1932

Schöpfwerke

Autoren
OldBo
04.04.2018
Schöpfwerke sind Hebevorrichtungen, die Wasser zur Bewässerung von Feldern in der Landwirtschaft und zur Entwässerung von Sümpfe und Moorgebieten oder von Niederungen an Flüssen und in Marschen an der Nordsee bzw, zur Landgewinnung eingesetzt werden. Dabei wird das Wasser durch diese technische Anlagen angehoben, um es dann in die höherliegenden Felder zu verteilen oder in die Flüsse bzw. das Meer ablaufen zu lassen.
Schöpfwerke sind Hebevorrichtungen, die Wasser zur Bewässerung von Feldern in der Landwirtschaft und zur Entwässerung von Sümpfe und Moorgebieten oder von Niederungen an Flüssen und in Marschen an der Nordsee bzw, zur Landgewinnung eingesetzt werden. Dabei wird das Wasser durch diese technische Anlagen angehoben, um es dann in die höherliegenden Felder zu verteilen oder in die Flüsse bzw. das Meer ablaufen zu lassen.

Diese Einrichtungen werden in der Zukunft immer wichtiger, da tiefliegende Gebiete durch das Ansteigen des Meeresspiegels zunehmend entwässert werden müssen. Ein Beispiel sind die Niederlande, die schon seit Jahrhunderten kontinuierlich entwässert werden.

Schöpfwerke werden durch verschiedene Energiequelle angetrieben. Schon 1.000 v. Chr. wurden in China Schöpfräder, die durch Wasserkraft eines Fließgewässers angetrieben wurden, verwendet. In Norddeutschland und den Niederlanden kommen Windräder oder Windmühlen zum Einsatz. Aber auch die menschliche Arbeitskraft oder Zugtiere werden zum Antrieb der Schöpfeinrichtungen eingesetzt. Heutzutage werden zunehmend motorbetriebene Wasserpumpen verwendet.
Chinesisches Schöpfrad
Chinesisches Schöpfrad
 Chinesisches Schöpfrad
Quelle: Wilo AG
Bei dem chinesischen Schöpfrad wurden mehrere Krüge an eine Kette oder auf ein Rad gehängt. Menschen oder Tiere setzten  dieses Schöpfwerk in Bewegung um Wasser zu heben. Archäologische Funde weisen solche Becherwerke sowohl in Ägypten als auch in China in der Zeit um 1000 v. Chr. nach. Bei dem chinesischen Schöpfrad handelt es sich um ein Rad mit aufgesetzten Tontöpfen, die an ihrem oberen Scheitelpunkt das Wasser ausgossen.
Archimedische Schraube
Archimedische Schraube
 Archimedische Schraube
Quelle: Wilo AG
Archimedischen Schraube spielend kennenlernen
 Archimedischen Schraube spielend kennenlernen
Quelle: Bosy
Archimedes von Syrakus (287-212 v. Chr.), der wohl größte Mathematiker und Wissenschaftler des Altertums, beschreibt um 250 v. Chr. die nach ihm benannte archimedische Schraube. Durch die Drehung einer Spirale/Schnecke in einem Rohr wird Wasser nach oben gehoben. Allerdings floss immer eine Menge Wasser zurück, da noch keine gute Abdichtung bekannt war. So entstand eine Abhängigkeit zwischen der Schraubenneigung und dem Förderstrom. Im Betrieb konnte zwischen einer größerer Menge oder größerer Förderhöhe gewählt werden. Je steiler die Schraube gestellt wurde, umso höher förderte sie bei abnehmender Liefermenge.

Da mit menschlicher oder tierischer Kraft die Förderleistungen nicht ausreichten, wurden die archimedischen Schrauben mit der Energie des Windes angetrieben. Hier war z. B. die Fluttermühle („Tjasker“ in den Niederlanden) der kleinste Typ der Schöpfmühle. Die archimedische Schraube direkt auf der Mühlenachse und das Wasser konnte in den oberen Graben gehoben werden. Von dort wurde es über einen Steg weitergeleitet.

