Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaumbilder gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Schaumsprinkler gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Schaumsprinkler finden hauptsächlich im Bereich der Brandbekämpfung Anwendung, da gewisse Brände, insbesondere Flüssigkeitsbrände, nicht mit Wasser, sondern nur mit Löschschaum wirksam bekämpft werden können.

Löschschaum besteht grösstenteils aus Füllgas (beispielsweise Luft), Wasser und einem Schaummittel. Wasser und Schaumittel liegen meist in Form eines flüssigen Schaumwasserkonzentrats vor, welches bei einem Brand über mehrere Schaumsprinkler im Brandbereich verteilt wird. Zum Aufschäumen des Schaumwasserkonzentrats wird bekanntermassen die Flüssigkeit durch ein Sieb geschleudert. Ähnlich wie beim Aufschlagen von Eiweiss in Eisschnee mit einem Schwingbesen, bewirkt das Schlagen mit dem Sieb die Schaumbildung durch Zumischung von Luft im Schaumwasserkonzentrat. Das Verhältnis zwischen dem Volumen des erzeugten Schaums und dem Volumen des ursprünglichen Schaumwasserkonzentrats wird

„Verschäumungszahl" genannt. Je nach Anwendungs zweck sind unterschiedliche Verschäumungszahlen von Vorteil, diese werden wie folgt klassiert: - Schwerschaum mit einer Verschäumungszahl < 20

- Mittelschaum mit einer Verschäumungszahl > 20 bis < 200

- Leichtschaum mit einer Verschäumungszahl > 200

Zur Löschung von Bränden der Brandklasse B (Brände von flüssigen oder flüssig werdenden Stoffen) wird vorteilhaft Schwerschaum verwendet mit einer Verschäumungszahl zwischen 2 und 20.

Im Stand der Technik werden verschiedene Lösungen zur Kombination eines Sprinklers mit einem Sieb zur Bereitstellung eines Schaumsprinklers vorgestellt.

Wie es aus der Patentanmeldung JP 2016182225 A hervorgeht, kann ein Sieb zwischen der Mündung der Zuleitung eines Sprinklers und dem Sprühteller angeordnet werden. Ein Nachteil dieses Schaumsprinklers ist, dass das Schaumwasserkonzentrat zuerst durch das Sieb verschäumt wird und der Schaum dann über dem Sprühteller verteilt wird. Aufgrund der geringen Dichte des Schaums ist die Verteilwirkung des Sprühtellers beschränkt, wobei der Schaum davon gebremst und sogar teilweise wieder verflüssigt wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Sieb die Mündung der Zuleitung völlig umschliesst. Üblicherweise sind Sprinkler mit einem Verschluss versehen, welcher beim Auslösen ausgestossen und ausgeworfen wird. Bei der vorgestellten Anordnung bleibt der Verschluss im Sieb hängen und beeinträchtigt somit den Durchfluss und die einheitliche Verteilung des Schaums.

In der Patentschrift DE 195 39 991 Cl wird ein Schaumsprinkler vorgestellt, wobei ein Sieb in Fliessrichtung des Schaumwasserkonzentrats hinter dem Sprühteller angeordnet ist. Die Verschäumung erfolgt also grösstenteils im Freien, nach der Verteilung des Schaumwasserkonzentrats über den Sprühteller. Das Schaumwasserkonzentrat wird aber schon beim Aufprallen auf den Sprühteller teilweise vorgeschäumt. Bei dieser Lösung besteht die Gefahr der Überlastung oder Verstopfung des Siebs, weil das Schaumwasserkonzentrat und der erzeugte Schaum lediglich von ihrem eigenen Impuls durch das Sieb getrieben werden und dazu tendieren, daran hängen zu bleiben. Aus diesem Grund wurde als Sieb ein Lochblech mit grösseren, runden Löchern verwendet, welches zusätzlich mit einem deutlichen Abstand vom Sprühteller angeordnet ist. Der Sprühteller ist meist so ausgelegt, dass die Flüssigkeit in alle Richtungen verteilt wird, also auch wieder zurück nach oben. Wird ein solcher Konventionalsprinkler benutzt, gelangen also nur etwa 60% des über dem Sprühteller verteilten

Schaumwasserkonzentrats durch das Sieb und die grösseren, runden Löcher verbessern den Durchfluss des Schaumwasserkonzentrats. Dies führt allerdings zu einer geringeren Menge Schaum mit geringerer durchschnittlicher Verschäumungszahl .

