frei zu machen. Seit geraumer Zeit erleben wir Aussagen und Gegenaussagen von Herstellern zur Wirksamkeit einer ganzen Reihe fluorfreier Schaummittel mit neuer Zusammensetzung. Unter der Bezeichnung SFFF (Synthetic Fluorine Free Foam – Synthetischer fluorfreier Schaum) oder F3 sind dies die Schaummitteltypen, die für Betreiber schon zur neuen Normalität und ersten Wahl geworden sind und mit denen vorhandene Bestände ausgetauscht sowie neue Projekte nochmals überprüft werden. Als Hersteller von Zumischsystemen für Schaummittel müssen wir die physikalischen Eigenschaften der Schaummittel (vor allem die Viskosität) sorgfältig untersuchen, da hiervon Entscheidungen für die Zumischlösung insgesamt abhängen. Dazu später mehr.

Mehrbereichsschaummittel wie die alkoholbeständigen F3-Typen werden im Bereich der Kraftstofflagerung immer wichtiger. Die Einführung des E10-Benzins mit 10 % Bioethanol-Anteil bedeutet, dass ein SFFF/F3-Schaummittel über Alkoholbeständigkeit verfügen muss, um gegen die niedrige Wasserlöslichkeit des Kraftstoffs zu bestehen.

Vergleich von Schaummitteln: EN 1568 und UL162

Kaum überraschend, vermarkten alle Schaummittelhersteller ihr Produkt als hochwirksam. Die beste Möglichkeit, um deren Aussagen zu vergleichen, ist die Beschäftigung mit den empirisch fundierten Normen EN 1568 oder UL162. Bei den Tests werden die Löschzeit, die Schaumstabilität (mittels Ablaufzeittests) und die Nachbrandsicherheit (Rückbrenntest) untersucht.

Kohlenwasserstoffe und die schwierigeren polaren Lösungsmittel werden in den Testprotokollen ebenfalls berücksichtigt. Das bezieht Süß- und Meerwasser sowie leichtes und forciertes Aufbringen des Schaums ebenfalls mit ein. Jedes Schaummittel erhält eine Note, von IA als Bestwert bis IIID als schlechtester. So lassen sich Schaummittel klassifizieren, um eine fundierte Entscheidung über das am besten geeignete Schaummittel zu treffen.

EN 1568 ist eine sehr gute Vergleichsnorm, allerdings gilt es auch Einflüsse von Faktoren jenseits der Standardtests auf die Leistungsfähigkeit des Schaums zu berücksichtigen. Besonders aggressive Lösungsmittel zum Beispiel können die Löschwirksamkeit bestimmter Schaumarten beeinträchtigen. Dies kann durch wechselnde Umgebungslufttemperaturen, das Ausbringungsverfahren, die Tiefe des brennenden Stoffs usw. noch verschärft werden. Wir empfehlen, sich mit den Testdetails vertraut zu machen und zu versuchen, diese mit der Eignung des Schaummittels für die jeweilige Anwendung abzugleichen. Zudem ist es ratsam, die Schaummittelhersteller direkt zu kontaktieren, da diese meist über spezielles firmeneigenes Datenmaterial zur Löschleistung bei selteneren Brennstoffen verfügen. 

Auch wenn die Herstelleraussagen zur Löschleistung des Schaums nicht immer eindeutig sind, bleiben die bestehenden Grundprinzipien der Schaummittelzumischung weiterhin gültig: 1 % und 3 % sind die Standardzumischraten zur Herstellung einer Schaumlösung.

Der Löscherfolg bei brennbaren Flüssigkeiten hängt von zwei zusammenlaufenden und einander ergänzenden Faktoren ab: Zeit und Volumenstrom, mit dem der fertige Schaum ausgebracht wird. Beide Faktoren unterliegen empirisch fundierten Normen von Verbänden wie NFPA (National Fire Protection Association) in den USA oder den europäischen EN-Normen.

• Der Faktor 'Zeit' bedeutet, dass ein Brandbereich mit einer bestimmten Fläche ausreichend lang mit Schaum bedeckt bleibt, um einen Löscherfolg zu erzielen und eine Wiederentzündung zu verhindern. Dies ist besonders wichtig beim manuellen Löschen, da sich Feuerwehrleute auch nach dem eigentlichen Brand in einem Gefahrenbereich aufhalten. Bei stationären Löschanlagen an Tanks für Kohlenwasserstoffe oder polare Lösungsmittel kann die erforderliche Ausbringungsdauer bei den größten Tankdurchmessern bis zu 60 Minuten betragen.
• Die Ausbringungsrate bezieht sich auf die Menge des pro Quadratmeter ausgebrachten fertigen Schaums. Diese variiert je nach der Art des Brennstoffs und des Schaumtyps, beträgt jedoch mindestens 4,0 Liter pro Minute und Quadratmeter. Aktuell geht bei der Löschwirkung des Schaums die weitere Entwicklung auch dahin, dass sich dieser Wert wohl noch verringert. Bis sich diese Weiterentwicklung der Produkte jedoch auch in den Normen widerspiegelt, vergeht erfahrungsgemäß noch etwas Zeit. Alles unterhalb der minimalen Ausbringungsrate bedeutet, dass der Brand höchstwahrscheinlich nicht unter Kontrolle zu bringen ist.