Diese Archimedische Schraube und die Schwengelpumpe wurde am Strand von Tönning aufgebaut. Mit dieser Anlage können Kinder (aber auch Erwachsene) die Funktion der Pumpe und einer Archimedischen Schraube spielend kennenlernen.

Röhrenpumpwerk
Röhrenpumpwerk Jacob Leupold
 Röhrenpumpwerk Jacob Leupold
Quelle: Wilo AG
Eine geniale Fortentwicklung des Wasserrades findet man im Jahre 1724 bei Jacob Leupold, der gebogene Rohre in ein Rad einbaute. Durch die Drehung des Rades wurde das Wasser zwangsläufig zur Mittelachse des Rades gehoben. Das in einem Fluss strömende Wasser ist zugleich der Antrieb dieses Hebewerkes. Besonders auffallend an dieser Konstruktion ist die Formgebung der gebogenen Rohre. Sie haben eine verblüffende Ähnlichkeit mit der Formgebung der Laufräder heutiger Kreiselpumpen.
Windkraftpumpen
Wasser-Windmühle
 Wasser-Windmühle
Quelle: Dutch DNA
Schon im 12. Jahrhundert wurden in Mitteleuropa Windmühlen eingesetzt. Bis Mitte des 18. Jahrhunderts waren dann 200.000 Windmühlen in Betrieb. Diese wurden nicht nur als Getreidemühlen, sondern auch als Pumpen zum Trockenlegen von Sumpfgebieten und Trockenhalten von den Niederungen (Polder, Koog, Groden) in Holland und an der Nordseeküste eingesetzt.

Sie wurden Anfang des 19. Jahrhunderts nach dem zunehmenden Einsatz der Dampfmaschinen stillgelegt. Im letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts wurde die Windenergie zur Stromerzeugung, z. B. auch durch Kleinwindkraftanlagen, "wiederentdeckt". So werden inzwischen viele Landwirte zu Energiewirten.

Hydraulischer Widder
Quelle: Norbert Samweber-WAMA-Widder
Windkessel - Widder
 Windkessel - Widder
Quelle: Norbert Samweber-WAMA-Widder
Der hydraulische Widder (Stoßheber, Staudruck-Wasserheber, Wasserwidder) arbeitet ohne Motor, also ohne elektrische Energieverogrung. Er kann bis 700 l/min auf 300 m pumpen (heben).  Die Leistung kann durch eine Anordnung in Reihe erhöht werden.

Funktion
Der Widder besteht aus einem Wasserbehälter (Treibwasserschacht), in dem sich Wasser sammelt. Dieser Behälter befindet sich über dem Widder und ist mit einer Treibwasserleitung verbunden. Ein gewichts- oder federabhängiges Stoßventil des Widders öffnet sich bei einem bestimmten Fließduckes und schließt sofort wieder. Das Wasser strömt durch die Treibleitung ins Freie. Durch das schlagartige Schließen entsteht ein Druckstoß, der das Wasser durch ein Rückschlagventil (Druckventil) in einen Kessel und weiter durch eine Steigleitung nach oben stößt. Wenn der Wasserfluss stark genug wird, dann drückt dieser das Stoßventil zu. Es bleibt geschlossen bis der Druck wieder nachlässt.

Die Bewegungsenergie (Pumpleistung) ist von der Fallhöhe und der Wassermenge in der Treibleitung abhängig.