Zur Optimierung der Schaumbildung im Bereich des Siebs wurden in der Patentliteratur verschiedene Lösungen vorgeschlagen. In der JP 2016182225 A, der US 5,820,027 und der US 5,404,957 wurden Schaumdüsen mit zwei hintereinander angeordneten Sieben vorgestellt, wobei sich der Schaum durch jedes zusätzliche Sieb weiterbilden kann. Andere verbreitete Lösungen bestehen darin, das Sieb kegelartig zu gestalten (siehe z.B. FR 2575082 AI, US 2013/0037282 AI, WO 2008/050973) oder mit Faltungen zu versehen (siehe DE 100 04 916 AI) . All diese bestehenden Lösungen folgen denselben Ansatz: Zur Optimierung der Schaumbildung wird eine grössere Siebfläche benutzt, entweder durch Vergrösserung der Fläche eines einzigen Siebs, oder durch Anwendung von mehreren Sieben.

Dieser Ansatz und die vorgestellten konkreten Lösungen können bei Schaumsprinklern allerdings nur schwer umgesetzt werden. Ein Grund dafür ist, dass die Verschäumung nicht in einem Rohr, sondern im Freien erfolgt und das Schaumwasserkonzentrats kaum durch kegelförmige, gefaltete oder gar mehrere hintereinander angeordnete Siebe getrieben und danach immer noch mit genügender Kraft auf eine grosse Fläche verteilt werden kann. Hinzu kommt die Gesamtlänge des Schaumsprinklers, welche idealerweise möglichst gering ist, damit zum Beispiel in einem Lagerraum die Gefahr verringert wird, dass der Sprinkler durch einen Stapler, bzw. der hochgehobenen Ladung, abgefahren wird. Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, einen Schaumbilder und einen Schaumsprinkler der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine optimale Schaumbildung über einen grossen Druckbereich und eine gleichmässige Verteilung des Schaums über eine grosse Fläche gewährleistet werden. Ausserdem soll der Schaumbilder leicht, kompakt und auf bestehende Wassersprinkler nachrüstbar sein und kostengünstig hergestellt werden können.

Diese Aufgabe löst ein Schaumbilder mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Schaumsprinkler mit den Merkmalen des Patentanspruches 7. Weitere Merkmale und Ausführungsbeispiele gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. In der Figur zeigt:

Figur la-b Schematische Anordnungen der Düse, des

Sprühtellers und des Schaumbilders, im Schnitt Figur 2a Schaumsprinkler im Einsatz mit Wasser und

Sprühbild

Figur 2b Schaumsprinkler im Einsatz mit

Schaumwasserkonzentrat und Sprühbild

Figur 3a Stege mit in Fliessrichtung geringerer

Dicke als die Breite senkrecht zur

Fliessrichtung

Figur 3b Stege mit in Fliessrichtung grösserer

Dicke als die Breite senkrecht zur

Fliessrichtung Figur 4a Detail einer rautenförmigen Öffnung

Figur 4b Ausführungsvariante des Schaumbilders,

Draufsicht

Figur 5a-d Mögliche Befestigungen des Schaumbilders am

Sprinkler der Düse, im Schnitt Figur 6a Ausführungsvariante des Schaumbilders mit

Gewindestange, im Schnitt Figur 6b Ausführungsvariante des Sprinklers mit

Schaumbilder und Gewindestange

Figur 7a Ausführungsvariante des Schaumbilders mit

Klapprosette, im Sehn Figur 7a Ausführungsvariante des Sprinklers mit

Schaumbilder und Klapprosette, im Sehn

Die Figuren stellen mögliche Ausführungsbeispiele dar, welche in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden.

