Besser zum Abschirmen geeignet: Wasserwerfer statt Hydroschild

Brand eines Gebäudes, benachbarte Häuser sind in Gefahr. Nun müssen die Einsatzkräfte der Feuerwehr verhindern, dass sich die Flammen auf die Umgebung des Brandortes ausbreiten. Warum der Hydroschild für das Abschirmen gegen Wärmestrahlung nicht geeignet ist und stattdessen Werfer verwendet werden sollten, erklärt Dr.-Ing. Holger de Vries.

Die klassische Situation: Ein Gebäude oder Gebäudeteil im Vollbrand, nahe stehende andere Gebäude sind gefährdet. Üblicherweise gehen mit diesem Szenario Probleme mit der Wasserversorgung einher.

Selbst wenn das Objekt von Wassertürmen und Hydranten umzingelt wäre: Das erste Fahrzeug trifft ein, danach tröpfeln im zeitlichen Abstand von 3 bis 5 Minuten weitere Einheiten ein und es dauert etwa 30 Minuten oder mehr, bis eine ausreichende Anzahl von B-Leitungen zu den Fahrzeugen, zu den Verteilern, zu handgeführten Rohren, Werfern oder Drehleiter-Wenderohren gelegt sind. Diese Zeit muss die Führungskraft aushalten und zum vernünftigen Aufstellen der Fahrzeuge nutzen.

Der Hydroschild wird häufig als Allheilmittel angepriesen. Zur gleichmäßigen Bewässerung eines eng umgrenzten Gebietes ist es sicherlich zu gebrauchen. Aber macht es bei Problemen mit der Wasserversorgung wirklich Sinn, ein Gerät zu verwenden, das erst ab 1.000 l/min funktioniert? Dessen Wirkungszone kaum zu beeinflussen ist, weil es da, wo es einmal platziert wurde, üblicherweise auch bis zum Einsatzende stehen bleibt?

Es gibt eine nach wie vor gültige Grundregel: Der beste „Nachbarschaftsschutz“ ist die Bekämpfung des Primärbrandes. Etwas, das nicht mehr – oder bedeutend weniger heftig – brennt, kann seine Umgebung nicht beschädigen. Wobei nichts dagegen spricht, gefährdete und der Wärmestrahlung ausgesetzte Gebäudebereiche in der Anfangsphase vorübergehend zu benetzen. Beispielsweise mit einem B-Rohr. Mit einem Hydroschild wäre dies nicht möglich.

Wasserwerfer Feuerwehr als Alternative

Es gibt einen zweiten, physikalischen Grund, Hydroschilde nur an Tagen der Offenen Tür zu benutzen: Sie sind weitgehend unwirksam. Der Wasserschleier ist nicht dicht genug und die Verweildauer der Wassertropfen in der Luft nicht lang genug für einen effektiven Energieübergang.

Oskar Herterich wies 1960 in seinem Buch „Wasser als Löschmittel“ auf eine Untersuchung aus dem Jahr 1937 hin, bei der eine Stahlplatte als zu schützende Fläche verwendet wurde, die den Flammen eines Benzinbrandes ausgesetzt war. Zitate aus den Untersuchungsergebnissen:

1. 1. 1. „Der Sprühstrahl bietet dann den besten Schutz, wenn die zu schützende Fläche direkt besprüht wird.“
      2. „Ein Strahl, der die strahlende Fläche nicht benetzt, ist nicht in gleicher Weise wirksam.“
      3. „Ein Einfluss der Tropfengröße war bei diesen Versuchen nicht festzustellen.“ Leider enthält die Veröffentlichung keine Angaben über das Tropfenspektrum.

An dieser Stelle kommt ein bisschen Physik ins Spiel. Von den Formen der Wärmeübertragung ist die Wärmestrahlung die potenteste. Vereinfacht ausgedrückt: Die Gesamtmenge an abgestrahlter Wärmeleistung steigt mit der vierten Potenz der Temperatur an.

Wenn sich also die Temperatur eines Objekts verdoppelt, steigt die Strahlungsleistung um das 16-fache an. Das ist der Grund, warum sich ein kalter Wintertag mit ein bisschen direkter Sonne warm anfühlt. Und genau diese intensive Wärmestrahlung geht durch die Wasserwand quasi ungehindert durch.