Vor allem bei einem manuellen Löschangriff müssen daher die Löschressourcen schon vor Einsatzbeginn bereitstehen, was einige Zeit erfordert. Der Vorteil einer Installation stationärer Systeme liegt darin, dass die Ressourcen schon in betriebsbereiter Stellung und zur sofortigen Benutzung in der Anlage eingebaut sind.

Hier geben wir Ihnen eine Übersicht der verschiedenen Schaummittelzumischverfahren.

Z-Zumischer

Meist bei Feuerwehren und in gewissem Umfang auch in stationären Anwendungen eingesetzt. Es wird das Venturi-Prinzip genutzt, bei dem in einem kleinen Gerät aus Aluminium oder meerwasserbeständigem Material und mit einer integrierten Schaummittelzuleitung ein Druckabfall erzeugt wird. Durch diesen Druckabfall wird das Schaummittel aus einem Tank angesaugt, vermischt sich mit dem Löschwasser und es entsteht eine Schaumlösung. Sowohl das Ansaugrohr als auch das eigentliche Zumischergehäuse sind so kompakt, dass ein Einbau in ein Löschfahrzeug oder auch Rohrleitungssystem einfach möglich ist.

Somit gilt dies zwar als die einfachste Variante, hat aber entscheidende Nachteile:

• Die Geräte sind werkseingestellt und jegliche Veränderung der Hydraulik (z. B. aufgrund der Länge der Auswurfleitung nach dem Zumischer, der Höhe der Auswurfvorrichtung oder einer veränderten Anzahl von Auswurfvorrichtungen) erfordert höchstwahrscheinlich einen Anlagenumbau;
• die Anlagenkonstruktion und -genehmigung sind unsicher, weil Abweichungen aufgrund veränderter Leitungsdurchmesser die Zumischgenauigkeit beeinträchtigen und eventuell die Zumischung vollständig unterbinden;
• veränderte Schaummittelviskositäten die Fähigkeit des Venturi-Zumischers zum Ansaugen von Schaummittel in die nachgeschalteten Leitungen verschlechtern;
• der Druckverlust mit bis zu 35 % ist hoch und erfordert entsprechend hohe Pumpendrücke, was die Anlagenkosten potenziell nach oben treibt;
• die Geräte zur Beförderung des Schaums müssen so dimensioniert sein, dass sie die konstruktionsbedingten Volumenströme nicht einschränken;
• Testen ist ohne Erzeugung von Schaumlösung (Premix) und echten Auswurf von Schaum nicht möglich. Dies kommt als Schaummittelverbrauch zu den gesamten Betriebskosten hinzu; das Schaummittel muss ersetzt und der ausgeworfene Schaum oder das Premix entsorgt werden.

Druckgeregelte Zumischer

Diese nutzen eine elektrische oder dieselgetriebene Pumpe zur Förderung des Schaummittels in den Zumischer – mit einem höheren Druck als in der ankommenden Wasserleitung. Der Zumischer ist in die Wasserleitung eingebaut und regelt die Zumischung.
Mittlerweile gelten solche Anlagen als älter und haben Nachteile wie:

• zusätzliche Kosten für Technik und Konstruktion;
• die Schaummittelpumpe ist meist auf einen viel kleineren Zumischratenbereich beschränkt, obwohl der eigentliche Zumischer breite Volumenstrombereiche abdecken kann;
• für die Schaummittelpumpe ist eine zusätzliche Energiequelle außer dem Wasser notwendig, weswegen die Anlage weniger sicher ist als eine solche mit nur einem potenziellen Ausfallpunkt wie ein vollständig wasserbetriebenes System;
• meist sind diese Systeme sehr komplex und verlangen dem Kunden viel Aufwand beim Einrichten, Inbetriebnehmen und Testen ab;
• die Rückzirkulation von unverbrauchtem Schaummittel verursacht unnötig viel Durchmischen des Schaummittels, wodurch dieses geschädigt und Luft eingeschlossen werden kann, was wiederum die präzise Zumischung und die Wirksamkeit des Löschens mit Schaum behindern kann.