Herkömmliche Wassersprinkler bestehen aus einer Düse 3 und einem Sprühteller 2, welche mit Verbindungsteilen 4 verbunden sind. Der Sprühteller 2 wird mit einem Abstand von der Mündung der Düse 3 in einer zentralen, mit der Längsachse der Düse 3 fluchtenden Lage angeordnet. Dieser Sprühteller 2 dient zur Verteilung einer Flüssigkeit, welche aus der Düse 3 fliesst, damit diese Flüssigkeit in der Umgebung des Schaumsprinklers möglichst homogen und auf einer grossen Fläche verteilt wird.

Zur Bereitstellung eines Schaumsprinklers können bestehende Wassersprinkler mit dem erfindungsgemässen Schaumbilder 1 versehen werden (Figur la) . Der Schaumbilder 1 ist in Fliessrichtung des

Schaumwasserkonzentrats hinter dem Sprühteller 2 angeordnet, damit das Schaumwasserkonzentrat zuerst über dem Sprühteller 2 beschleunigt, vorgeschäumt und verteilt wird, und dann durch den Schaumbilder 1 verschäumt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schaumbilder 1 eine in Richtung der Düse 3 gewölbte Form aufweist und derart angeordnet ist, dass der Schaumbilder 1 in Richtung der Düse 3 über den Sprühteller 2 hinausragt und der Sprühteller 2 sich also „im Schaumbilder" 1 befindet. Eine weitere mögliche Ausführungsvariante, wobei der Schaumbilder 1 in der Mitte eine Senke aufweist, ist in der Figur lb gezeigt. Da das gesamte

Schaumwasserkonzentrat durch den Schaumbilder 1 geschleudert wird, unabhängig von der Richtung in welcher es vom Sprühteller 2 verteilt wird, wird eine maximale Menge Schaum mit möglichst einheitlicher Blasengrösse gebildet. Dieser Aufbau mit dem Sprühteller 2 im Schaumbilder 1 weist ausserdem den Vorteil, dass er wesentlich kompakter als die bestehenden Vorrichtungen ist, da die Gesamtlänge des Sprinklers durch den zusätzlichen Schaumbilder 1 nur wenig beeinflusst wird. Für Anwendungen bei welchen kein Sprinkler benötigt wird, beispielsweise wenn die Auslösung der Löschanlage zentral über eine Feuermeldung erfolgt, kann der Schaumbilder 1 natürlich auch direkt vor einer Düse 3 angebracht werden. Diese Düse 3 kann auch zusätzlich noch mit einem Sprühteller 2 ausgerüstet sein, um das Sprühbild dem gewünschten Einsatzgebiet anzupassen.

Beim Auslösen des Sprinklers wird üblicherweise der Verschluss der Düse 3 durch eine Feder seitlich gekippt und ausgeworfen. Damit dieser Verschluss nicht im Schaumbilder 1 hängenbleibt, muss ein genügender Abstand zwischen den Rändern des Schaumbilders 1 und der Mündung der Düse 3 eingehalten werden. Ein Auffangen des Verschlusses im Schaumbilder 1 muss unbedingt vermieden werden, da dieser sonst den Durchfluss und die einheitliche Verteilung des Schaums beeinträchtigen würde.

Der Schaumbilder 1 besteht aus einem Gitter mit Stegen 11 und Öffnungen 13 (s. Figur 4b) . Zum Einsatz mit einem Sprinkler besteht das Gitter vorschriftsgemäss aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, Messing, Aluminium oder jedem anderen Metall bzw. Metalllegierung. Bei anderen Anwendungen in niedrigeren Temperaturbereichen kann das Gitter auch aus Kunststoff oder anderen genügend stabilen Materialien bestehen. Erfindungsgemäss muss der Schaumbilder 1 zwei wesentliche Kriterien erfüllen. Erstens soll er den Durchfluss vom Schaumwasserkonzentrat bzw. vom Schaum möglichst wenig beeinträchtigen, damit der Schaum eine hohe Geschwindigkeit beibehält und das Sprühbild nicht beeinflusst wird. Zweitens soll der Schaumbilder 1 unabhängig vom Betriebsdruck eine möglichst gute und einheitliche Schaumbildung gewährleisten.