Gerne wird auch vergessen, dass die Wärmestrahlung unabhängig von der Windrichtung ist. Diese hat aber erheblichen Einfluss auf die Leistung eines Hydroschildes, das – im Unterschied zum Werfer – nicht eingerichtet werden kann. Ähnliches gilt auch für Düsenschläuche.

Welche Alternativen gibt es? Hätte man die Wahl, ein Hydroschild oder einen Werfer mit 1.000 l/min zu betreiben, so sollte die Wahl auf den Werfer fallen. Und zwar zuerst in Richtung des Brandes. In einer späteren Phase können Werfer in Stellung gebracht werden, die so mit der Einstellung ihres Sprühstrahles auf gefährdete Objekte ausgerichtet werden, dass das Wasser an ihnen herabrinnt. So kann das Gebäude gekühlt werden, weil die erwärmte Oberfläche des Gebäudes Wärmeenergie an das abfließende Wasser abgibt.

Tragbare Werfer: Praxistipps zum Löschen und Abschirmen

Bei ausreichender Wasserversorgung ermöglichen tragbare Werfer bei hohen Volumenströmen eine große Löschwirkung. Daher zählen sie unter den Geräten zur Brandbekämpfung zur „Königsklasse“.  Wir erklären, was bei der Beschaffung von Monitoren zu beachten ist, wie sie am besten eingesetzt werden und nennen die wichtigsten Fakten. Außerdem sagen wir, warum die Wasserwerfer Feuerwehr den Hydroschilden beim Abschirmen gegen Wärmestrahlung überlegen sind.

Wasserwerfer der Feuerwehr

„Der Wasserwerfer ist die Artillerie der Feuerwehr, eine taktische Maßnahme zur Stabilisierung“, sagt Sven Lesse, Ausbilder für Schiffsbrandbekämpfung bei der Bundeswehr und Wehrführer der FF Neustadt in Holstein. „Der Einsatz eines oder mehrerer Werfer können dem Einsatzleiter helfen, aus einer defensiven Taktik heraus wieder führend in das Einsatzgeschehen einzugreifen. Oft beschreibt diese Maßnahme auch den Wechsel aus der Reaktion auf die Seite der Aktion.“

“Häufig vermisse ich den Einsatz von Wasserwerfern“, schildert Brandamtmann Jan Südmersen von der Berufsfeuerwehr Osnabrück (NI) seine Erfahrungen. „Da werden C-Rohre auf in Vollbrand stehende Hallen gerichtet mit dem einzigen Effekt, dass die Wasserversorgung belastet wird. Oder es ringen mehrere Einsatzkräfte über Stunden mit einem B-Rohr, gegebenenfalls noch unter Atemschutz.“

Eine bei Feuerwehren verbreitete Form von Werfern stellen die tragbaren Modelle dar. Sie sind – ebenso wie Strahlrohre – seit zirka 7 Jahren europäisch genormt. Die Norm EN 15767 (deutsche Fassung: „Geräte zum Ausbringen von Löschmitteln, welche mit Feuerlöschpumpen gefördert werden – Tragbare Werfer“) ersetzte die jeweiligen nationalen Normen. Sie definiert einen Werfer als eine Zusammenstellung aus einer Bodengruppe inklusive des Werfers und einer Düse (siehe Kasten „Tragbare Werfer nach DIN EN 15767“). Es kann sich hierbei um eine Düse für die Abgabe von Wasser mit/ohne Löschwasserzusätzen oder um eine spezielle Schaumdüse handeln.

Tragbare Werfer nach DIN EN 15767

Eine tragbare Werfereinheit nach DIN EN 15767 besteht mindestens aus einem tragbaren Werferkörper, einer Kupplung (1), einer Grundplatte (2) und einer Tragevorrichtung (3). Wahlweise auch: einer Vorrichtung für horizontalen und vertikalen Vorschub (5), einer Pendelvorrichtung (nicht dargestellt), einer Sicherheitsvorrichtung gegen unkontrollierte Bewegungen (nicht dargestellt) und einer Düse (4), in Übereinstimmung mit DIN EN 15767-2 oder DIN EN 15767-3. Tragbare Werferkörper sind mit um 360 Grad vollständig drehbaren Einlasselementen auszurüsten, an welche die Kupplungen angebracht werden. Diese sollen verhindern, dass die Werfer durch den Schlauchdrall umkippen. Der Referenzdruck beträgt bei tragbaren Werfern 6 bar, der Nenndruck 16 bar, der Prüfdruck 25,5 bar und der Berstdruck 35 bar. Die Werfereinheit muss so konstruiert sein, dass sie bei Betätigung bei dem vom Hersteller angegebenen maximalen Volumenstrom in der ungünstigsten Richtung stabil bleibt.