Ein Windkessel, der ein kleines Luftpolster zwischen Pumpe und Steigleitung hat, kann die Wirkung des Widders verbessern. Der Stoß wird gedämpft. Dadurch schwankt der Fluss in der Steigleitung weniger stark und erhöht den Wirkungsgrad.
Pumpwerk
Abwassertauchmotorpumpen „Wilo-EMU FA“ - <br />Im Schöpfwerk Schwarzenbach müssen die Pumpen im Hochwasserfall einen Abfluss von bis zu 4,1 m3 /s bewältigen. Fünf mit Froschklappen verschlossene Auslässe werden bei Hochwasser geöffnet und geben das Wasser wieder an die Saale ab.
 Abwassertauchmotorpumpen „Wilo-EMU FA“ -
Im Schöpfwerk Schwarzenbach müssen die Pumpen im Hochwasserfall einen Abfluss von bis zu 4,1 m3 /s bewältigen. Fünf mit Froschklappen verschlossene Auslässe werden bei Hochwasser geöffnet und geben das Wasser wieder an die Saale ab.
Quelle: Wilo SE
Nassaufstellung
 Nassaufstellung
Quelle: Wilo SE
Schöpfwerke werden nicht nur zur Entwässerung von Sümpfe und Moorgebieten oder von Niederungen an Flüssen und in Marschen an der Nordsee bzw, zur Landgewinnung, sondern auch als Pumpwerke zum Hochwasserschutz durch die Regulierung der Wasserstände eingesetzt.

Pumpwerke werden neben Rückhalte- und Entwässerungsanlagen errichtet. In diesen Anlagen werden leistungsstarke Abwassermotorpumpen (Trocken- oder Nassaufstellung) eingesetzt, die betriebssicher und wirtschaftlich sind und eine lange Lebensdauer und geringe Unterhaltungskosten haben. Dabei sind eine der wichtigsten Anforderungen an alle Anlagenkomponenten eine hohe Materialbeständigkeit, um auch im Winter einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Ein Beispiel sind vier Schöpfwerke mit insgesamt 17 Pumpen der Baureihe „Wilo-EMU FA“ im Leistungsbereich zwischen 100 und 800 l/s entlang der Sächsischen Saale gelegene Gemeinde Oberkotzau und die Stadt Schwarzenbach.

Hierbei handelt es sich um besonders leistungsfähige Abwassertauchmotorpumpen für die Nass- und Trockenaufstellung. Sie bieten eine maximale Förderhöhe von rund 100 m oder einen Förderstrom von bis zu 2.400 l/s. Weiterhin zeichnen sich die Pumpen durch ein hohes Maß an Montage- und Wartungsfreundlichkeit aus. Durch den Einsatz von Sonderwerkstoffen oder zusätzlichen Beschichtungen können sie wirkungsvoll vor Korrosion und Abrasion geschützt werden. Daraus ergibt sich eine hohe Verschleißfestigkeit, die zu einer langen Lebensdauer, geringen Stillstandzeiten und einem geringen Wartungsaufwand führt, was sich wiederum positiv auf die Lebenszykluskosten auswirkt.

Zentrale Aufgabe der Pumpwerke ist es, die Wasserstände der Flüsse Saale und Schwesnitz zu regulieren und bei Überschwemmung das in den Ortskernen zusätzlich anfallende Wasser kontrolliert in die Flüsse abzuleiten. Im Schöpfwerk Schwarzenbach müssen die Pumpen im Hochwasserfall einen Abfluss von bis zu 4,1 m3/s bewältigen. Fünf mit Froschklappen verschlossene Auslässe werden bei Hochwasser geöffnet und geben das Wasser wieder an die Saale ab. Bei Normalwasserführung läuft das ankommende Polderwasser in freier Vorflut durch das Schöpfwerk in das Gewässer.

Die Pumpwerke in Oberkotzau halten den Wasserstand der im Ortskern in die Saale mündenden Schwesnitz unter 482,80 m üNN. Steigt der Wasserstand in der Schwesnitz über 482,15 m üNN, schließt ein Absperrschieber über eine Niveausteuerung mit Drucksonde automatisch den Auslauf zum Vorfluter. Wenn bei geschlossenem Schieber Wasser in den Pumpensumpf läuft, schaltet die erste Pumpe ab einem Wasserstand von 1,5 m über Bodenhöhe ein. Reicht die Pumpleistung nicht aus, um den Wasserspiegel konstant zu halten, werden bei steigendem Wasserstand je 50 cm Anstieg weitere Pumpen zugeschaltet. Quelle: Wilo SE - Redakteur: Vincent Domscheit
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