Um einen guten Durchfluss zu erreichen, müssen die Öffnungen 13 des Schaumbilders 1 eine genügende Grösse aufweisen. Für die vorliegende Erfindung ist ein minimaler Durchmesser von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 4 mm vorgesehen. Solche Grössen vermeiden jede Gefahr der Überlastung bzw. Verstopfung des Schaumbilders 1, auch und vor allem bei besonders hohen Durchflussmengen. Es konnten Schaumsprinkler mit einem K-Faktor zwischen K20 bis K160 und sogar K200 bereitgestellt werden.

Mit den vorgestellten Schaumsprinklern können also bei gleichem Druck besonders hohe Durchflussmengen von Löschmittel erreicht werden. Bestehende, auf dem Markt erhältliche Schaumsprinkler weisen derzeit einen K-Faktor von maximal K115 auf. Dank der höheren Leistung der erfindungsgemässen Schaumsprinkler kann eine bessere und schnellere Löschwirkung erreicht werden.

Da der vorgestellte Schaumbilder 1 das Sprühbild des Sprinklers weder beeinflusst, noch beeinträchtigt, kann mit demselben Sprinkler sowohl Schaumwasserkonzentrat zur Erzeugung von Schaum 6 wie auch reines Wasser 5 besprinkelt werden (Figuren 2a-b) . Dies hat beispielsweise Vorteile für Lagerhallen, in welchen eine Umnutzung stattfindet, oder sogar abwechselnd verschiedene Materialien gelagert werden, damit die Sprinkleranlage je nach gelagertem Material manchmal mit Löschschaum und manchmal mit Wasser betrieben werden kann. Da das Sprühbild sich auch beim Nachrüsten mit einem erfindungsgemässen Schaumbilder nicht verändert, hat dies zudem den Vorteil, dass sämtliche Berechnungen, die bereits vorgenommen wurden, weiteren gültig und anwendbar sind. Dies kann wichtig sein, wenn eine bestehende Sprinkleranlage, die bisher mit einem Löschmittel mit Fluor zur besseren Schaumverteilung benutzt wurde, nun neu mit einem Schaumbilder benutzt wird, damit ein Fluorfreies Löschmittel eingesetzt werden kann.

Um eine möglichst gute Schaumbildung zu erreichen, wird der Schaumbilder 1 vorzugsweise mit folgenden Eigenschaften verwendet.