Die Norm besteht aus drei Teilen: Teil 1 aus dem Jahr 2009 beinhaltet Sicherheits- und Leistungsanforderungen, Prüfverfahren, den Inhalt und die Form der Benutzeranweisung einschließlich Instandhaltungsanweisungen, die Klassifizierung und Bezeichnung sowie die Kennzeichnung. Die allgemeinen Anforderungen gelten auch für Werfer, die zwar üblicherweise am Fahrzeugaufbau befestigt sind, aber auch abgesetzt eingesetzt werden können. Teil 2 (2009) informiert über Anforderungen an Wasserdüsen und Teil 3 (2010) über Anforderungen an Schaumdüsen für Werfer.

Als Wasserdüsen dienen entweder Vollstrahldüsen  oder Hohlstrahldüsen. Für die Hohlstrahldüsen gilt grundsätzlich alles, was auch für handgeführte Hohlstrahlrohre gilt. Nach DIN EN 15182 gibt es vier Funktionskategorien der „Strahlrohre für die Brandbekämpfung“:

Funktionskategorien der „Strahlrohre für die Brandbekämpfung“

1. variable Strahlform bei variabler Durchflussmenge
2. variable Strahlform bei konstanter Durchflussmenge
3. variable Strahlform bei einstellbarer konstanter Durchflussmenge
4. konstanter Druck:
   1. variable Strahlform bei konstantem Druck
   2. variable Strahlform bei einstellbarer Durchflussmenge bei konstantem Druck

Hohlstrahldüsen bestehen üblicherweise aus den gleichen Komponenten. Von diesen beeinflussen das Schaltorgan, die Volumenstromeinstellung, der Zahnkranz und der Strahlformsteller und -kegel die Löscheigenschaften wesentlich.

Strahl und Schleier bei tragbaren Werfern

Die Zahnkränze zerteilen den aus der Mündungsöffnung heraustretenden Wasserstrahl und füllen das Innere des Hohlstrahles mit Wassertropfen. Es gibt Ausführungen mit festem und mit rotierendem Zahnkranz oder Kombinationen aus beidem. Die Ausführung mit festem Zahnkranz besteht aus fest in das Gehäuse des Strahlrohres oder den Strahlformsteller eingegossenen oder gefrästen Erhöhungen und Vertiefungen. In Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Strahlrohres kollidiert der Wasserstrahl mit den Erhöhungen und wird an diesen aufgebrochen.

Dabei kommt es bei einigen Strahlrohren zur so genannten Fingerbildung: Der Strahl ist nicht gleichmäßig geformt, sondern weist fingerartige Verdickungen auf. Dies kann leicht beobachtet werden, wenn das Strahlrohr sehr langsam vom Vollstrahl zum feinen Sprühstrahl geöffnet wird. Für die Praxis bedeutet dies, dass der Feuerwehrangehörige nicht an jeder Stelle gleich gut durch den Wasserschleier geschützt ist.

Der rotierende Zahnkranz besteht in der Regel aus einem Kunststoff- oder Metallring mit kleinen Zähnen. Dieser Zahnkranz beginnt bei einem bestimmten Öffnungswinkel des Strahlrohres – getrieben durch das ausströmende Wasser – zu rotieren. Seine Aufgabe ist es, die statische Fingerbildung zu verhindern und kleinere Wassertröpfchen durch Anschneiden des Hohlstrahles zu erzeugen.

Auch bei rotierenden Zahnkränzen kommt es zur Fingerbildung. Die Finger sind jedoch federförmig und wandern mit so hoher Geschwindigkeit um den Umfang des Hohlstrahles, dass sie mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind. Die Fingerbildung hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Bekämpfung von Feststoffbränden. Es ist sogar unerheblich, ob einige Zähne aus den Zahnkränzen herausgebrochen sind.

