Strahlrohre neu gedacht

Die österreichische Feuerlöschindustrie war in der Zwischenkriegszeit – ebenso wie bereits in den Jahrzehnten davor – äußerst innovativ und brachte auch in der Strahlrohrtechnik zahlreiche bemerkenswerte Lösungen hervor. Viele dieser Entwicklungen waren gezielt auf bestimmte Problemstellungen abgestimmt und basierten auf taktischen Konzepten, die ihrer Zeit teilweise weit voraus waren. Der Anschluss Österreichs an das Deutsche Reich im Jahr 1938 bedeutete jedoch für viele dieser Entwicklungen ein abruptes Ende. Obwohl einige österreichische Feuerwehrexperten bereits zuvor politisch aktiv gewesen waren und man sich wohl erhoffte, dass die ausgeklügelten technischen Lösungen auch im Deutschen Reich Anklang finden würden, blieb von den österreichischen Entwicklungen nach dem Anschluss nur wenig erhalten. Mit der Eingliederung in das Deutsche Reich wurden auch die dort geltenden Regelwerke übernommen. Deutschland hatte bereits lange zuvor auf Kriegswirtschaft umgestellt. Kostengünstige, massentaugliche und zuverlässige Systeme wurden gegenüber komplexen Sonderlösungen bevorzugt. Grundlage dafür war eine konsequente Normierung, die es ermöglichte, identische Produkte bei unterschiedlichen Herstellern fertigen zu lassen. Bereits 1920 wurde mit dem „Fachausschuss für die Normung der Feuerlöschgeräte“ im Normenausschuss der Industrie (FEN) eine zentrale Institution für die Vereinheitlichung geschaffen. In Österreich war die Normung im Feuerwehrwesen zu diesem Zeitpunkt deutlich weniger weit fortgeschritten. Während Kupplungssysteme und Schlauchmaterialien bereits weitgehend vereinheitlicht waren, bestanden bei vielen anderen Bereichen der Feuerwehrtechnik noch große Unterschiede.

Normierte Technik und neue Anforderungen. Es wäre jedoch falsch anzunehmen, dass nach 1938 sämtliche vorhandenen Feuerwehrgeräte schlagartig verschwanden. Neu beschaffte Ausrüstung wurde allerdings zunehmend nach den deutschen Normen konstruiert. Die Vereinheitlichung von Fahrzeugen, Pumpen, Schläuchen, Hydranten, Verteilern, Strahlrohren und zahlreichen weiteren Geräten erfolgte schrittweise. Dabei setzte sich auch beim Material ein Wandel durch: Aluminium ersetzte zunehmend die schweren Formteile aus Messing. Gleichzeitig veränderten sich die taktischen Überlegungen grundlegend. Luftschutz und Gasschutz beziehungsweise der Zivilschutz rückten in den Mittelpunkt von Planung und Beschaffung. Die damaligen Strahlrohre waren vergleichsweise einfach aufgebaut und noch keine Mehrzweckstrahlrohre im heutigen Sinn. Zwar ähnelten die ab 1935 in den Normenentwürfen definierten, mit Kugelhahn absperrbaren C-Strahlrohre nach DIN FEN 40 bereits stark den heutigen Mehrzweckstrahlrohren nach DIN 14365. Zusätzlich wurden nicht absperrbare B- und C-Strahlrohre in der DIN FEN 50 genormt. Zum Einsatz kamen jedoch ausschließlich Vollstrahlrohre mit abschraubbaren Mundstücken – eine Sprühstrahlfunktion war noch nicht vorhanden. Die Anpassung des Durchflusses erfolgte stattdessen über unterschiedlich große Stufenmundstücke, die je nach Bedarf verwendet werden konnten. Erst ein Patent des Erfinders Dipl.-Ing. Max Ebert von der Armaturenfabrik Max Widenmann aus Giengen (AWG) aus dem Jahr 1954 schuf die Grundlage für die heute gebräuchlichen Mehrzweckstrahlrohre. Bereits 1952 hatte Ebert einen sogenannten Drallkörper für Zersäuberdüsen entwickelt, der später direkt in das Küken des Kugelhahns integriert wurde. Dadurch konnten Strahlrohre nach dem Krieg entscheidend verbessert werden und erstmals sowohl Voll- als auch Sprühstrahl abgeben.