Die Schaumbildung erfolgt durch die Zumischung von Luft im Schaumwasserkonzentrat. Zur Förderung dieser Zumischung ist vorteilhaft, im Bereich des Schaumbilders 1 Turbulenzen im Schaumwasserkonzentrat zu erzeugen und die Kontaktfläche zwischen dem Schaumwasserkonzentrat und der Luft zu vergrössern. Zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des Schaumwasserkonzentrats weisen die Stege 11 des Gitters einen länglichen Durchschnitt auf, dessen Längsrichtung B ungefähr senkrecht zur Fliessrichtung A ist (Figur 3a) . Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis b/d Breite/Dicke der Stege 11 grösser als 1, vorzugsweise grösser als 1.4 ist (Figur 3a) . Dies vermeidet die Entstehung eines laminaren Stroms im Bereich der Öffnungen 13 und ermöglicht die Bildung der Turbulenzen hinter den Stegen 11 zwischen zwei Nachbaröffnungen 13. Wenn die Stege 11 breiter als 1 mm, vorzugsweise breiter als 1.5 mm sind, befindet sich im Bereich 7 hinter den Stegen 11 Luft, welches durch die Wirkung der Turbulenzen dem Schaumwasserkonzentrat zugemischt wird und die Verschäumung fördert. Stege 11, die in Fliessrichtung A eine grosse Dicke d und senkrecht zur Fliessrichtung B eine geringe Breite b aufweisen, sind für die Entstehung der Turbulenzen ungünstig, da sich im Bereich 7 hinter den Stegen 11 nur wenig Luft befindet und die Ströme hinter den Öffnungen 13 ohne grosse Turbulenzen zusammenkommen können (Figur 3b) . Um die Entstehung der Turbulenzen zusätzlich zu fördern, weisen die erfindungsgemässen Stege 11 vorzugsweise scharfe, eckige Kanten 12 auf. Scharfe, eckige Kanten 12 verursachen eine starke Umlenkung der Flüssigkeit von den Stegen 11 und begünstigen die Entstehung von Turbulenzen und damit die Schaumbildung. Beim DurchfHessen des Schaumbilders 1 wird der Strom Schaumwasserkonzentrat von den Stegen 11 in vielen kleineren getrennten Strömen unterteilt. Die Kontaktfläche zwischen dem Schaumwasserkonzentrat und der Luft kann also durch die Anzahl Stege 11 auf dem Gitter beeinflusst werden. Zur Erhöhung der Anzahl Stege 11 auf dem Gitter, wurde die Form der Öffnungen 13 derart optimiert, dass das Gitter bei gleicher Gesamtfläche eine höhere gesamte Kantenlänge aufweist. Erfindungsgemäss weist das Gitter rautenförmige Öffnungen 13 auf, mit Diagonalen x und y (Figuren 4a-b) . Einfache Berechnungen zeigen, dass bei rautenförmigen Öffnungen 13 das Verhältnis Umfang / Fläche der Öffnung 13 deutlich grösser ist als bei runden, viereckigen oder rechteckigen Öffnungen. Entscheidend für die optimale Wirkung des Schaumbilders 1 ist das Verhältnis der Länge der Diagonalen x/y der rautenförmigen Öffnungen 13. Bei einem zu kleinem Verhältnis, beispielsweise mit x/y = 1, sind die Öffnungen 13 viereckig, was die Kantenlänge verkleinert. Bei zu grossen Verhältnissen, beispielsweise mit x/y > 5, ist die Diagonale b zu kurz und die Öffnung 13 zu schmal, was den Durchfluss des Schaumwasserkonzentrats bzw. des Schaums beeinträchtigt. Versuche haben gezeigt, dass optimale Verhältnisse x/y sich zwischen 1.5 und 4 befinden, besonders vorteilhaft zwischen 2 und 3. Vorliegend ist unter dem Begriff „rautenförmig" auch die Form eines Parallelogramms gemeint, d.h. ein Viereck, das nicht unbedingt 4 gleich lange Seiten aufweist.

Eine mögliche, besonders wirksame Ausführungsvariante des Schaumbilders weist ein Gitter mit folgenden Ausmassen auf: Breite b der Stege 11 ca. 1.0-1.5 mm, Dicke d der Stege 11 ca. 0.5-1.0 mm, Länge x der Öffnungen 13 ca. 1.0- 1.5 cm und Breite y der Öffnungen 13 ca. 3.0-7.0 mm, mit b/d = 1.5 und x/y = 2.4.

Ein derartiges Gitter kann durch verschiedene Methoden hergestellt werden, beispielsweise durch Stanzen und anschliessende Wölbung eines Metallblechs, durch Sintern oder jede andere übliche Herstellungsmethode. Als besonders effizient hat sich die Anwendung eines handelsüblichen Streckgitters oder Streckblechs bewährt. Bei Streckgittern werden die Öffnungen 13 ohne Materialverlust gefertigt, und es entstehen auch scharfe Kanten 12. Zudem sind Streckgitter in vielen Dimensionen und Materialien handelsüblich und daher kostengünstig erhältlich. Beim Wölben eines flachen Streckgitters oder eines Blechs zur Formung des Schaumbilders 1 wie in den Figuren la-f und 4b dargestellt, vermögen die Form und Ausmassen einiger Öffnungen 13 vom Idealwert ein wenig abweichen, insbesondere um die Ränder des Schaumbilders 1, wo die Wölbung am stärksten ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dies die Wirkung des Schaumsiebs 1 nicht beeinflusst .