Blasentanks

Sie bestehen aus einem Druckbehälter aus Stahl und einer flexiblen Blase (meist aus Butyl), angeschlossen an einen Zumischer ähnlich denen bei druckgeregelten Anlagen. Das ankommende, unter Druck stehende Wasser komprimiert die mit Schaummittel gefüllte Blase, sodass das Schaummittel einem Zumischer zugeführt werden kann. Hier kommt wieder das Venturi-Prinzip ins Spiel, da am Zumischpunkt des Schaummittels ein Druckabfall erzeugt wird. Testen ist nicht möglich, ohne dass Premix erzeugt und Schaum ausgebracht wird. Dies summiert sich bei den Gesamtbetriebskosten; das verbrauchte Schaummittel muss ersetzt und der ausgeworfene Schaum oder Premix entsorgt werden. Das Blasentanksystem an sich gilt als eine Schwachstelle, denn es muss sehr darauf geachtet werden, dass bei Inbetriebnahme oder einer Neuinstallation die Blase nicht beschädigt wird. Bei auftretenden Problemen ist die Arbeit innerhalb des stählernen Druckbehälters immer kompliziert, vor allem, wenn eine Blase ersetzt werden muss: Auch dies erhöht den Aufwand und die Kosten.

CAFS (Compressed air foam - Druckluftschaum)

Dieses ist kein Zumischverfahren im herkömmlichen Sinn, da das Schaummittel bereits mit einem der vorgenannten Verfahren zugemischt wird. Anschließend wird jedoch Druckluft zugeführt, anstelle eines natürlichen Einzugs oder Ansaugens. Beim Druckluftschaumverfahren (CAFS) wird Druckluft vor dem Auswurfpunkt in die Schaummittellösung gepresst. Übereinstimmung herrscht darüber, dass beim CAFS-Verfahren der fertige Schaum eine bessere Haftfähigkeit an vertikalen Oberflächen erhält und so besser eindringt wie auch kühlt. Dies ist auch bei Wald- und Buschbränden ein Vorteil, da so vulnerable Strukturen bedeckt und die Ausbreitung des Feuers abgemildert werden. Da in abgelegenen Brandgebieten die Wasserversorgung eingeschränkt ist, kann somit diese Ressource maximal optimiert werden. Wie bei den Schaummittelpumpen druckgesteuerter Zumischanlagen kann durch die zusätzliche CAFS-Technik jedoch auch hier ein weiterer Ausfallpunkt entstehen.

Durch den Wasserstrom angetriebene Zumischsysteme

FireDos steht inzwischen synonym für sein einzigartiges wasserbetriebenes Schaummittel-Zumischsystem. Nun schon in der dritten Entwicklungs-Generation, zeichnet sich dieses Produkt durch seine rein mechanische Funktionsweise und höchste Zuverlässigkeit aus. Ein wassergetriebener Rotor liefert die Antriebskraft zur Bewegung einer direkt gekuppelten Kolben- oder Plungerpumpe nach dem Verdrängerprinzip. Diese Pumpe saugt das Schaummittel aus einem Tank in der Nähe des FireDos-Zumischsystems, in dem lediglich Umgebungsdruck herrscht. Die Zumischpumpe, werksseitig auf die erforderliche Zumischrate eingestellt, mischt das Schaummittel über einen breiten Betriebsbereich genau zu. Das rein mechanische System ermöglicht durch einen integrierten Rückführmechanismus das kostengünstige und umweltfreundliche Testen der Zumischrate, ganz ohne dass Schaummittel verbraucht oder Premix bzw. Löschschaum erzeugt wird.

• Kostenersparnis: Die Zumischrate wird getestet, ohne dass Schaum verbraucht oder Premix bzw. Schaum erzeugt wird – kostengünstig und umweltschonend.
• Verbesserte Leistung: Konstante Zumischrate über einen breiten Betriebsbereich.
• Optimierte Förderung hochviskoser Schaummittel bei verbessertem Ansaugvermögen.
• 25 % weniger Druckverlust gegenüber früheren Generationen durch hydraulische Optimierung.
• Verbesserte Zylinderabschaltung zum einfachen und schnellen Umschalten auf eine andere Zumischrate.
• FM-zugelassene FireDos-Zumischsysteme der Generation III sind aktuell die einzigen FM-zugelassenen wassermotorgekuppelten variablen Zumischsysteme mit FM-zugelassenen Volumenstrommessgeräten. Die Rückführleitung für Testzwecke ermöglicht das Testen der Zumischrate bei der Inbetriebnahme sowie während jährlicher Überprüfungen, ohne dass Premix entsteht. Das ist ein wesentlicher Vorteil für den Benutzer und entlastet die Umwelt.