Neue Erkenntnisse nach dem Krieg. Die Thematik des Sprühstrahls beschäftigte jedoch nicht nur deutsche Erfinder. Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs nahmen auch die Entwicklungen in der Löschtechnik wieder Fahrt auf. Bereits 1945 führte Commander Lloyd Layman von der US-Küstenwache gemeinsam mit der Navy umfangreiche Versuche zur Brandbekämpfung auf Schiffen durch. Dabei untersuchte er insbesondere die Wirkung von Wasserdampf zur Brandunterdrückung. Layman führte zahlreiche Versuchsbrände in geschlossenen Räumen durch, die mithilfe von Wassernebel („Water Fog“) bekämpft wurden. Das Wasser wurde dabei von außen in den Brandraum eingebracht, der entstehende Wasserdampf löschte den Brand erfolgreich. In weiterer Folge entwickelte Layman die Methode der indirekten Brandbekämpfung durch Wasserdampfbildung in den USA weiter. Dabei erkannte er auch, dass sich kleinere Tropfen deutlich schneller in Wasserdampf umwandeln als größere. Er veröffentlichte zwei Bücher zu dieser Taktik, wies jedoch gleichzeitig auf die Gefahren des entstehenden Wasserdampfes hin. Die Brandbekämpfung sollte daher möglichst von außen – etwa durch Fensteröffnungen – erfolgen, um Einsatzkräfte nicht durch überhitzten Wasserdampf zu gefährden. Eine Taktik für den modernen Innenangriff entwickelte Layman damit noch nicht. Im Zuge dieser Entwicklungen entstand jedoch auch eine grundlegende Diskussion über die tatsächlich erforderliche Wassermenge für die Brandbekämpfung. Dabei wurde deutlich, dass der notwendige Durchfluss am Strahlrohr unmittelbar mit der Brandlast – also der maximalen Wärmefreisetzungsrate eines Brandes – sowie mit der Wärmeabfuhr durch das eingebrachte Löschwasser zusammenhängt. Die reine Zerstäubung des Wassers allein konnte daher nicht ausschlaggebend sein. 1959 veröffentlichte die Iowa State University dazu eine wissenschaftlich fundierte Arbeit, die sich nicht nur mit der effektiven Einbringung von Wasser in den Brandraum beschäftigte, sondern auch versuchte, eine mindestens erforderliche Löschwassermenge in Abhängigkeit vom Brandraumvolumen zu definieren. Bemerkenswert ist dabei, dass in dieser Arbeit auch die Überlegungen von Ing. Stanzig aus Wien ausdrücklich erwähnt werden, der bereits um 1925 eine erforderliche Mindestwassermenge für die Brandbekämpfung beschrieben hatte.