Eine weitere Unterscheidung ergibt sich dadurch, ob der Sprühstahlkegel des Strahlrohres mit Wassertropfen gefüllt ist oder ob er von innen hohl ist. Bei rotierenden Zahnkränzen und hohlem Sprühkegel entsteht eine Sogwirkung, welche die Flamme in den Kegel hinein in Richtung Mundstück zieht. Dieser Effekt ist je nach Anwendung unerwünscht oder erwünscht. Letzteres beispielsweise, um Gasflammen „einzufangen“.

Schnellangriff auch per Monitor möglich

Zwei genau aufeinander abgestimmte Komponenten einer Hohlstrahldüse sind der Strahlformsteller und der Strahlformkegel. Sie bestimmen die Strahlform und/oder den Volumenstrom. Beide Teile sind über einen Spindeltrieb miteinander verbunden. Durch Verdrehen des Strahlformstellers wird der Strahlformkegel verschoben und damit die Öffnungsfläche der Düsenmündung  verändert.

Bei Hohlstrahlrohren/-düsen der Funktionskategorie 1 wird dadurch auch der Volumenstrom verändert. In ihrer Form sind Strahlformkegel und Strahlformsteller so gestaltet, dass der Hohlstrahl unterschiedlich umgelenkt wird und sich die Strahlform ändert, wenn ihre relative Lage zueinander verändert wird.

Bei Hohlstrahldüsen wird die Strahlform durch die Position bestimmt, die Strahlformkegel und Stahlformsteller zueinander einnehmen. Aus feuerwehrtaktischer Sicht ist es wünschenswert, dass ein Feuerwehrangehöriger mit einer möglichst kurzen Drehbewegung – maximal 180 Grad – vom Vollstrahl in den Sprühstrahl und umgekehrt wechseln kann. Aus hydraulischer Sicht ist es wünschenswert, das möglichst mehrere Gänge erforderlich sind, da so das Strahlbild präziser eingestellt werden kann.

Je geringer der erforderliche Drehwinkel, um das Strahlbild zu verändern, desto unsauberer ist das Sprühbild, da ein Teil des Strahlrohrmundstückes noch versucht, einen Vollstrahl zu erzeugen, der andere Teil jedoch schon einen Sprühstrahl.

Wenn es darum geht, Riegelstellungen aufzubauen, bei denen üblicherweise Trupps über sehr lange Zeit mit B-Strahlrohren fast statisch arbeiten müssen, empfiehlt sich alternativ die Verwendung von Schnellangriffswerfern (englisch: Quick Attack Monitors). Diese haben den Vorteil, dass sie sich auch schon von einem schwach besetzten Löschfahrzeug aus schnell in Stellung bringen lassen.

Schnellangriffswerfer in der Größenordnung von zirka 1.000 Litern pro Minute (l/min) werden mittlerweile von fast allen namhaften Herstellern angeboten. Diese Werfer haben bewusst einen begrenzten Schwenkbereich von wenigen Grad nach rechts und links. Ihre Bodengruppe ist so ausgelegt, Kräfte in Axialrichtung und nur in sehr begrenztem Maße lateral (zur Seite hin) aufzunehmen.

Manche Werfer sind mit einer automatischen Druckhaltedüse erhältlich. Zwar bewirkt diese Druckhalteautomatik grundsätzlich eine „reichweitenoptimierte Mündungsöffnung“. Gleichzeitig wird durch den Staudruck des Wassers gegen das Federpaket auch kinetische Energie des Wassers vernichtet. Im Klartext: Eine gute Rundstrahldüse hat bei ausreichendem Druck und gleichem Volumenstrom eine größere Reichweite als eine automatische Düse.

Ähnliches gilt für Oszillationseinrichtungen an Monitoren, die ein Pendeln des Werfers bewirken. Sie sind wasserbetrieben und verwenden einen Teil der kinetischen Energie des hindurchfließenden Wassers für die Erzeugung der Pendelbewegung. Auch dies führt zu einem Verlust an Wurfweite. Ein Vorteil der Oszillation ist die Abdeckung eines voreingestellten Bereichs im unbemannten Einsatz, beispielsweise zur Kühlung und zum Schutz.