Dank der optimierten Form der Öffnungen 13 und des spezifischen Durchschnitts der Stege 11 im Gitter wird ein Schaumbilder 1 bereitgestellt, welcher trotz grosser Öffnungen 13 eine starke Schaumbildung gewährleistet. Versuche haben gezeigt, dass mit einem solchen Schaumbilder 1 Verschäumungszahlen zwischen 4 und 20 erreicht werden können. Mit den grossen Öffnungen 13 wird der Strom des Schaumwasserkonzentrats weder beeinflusst noch beeinträchtigt, so dass der Schaum in der Umgebung einheitlich verteilt wird und der Schaumbilder 1 auch bei hohen Durchflussmengen nicht überlastet wird. Es hat sich ausserdem gezeigt, dass die Schaumbildung mit dem vorgestellten Schaumbilder 1 über einen breiten Bereich von Drucken und Durchflussmengen sehr gut funktioniert. Getestet wurden Druckbereiche von 0.5 bis 15 bar und Durchflussmengen zwischen 10 und l'OOO Liter pro Minute. Möglich sind auch noch Durchflussmengen von bis zu 10 '000 Liter pro Minute. Dies ist für Schaumsprinkler zur Bekämpfung eines Brandes besonders vorteilhaft: Beim Ausbruch eines Feuers werden je nach Anforderungen nur diejenigen Schaumsprinkler ausgelöst, welche sich in der Nähe des Feuers befinden. Der Druck in den Leitungen der Sprinkleranlage ist also sehr hoch, wie auch die Durchflussmenge bei den betroffenen Schaumsprinklern . Wenn sich das Feuer ausbreitet, werden immer mehr Schaumsprinkler ausgelöst, so dass der Druck in den Leitungen und die Durchflussmenge pro Schaumsprinkler abnimmt. Mit dem erfindungsgemässen Schaumbilder 1 wird das Sprühbild auch bei grossen Variationen dieser Werte konstant gehalten, so dass eine optimale Löschwirkung erreicht wird.

Der erfindungsgemässe Schaumbilder 1 eignet sich auch sehr gut um einen bestehenden Sprinkler nachzurüsten . Die Figuren 5a bis 5c zeigen, wie der Schaumbilder 1 anhand von Adaptern 14 mit dem Sprinkler verbunden werden kann. Der Adapter 14 dient zur richtigen Positionierung und Befestigung des Schaumbilders 1 am Sprinkler mit sehr geringem Zeitaufwand. Wichtig bei der Geometrie des Adapters 14 ist, dass das Sprühbild beim Nachrüsten des Schaumbilders 1 auf einen bestehenden Sprinkler nicht beeinträchtigt wird, d.h. die Verbindungen zwischen dem Schaumbilder und dem Sprinkler sollten möglichst dort angeordnet werden, wo bereits ein Sprühschatten besteht. Falls der Schaumbilder 1 in der Mitte eine Senke aufweist, kann die Tiefe dieser Senke derart eingestellt werden, dass der Schaumbilder 1 ohne Adapter 14 direkt am Sprühteller 2 befestigt werden kann (Figur 5d) . In der bevorzugten Ausführungsvariante besteht der Adapter 14 aus einer länglichen Gewindestange 141, welche in der Mitte des SchaumbUders 1 angeordnet ist (Figur 6a) . Beispielsweise ragt die Gewindestange 14 von innen durch die zentrale Öffnung des Gitters hinaus und weist eine Mutter auf, mit der der Schaumbilder von aussen daran befestigt wird. Der Sprühteller 2 des Sprinklers ist in der Mitte mit einem Gewinde ausgerüstet, auf welches die Gewindestange 141 angeschraubt werden kann. Im montierten Zustand ist die Gewindestange 141 in Fliessrichtung hinter dem Sprühteller 2 angeordnet (Figur 5a) . Die Figur 6b zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung im montierten Zustand .

In einer anderen möglichen Ausführungsvariante weist der Adapter 14 eine Klapprosette 142 auf (Figur 7a), welche am Einstich unterhalb der Mutter, mit welcher der Sprinkler am Rohr angeschraubt wurde, befestigt wird (Figur 7b) . Diese Klapprosette ermöglicht es, den Schaumbilder richtig zu positionieren, gut zu befestigen und mit sehr geringem Zeitaufwand nachzurüsten .

Eine weitere mögliche Variante ist die Befestigung des Schaumbilders an den Verbindungsstücken mit welchen der Sprühteller am Sprinkler befestigt ist (Figur 5c) . Die könnte zum Beispiel durch Klammern oder andere geeignete Mittel erfolgen.