Die Ära des Hochdrucks: Österreichs eigener Entwicklungsweg. Die Überlegungen von Ing. Stanzig zur „Löschkraft“ aus den 1920er-Jahren stellten einen direkten Zusammenhang zwischen Druck und Durchfluss her. Führt man diese Gedanken weiter, könnte daraus abgeleitet werden, dass sich durch eine deutliche Erhöhung des Drucks die erforderliche Wassermenge am Strahlrohr reduzieren ließe. Rund um diese Idee entwickelte sich in Österreich eine eigenständige technische Entwicklungslinie. Mit der Entwicklung leistungsfähiger Hochdruckpumpen noch vor dem Zweiten Weltkrieg waren die Voraussetzungen geschaffen worden, Wasser unter hohem Druck fein zu vernebeln. Ziel war es, durch höhere Strahlrohrdrücke die „Löschkraft“ wesentlich zu steigern. Zwar war man mit dieser Auffassung bereits vor dem Krieg international mehrfach auf Skepsis gestoßen, dennoch hielt man in Österreich konsequent an diesem Ansatz fest und entwickelte ihn weiter. So brachte die Firma Rosenbauer bereits 1948 den ersten sogenannten „Nebeltankwagen“ auf den Markt. Mit diesem Fahrzeug konnten erstmals Pumpenausgangsdrücke von bis zu 40 bar erzeugt und das Wasser am Strahlrohr besonders fein zerstäubt werden. Um die hohen Rückstoßkräfte am Strahlrohr beherrschbar zu machen, kamen sogenannte Pistolenstrahlrohre zum Einsatz. Diese leiteten einen Teil der Rückstoßkraft nach unten ab und erleichterten dadurch die Handhabung für den Rohrführer.

Forschung zur Tropfengröße. Auch in Deutschland beschäftigte man sich zur selben Zeit intensiv mit unterschiedlichen Zerstäuberdüsen. Im Gegensatz zu den österreichischen Entwicklungen blieb man dort jedoch im Normaldruckbereich unterhalb von 10 bar. Eine zentrale Rolle spielte dabei Dr. Oskar Herterich, der ab 1946 führender Mitarbeiter des Fachnormenausschusses für Feuerlöschwesen im Deutschen Normenausschuss war und später zum Werksdirektor von Magirus in Ulm aufstieg. Herterich widmete sich intensiv der Löschwirkung von Wasser und veröffentlichte 1960 das bis heute bedeutende Standardwerk „Wasser als Löschmittel“. Darin beschrieb er unter anderem die optimale Tropfengröße von Sprühstrahlen und leitete diese aus zahlreichen experimentellen Untersuchungen ab. Während sich Lloyd Layman in den USA vor allem mit der indirekten Brandbekämpfung durch Wasserdampfbildung beschäftigte, untersuchte Herterich auch die Wirkweise von Strahlrohren bei der direkten Brandbekämpfung. Dabei ging es nicht nur darum, Wasser möglichst rasch verdampfen zu lassen, sondern es gezielt dorthin zu bringen, wo es tatsächlich löschwirksam werden konnte. Die Tropfen durften daher nicht zu klein sein, da sie sonst bereits verdampft wären, bevor sie den Brandherd erreichten. Herterichs Untersuchungen ergaben, dass die optimale Tropfengröße bei etwa 0,3 mm liegt.

Neue Brandlasten, neue Gefahren. Sowohl die Betrachtungen aus den USA als auch jene aus Europa müssen vor dem Hintergrund des typischen Brandverhaltens von Wohnungs- und Gebäudebränden dieser Zeit gesehen werden. Während in den 1950er-Jahren im Wohnbereich überwiegend Holz, Textilien und Naturfasern als Brandlast vorherrschten, kamen ab den 1960er-Jahren zunehmend Kunststoffe zum Einsatz. Diese weisen im Vergleich zu Holz einen deutlich höheren Heizwert auf. Gleichzeitig führten steigender Lebensstandard und neue Einrichtungskonzepte dazu, dass auch die Menge brennbarer Materialien in Wohnungen stetig zunahm. Brände entwickelten sich dadurch intensiver und wurden zunehmend schwerer beherrschbar. Die größeren Brennstoffmengen hatten außerdem zur Folge, dass ein wachsender Anteil der Brände im Inneren von Gebäuden durch fehlende Sauerstoffzufuhr kontrolliert wurde. Sogenannte ventilationskontrollierte Brände nahmen damit deutlich zu. Die heißen, teilweise unverbrannten Rauchgase entwickelten sich zunehmend zu einer ernsthaften Gefahr – sowohl für die Einsatzkräfte als auch für die betroffenen Personen.