Einsatzfehler mit tragbaren Werfern vermeiden

Beim Einsatz von Werfern werden oft Fehler gemacht. Neben der falschen Anwendung der Bedienelemente sind dies in der Regel:

• die Unterschätzung des Wasserbedarfs, sowohl hinsichtlich des Drucks als auch des Volumenstroms. Dies gilt für Pumpenleistungen der Fahrzeuge und die grundsätzlich zur Verfügung stehende Wasserversorgung.
• die Überschätzung der Wirkung: Der hinter dem Monitor stehende Bediener wird kaum erkennen können, ob sein Wasserstrahl wirklich deckend liegt. Es bietet sich an, mit einem vorgeschobenen Beobachter zu arbeiten, der seitlich versetzt steht und den Bediener nach Richtung und Erhöhung einweist. Es sieht zwar imposant aus, wenn ein Dachstuhlbrand mit fünf Monitoren und sieben Drehleitern mit ihren Wenderohren eingekesselt wird. Jedoch sind Dächer dafür gebaut worden, dass sie Wasser abhalten.

Wenn Flammen und Rauch wieder in das Gebäude hineingedrückt werden, bedeutet dies nicht, dass wirklich das Feuer bekämpft wird. Bei halbwegs intakter Dachhaut wird immer nur ein Bruchteil des Brandgutes erreicht – es gibt viele tote Winkel und verdeckte Brandherde. Einsatzkräfte sollten immer versuchen, insbesondere Dachstuhlbrände so lange wie möglich im Innenangriff zu bekämpfen.

Stellungswechsel ist schwierig

Wasserwerfer, Monitore und Drehleiter-Wenderohre lassen sich erst dann sicher einsetzen, wenn sich keine Menschen mehr in den betreffenden Bereichen beziehungsweise Gebäudeabschnitten befinden. In seltenen Fällen können Wasserwerfer auch im Innenangriff – etwa in sehr großen Lagerhallen – verwendet werden. In der Regel geht der Einsatz von Wasserwerfern und/oder Wenderohren jedoch mit dem Totalverlust zumindest eines Gebäudeabschnitts – bis zur Brand(bekämpfungs)abschnitts- oder Komplextrennung – einher. Die Aufstellung von Wasserwerfern sollten Einheitsführer sorgfältig überdenken, da ein Stellungswechsel schwierig und arbeitsintensiv ist (siehe Kasten „Fünf Praxistipps“).

Vor der Beschaffung von Werfern als (zusätzliche) Beladung sind zum einen der zur Verfügung stehende Stauraum und die Gewichtsreserve des Fahrzeugs festzustellen. Zum anderen sollten Feuerwehren pro Fahrzeug festlegen, wie im Einsatzfall die Pumpenleistung auf welche Geräte zur Löschmittelabgabe aufgeteilt wird.

Das heißt: Verschaffen Sie sich im Vorfeld eine Übersicht der Daten Ihrer eigenen Wasserwerfer und der Ihrer Nachbarfeuerwehren. Erstellen Sie eine entsprechende Tabelle und überlegen Sie sich, wo Sie das erforderliche Wasser her bekommen und wie viele Löschfahrzeuge Sie zur Wasserversorgung beziehungsweise Druckerhöhung brauchen werden. Eine heiße Einsatzstelle ist ein schlechter Ort für solche Berechnungen.

Fünf Praxistipps

Bei der Aufstellung von tragbaren Werfern ist Folgendes zu beachten:

1. 1. Die den Werfer versorgende(n) B-Leitung(en) sollte(n) nicht unter einer Länge völlig gerade ausgelegt werden.
   2. Für diese Leitung möglichst einen Verteiler mit Kugelhahn verwenden.
   3. Beim sachten Befüllen darauf achten, dass der Drall der Schlauchleitung sich freidrehen kann.
   4. Wenn der Strahl nicht dort ankommt, wo er hin soll, keinesfalls einen Stellungswechsel unter Druck versuchen, sondern die Leitung herunterfahren, den Werfer neu positionieren und wieder in Betrieb nehmen.
   5. Wenn irgend möglich die am Werfer befestigte Sicherungsleine – zum Beispiel an einem Poller – anschlagen. Wenn deren Länge nicht ausreicht, eine Arbeitsleine dazu verwenden.

(Text: Holger de Vries und Michael Rüffer)