Ein hydraulischer Widder, Stoßheber, Staudruck-Wasserheber oder „Wasserwidder”, ist eine wassergetriebene, intermittiernd arbeitende Pumpe. Der Widder nutzt den Druckstoß oder Staudruck-Effekt, um einen Teil des Wassers, mit dem die Pumpe angetrieben wird, auf ein höheres Niveau zu heben. Er eignet sich besonders für Pumpaufgaben in der Nähe von Fließgewässern mit zum Betrieb ausreichendem Gefälle.
Ein hydraulischer Widder besteht aus vier Hauptkomponenten:
einer Wasserfassung als Vorratsbehälter
der Triebwasserleitung mit endständigem Stoß- und Druckventil
dem „Windkessel“ als Druckbehälter
der daran angeschlossenen Steigleitung
Diese Komponenten bilden zusammen ein schwingungsfähiges System, das nach einmaligem Anstoß selbstgesteuert weiterschwingt, solange für ausreichend Wassernachschub gesorgt ist. Da das System nur zwei bewegliche Teile besitzt (Stoß- und Druckventil) kann die Fertigung kostengünstig erfolgen, die Wartung ist einfach und das Aggregat ist extrem zuverlässig.
Aus einem Vorratsbehälter, der von einer Quelle oder einem Bach gespeist wird, strömt Wasser durch eine nicht zu kurze Triebleitung und tritt an deren Ende durch das Stoßventil (am Widder) aus. Das Stoßventil wird zunächst durch eine Feder oder durch Schwerkraft offen gehalten, bis die Geschwindigkeit der durch die Schwerkraft beschleunigten, austretenden Wassermasse ausreichend groß ist, um das Stoßventil mitzureißen – es schließt schlagartig. Der in der Triebleitung bis dato strömenden Wassermasse wird also abrupt der Ausfluss versperrt. Die Wassermasse reagiert aufgrund ihrer Massenträgheit mit einem gewaltigen Druckanstieg.
Fließt beispielsweise Wasser mit 3 m/s durch ein 5 m langes Rohr, das innerhalb von 5 ms abgesperrt wird, steigt der Druck kurzzeitig auf 60 bar.
Dieser Druckstoß bewirkt zwei Vorgänge:
1.Das Druckventil zum Windkessel öffnet sich, Wasser strömt von unten in den Windkessel und komprimiert das Luftpolster im oberen Bereich.
2.Dieser Druckstoß läuft als Stoßwelle mit etwa 1000 m/s auch rückwärts durch die Treibleitung und bewirkt ein sehr kurzzeitiges „Pendeln“ der Wassersäule. Als Folge entsteht am Stoßventil einige Male kurzzeitiger Unterdruck, der – wichtig für den Dauereinsatz des Widders – durch ein Schnüffelventil bzw. eine kleine Bohrung Außenluft nachzieht. Die Bläschen steigen nach oben, wodurch bei jedem Druckstoß der Luftvorrat im Windkessel nachgefüllt wird.
Dieser maximal auftretende Druckstoß tritt jedoch nur auf, wenn die Schließzeit des Absperrorgans kürzer ist als die Zeit, die der Druck benötigt um zum Einlauf der Triebwasserleitung und wieder zum Verschluss zurück zu gelangen – die sogenannte Reflexionszeit der Druckwelle.
Mit den oben gewählten Beispielswerten ergibt sich T = 10 ms. Diese sehr kurze Zeit kann nur mit Messinstrumenten registriert werden, die beiden Ventile können wegen ihrer trägen Masse nicht schnell genug reagieren.
Das Triebwasser strömt nun solange in den Windkessel ein, bis dessen Gegendruck das Druckventil wieder schließt. Dadurch wird der Triebwasserteil im Windkessel bei gestiegenem Innendruck zurückgehalten. Die Rohrreibung sorgt dafür, dass die Pendelbewegung der Wassersäule schnell abklingt. Das Stoßventil öffnet sich und der Vorgang beginnt von Neuem.
Ein vertrauter Beobachter sieht im Widdersystem also eine schwingende Wassersäule mit einem wassergefüllten, langen und abschüssigen Rohr auf der einen Seite und einem teilgefüllten, voluminösen Druckbehälter mit Luftpolster auf der anderen Seite. Dieses System wandelt also selbsttätig (unter Verbrauch von Triebwasser) eine strömende Wassermenge in eine unter (Hoch)druck stehende Wassermenge um.
Diese, im Windkessel unter (Hoch)druck stehende Wassermenge wird über eine Steigleitung angezapft und dem höhergelegenen Verbrauchsort zugeführt. Es lassen sich dadurch Wasserdrücke bis 30 bar erzeugen, die Förderhöhen bis 300 m entsprechen. Typische Gefällehöhen der Triebwasserleitung liegen zwischen 30 cm und 5 m. Experimente haben gezeigt, dass das Verhältnis Fallhöhe:Treibleitungslänge zwischen 1:3 und 1:12 liegen sollte. Diese Längen ergeben typischerweise eine Zykluszeit von 1 bis 2 Sekunden.
Mit Hilfe einer Reihenschaltung mehrerer Widder können auch große Förderhöhen erreicht werden. Jedoch sinkt mit jeder Stufe die Menge des geförderten Wassers, weil nur etwa 10 % des durchfließenden Wassers weitergepumpt werden.
Unter Verwendung sog. „Wildwasserwidder“ lassen sich auch unterschiedliche Wässer für den Widderantrieb und die Wasserförderung verwenden. So kann zum Beispiel der Widder mit Oberflächenwasser betrieben werden, während das zu fördernde Trinkwasser aus einem Brunnen vom Triebwasser durch eine elastische Membran getrennt ist. Die Druckstöße des Triebwassers treiben also eine Art aufgesetzte Membranpumpe an.
Mehr dazu weiß
Tante Wiki Auf folgenden Seiten gibt es weiterführende Informationen, Bilder und Videos zu diesem äußerst genialen Pumpsystem:
www.hydraulische-widder.de
www.wasserwidder.de
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Wir zählen weiterhin der Millionen entgegen - für den Weltfrieden! Eines schönen Tages, wir schrieben den 23. August 2004, begannen wir mit 1, mittlerweile sind wir schon etwas weiter und freuen uns über jede(n) neue(n) Mitzähler(in).
Ihr seid herzlichst eingeladen!
Unsere Regeln:
1. Wir zählen für den Weltfrieden abwechselnd aufwärts, d.h. keiner darf 2 gültige Zahlen hintereinander abgeben, immer der Million entgegen.
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3. Die Zahlen freuen sich über ein bisschen Text (das ist auf Wunsch des LEO-Teams) in individuell gestalteter Rechtschreibung (das war unser eigener Wunsch)
3a: Wer mag darf diesen Text gern als lyrisches Gedicht verfassen - Texte in Prosa sind aber genauso willkommen!
4. Wer einen neuen Faden eröffnet, sollte nicht die erste Zahl im neuen Faden schreiben.
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7. Die Zahlen sind pfleglich zu behandeln; insbesondere ist es verboten, Zahlen zu fressen, anzuzünden oder sonstwie zu verstümmeln. Im Falle eines Verstoßes wird der Zahlenschutzbund eingeschaltet. ;-)
8. Schuldfragen: Sind überflüssig, da wir alles wofür man einen Schuldigen brauchen könnte mit Humor und Geduld wieder ausbügeln.
Wir kommen von
Lyris Hochtzeitstag, wo wir bis zur
630 633 gezählt haben.