Schweden und die Geburt der modernen Rauchgaskühlung. Mitte der 1970er-Jahre nahmen sich zwei junge Brandingenieure aus Schweden dieser Problematik an. Verstärkt wurde die Entwicklung auch durch den Einfluss eines bekannten schwedischen Möbelhauses, das die Bauweise von Möbeln und die Gestaltung von Wohnräumen nachhaltig veränderte. Die steigende Verwendung von Kunststoffen und modernen Verbundmaterialien machte die Problematik heißer Rauchgase hier besonders deutlich. Krister Giselsson und Mats Rosander beschäftigten sich an der Feuerwehrschule Sandö intensiv mit dem Verhalten heißer Rauchgase und deren Beitrag zur Brandausbreitung. Sie analysierten die Dynamik von Gebäudebränden und kamen zu der Erkenntnis, dass insbesondere die Kontrolle und Kühlung der Rauchgase entscheidend für eine erfolgreiche offensive Brandbekämpfung waren. Auf Grundlage der Untersuchungen von Herterich testeten sie unterschiedliche Sprühdüsen und Zerstäubungssysteme, um eine optimale Löschwirkung zu erzielen – allerdings zunächst mit nur mäßigem Erfolg. Die Tropfen der vorhandenen Strahlrohre nach deutscher Norm waren aus ihrer Sicht zu groß, während eine zu feine Zerstäubung dazu führte, dass das Wasser zu rasch verdampfte und die Rauchgase nicht dort kühlte, wo es erforderlich gewesen wäre. Für Giselsson und Rosander war daher klar, dass ein neues Strahlrohr entwickelt werden musste – speziell optimiert für die Rauchgaskühlung im Innenangriff.

Der „Fogfighter“: ein Meilenstein der modernen Innenbrandbekämpfung. Gemeinsam mit der Firma Tour & Andersson (TA) entwickelten Giselsson und Rosander schließlich ein Strahlrohr, das auch bei Druckschwankungen eine konstante Tropfengröße erzeugte und gleichzeitig einen Strahlkegel bildete, der Flammen zuverlässig einschließen konnte, ohne dass diese aus dem Sprühkegel ausbrachen. Dadurch wurde es möglich, entstehende Zündungen in der Rauchgasschicht gezielt abzufangen oder durch vorhergehende Kühlung sogar ganz zu verhindern. Der vorgesehene Durchfluss am Rohr lag zwischen 100 und 300 l/min. Grundlage für das 1982 unter dem Namen „TA Fogfighter“ auf den Markt gebrachte Strahlrohr war das System des Hohlstrahlrohres mit Automatikfunktion, das bereits 1972 vom US-Amerikaner Clyde McMillan patentiert worden war. Dabei wird der für Hohlstrahlrohre typische Störkörper (vgl. Stein’sche Düse) über eine Feder zurückgehalten und reguliert den freien Querschnitt der Düse automatisch. Dadurch bleibt die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers am Düsenaustritt konstant – auch bei schwankendem Durchfluss. Das Tropfenbild bleibt somit nahezu unverändert, was für die Entwickler von zentraler Bedeutung war. Mindestens ebenso wichtig war jedoch die Lösung eines Problems, das klassische Hohlstrahlrohre bis dahin generell aufwiesen. Die üblichen Düsen verfügten über einen festen Zahnkranz, der zwar die Zerstäubung verbesserte, jedoch keinen geschlossenen Wasserschleier erzeugte. Stattdessen bildeten sich sogenannte „Finger“ – Bereiche mit geringerer Tropfendichte zwischen den einzelnen Wasserstrahlen, durch die Flammen hindurchschlagen konnten. Ein zuverlässiges Einschließen von Flammen im Sprühkegel war damit nicht möglich. Beim TA Fogfighter löste man dieses Problem durch einen rotierenden Zahnkranz, der die Fingerbildung verhinderte und einen geschlossenen Sprühkegel erzeugte. Das Strahlrohr wurde in den folgenden Jahren in Schweden nahezu flächendeckend eingeführt und entsprechend ausgebildet. In diesem Umfeld entstanden auch die Heißausbildung in adaptierten Schiffsbrandcontainern sowie die bis heute angewendete Technik der Rauchgaskühlung im Innenangriff.

Vom Hochdruck zur Rauchgaskühlung. In Österreich setzte man in den 1970erund 1980er-Jahren weiterhin auf hohe Pumpenausgangsdrücke und suchte intensiv nach internationalen Unterstützern für diese Technik. Vor allem in den Benelux-Staaten fand das technische Konzept Anklang. Ein Bericht vom 5. Internationalen Symposium des CTIF in Rouen zeigt, wie Vertreter der österreichischen Delegation versuchten, die Vorteile und positiven Praxiserfahrungen der Hochdrucktechnik hervorzuheben. Aufgrund der damals schon unzureichenden experimentellen Grundlagen konnte man international jedoch nicht nachhaltig überzeugen. In den folgenden Jahren konzentrierte sich die Entwicklung zunehmend auf eine bessere Ergonomie und Bedienbarkeit der Pistolenstrahlrohre. Neben Strahlrohren mit Pelton-Düsen kamen vermehrt auch Hohlstrahlrohre für die Hochdrucktechnik zum Einsatz. Obwohl Giselsson und Rosander bereits Anfang der 1980er-Jahre ein grundlegendes Werk über ihre Erkenntnisse veröffentlicht hatten, drangen diese nur langsam in den deutschsprachigen Raum vor. Interessanterweise dürfte die Popkultur in diesem Zusammenhang zeitweise mehr Bewusstsein für moderne Brandphänomene geschaffen haben als mancher Fachartikel. So machte der Hollywood-Film Backdraft aus dem Jahr 1991 die Gefahren extremer Brandphänomene bei modernen Gebäudebränden einem breiten Publikum bekannt. Parallel dazu wurden auch in Europa zunehmend die Erkenntnisse aus Schweden wahrgenommen. Erste Fachexperten reisten nach Schweden, um sowohl das Wissen über Branddynamik als auch die Technik der Rauchgaskühlung kennenzulernen. Das Standardwerk „Fog Attack“ des Briten Paul T. Grimwood aus dem Jahr 1992 beschäftigte sich intensiv mit moderner Strahlrohrtechnik und taktischer Brandbekämpfung. Ende der 1990er-Jahre begann man schließlich auch in Österreich, sich umfassend mit den Besonderheiten moderner Innenbrände auseinanderzusetzen. In den 2010er-Jahren wurde die Heißausbildung mit entsprechender Strahlrohrtechnik schließlich auch hierzulande zum Standard.

Technik im Wandel. Betrachtet man die Entwicklungen rund um die Brandbekämpfung, so zeigt sich, dass sie stets von großem Innovationsgeist und technischem Verständnis geprägt waren. Dennoch lohnt es sich, immer wieder auch einen Blick auf die Grundlagen und die jeweiligen Anwendungsfälle zu werfen, um zu verstehen, in welchem Zusammenhang einzelne Lösungen entstanden sind. Gerade die Strahlrohrtechnik verdeutlicht eindrucksvoll, wie grundlegende Fragestellungen über Jahrhunderte hinweg immer wieder aufgegriffen wurden, um aktuelle Probleme zu lösen. Viele Entwicklungen erscheinen auf den ersten Blick revolutionär, basieren jedoch oft auf Ideen und Erkenntnissen, die bereits Jahrzehnte zuvor formuliert wurden. Letztlich kommt es jedoch nicht allein auf einzelne technische Lösungen an, sondern immer auf das Gesamtsystem, in das sie eingebettet sind – von der Taktik über die Ausbildung bis hin zur eingesetzten Ausrüstung. Gerade bei Beschaffungsentscheidungen sollte dieser Zusammenhang stets berücksichtigt werden.