Schöpfwerke

die Geschichte der Heizungstechnik
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Schöpfwerke sind Hebevorrichtungen, die Wasser zum 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 (hier sind es hauptsächlich Siele) 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
Quelle: Wilo SE
Chinesisches Schöpfrad

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
Quelle: Wilo SE
Archimedische Schraube
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 (Schneckentrogpumpen) 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 Jacob Leupold
Quelle: Wilo SE
Röhrenpumpwerk
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.
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Windkraftpumpen
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.
Quelle: Dutch DNA
Windkraftpumpe
Quelle: Molzan Windkraftpumpen
Die Windkraftpumpen werden seit Jahrzehnten zur stromlosen Föderung von Wasser und Sauerstoff in der Fisch- und Landwirtschaft (z. B. aus Brunnen auf Viehweiden) eingesetzt.
Die Windkraftpumpe besteht aus einem feuerverzinkten freistehenden Mast, der das wartungsfreie Exentergetriebe, den ausgewuchteten Rotor und die Windfahne, die zur Steuerung und Abschaltung dient, sowie die Pumpenanlage. Das hohe Drehmoment des Rotors ermöglicht eine Wasser- sowie Sauerstoffförderung schon bei Windstärke 1 bis 2 Beaufort je nach Saughöhe, wobei schon bei Windstärke 4 bis 5 die Nennleistung erreicht ist. Die Windfahne dient auch zur Drehzahlbegrenzung des Rotors bei Starkwind und verhindert gleichzeitig eine Beschädigung der Windkraftanlage. Das Rotorkreuz und Windfahnengestänge sind feuerverzinkt, die Rotorflügel und Windfahnenbleche sind aus rostfreien Edelstahl.
Die Windkraftpumpen eignen sich für Be- und Entwässerung, für Weidetränken, zum Umpumpen, zur Bewässerung und zur Belüftung von Fischteichen. Quelle: Molzan Windkraftpumpen
 
Hydraulischer Widder
Ein Wasserschlag (Druckstoß, Wasserstoß), der sich in der Trinkwasserinstallation negativ auswirken kann, wird gezielt eingesetzt, um Wasser auf eine größere Höhe zu bringen, in dem Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt wird. So wird ein Druckstoß in einer Rohrleitung als hydraulischer Widder angewandt. Je abrupter das Stoppen erfolgt, desto größer die Stoßenergie.
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.   > mehr
Quelle: Norbert Samweber-WAMA-Widder

Schöpfwerke - Pumpwerke
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.
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

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
Trockenaufstellung
Nassaufstellung
Quelle: Wilo SE
Polderpumpe
Polderpumpe
Quelle: Wilo SE
Polder (Koog, Groden), ist ein an der Nordseeküste durch Deichbau und Entwässerung aus der See gewonnenes, sehr flaches Land. Der Deich bewahrt das Land vor Überflutung, da es niedriger als der Wasserspiegel des Gewässers liegt, aus dem das Land gewonnen wurde.
Neben der Gewinnung von Land aus dem Meer spricht man auch an Flüssen von Poldern, meist handelt es sich um ehemalige Feuchtgebiete, die nun landwirtschaftlich genutzt werden. So werden an Rhein und Oder diese Flächen auch zum Hochwasserschutz mittels Fluten genutzt.
Ist das Hochwasser ausreichend abgeflossen, pumpt man das Wasser wieder aus den Poldern und kann diese bis zum nächsten Hochwasser wieder landwirtschaftlich nutzen.

Polderpumpen sind für den Einsatz bei niedrigsten Wasserständen (Off-Shore, Bergbau, Entwässerung und als Ersatz für Wellenpumpen) geeignet. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad, sind  unempfindlich, kompakt und haben eine  permanente Kühlung.

 

 
Hochwasserschutz mit moderner PumpentechnikWilo SE - Mario Hübner
Everschop-Siel am Tetenbüllspieker im Jordtflether Koog
Tetenbüllspieker (Vorfluter) mit Sielzug und altem Siel im Jordtflether Koog
Polderpumpe
Quelle: Wilo SE

Siel
Im Gegensatz zu einem Schöpfwerk benötigt ein Siel keine Pumpen, da die Tore je nach dem Wasserstand (Gezeiten - Ebbe und Flut) auf der Seeseite geöffnet oder geschlossen werden.
Ein Siel (Schleuse) ist ein Bauwerk im Seedeich an der Nordseeküste, das Köge (Polder, Groden) entwässert. Der Seedeich schützt das aus der See gewonnene, sehr flache Land vor Überflutung, da es niedriger als der normale Wasserspiegel der See liegt, aus dem das Land gewonnen wurde.
Das bei dem zunehmenden Deichbau gewonnene Land (Köge, Polder, Groden) muss ständig entwässert werden. Das Wasser wird in den sog. Langstreifenfluren aufgenommen. Hier sind die Fennen (Wiesen, Weiden) gegrüppelt (Langstreifenflure - langgezogene flache Hügel) und durch Entwässerungsfurchen (Grüppen) versehen, damit sie schneller trocknen. Das Wasser sammelt sich in den Furchen, fließt in Gräben und wird durch Sielzüge in die Vorfluter vor den Sielen abgeleitet.
Ein Sielbauwerk besteht aus
• dem von außen sichtbaren Sielgebäude
• dem Antriebsraum und der Hubschützkammer (im Inneren des Sielgebäudes)
• der Sielkammer mit dessen Ein- und Auslaufbauwerken (Verbindungstunnel unter dem Deich zwischen Vorfluter und Nordsee)
Ein Siel benötigt keine Pumpen, da die Tore je nach Wasserstand geöffnet oder geschlossen werden und das aufgestaute Wasser aus dem Vorfluter frei abfließen kann. Mit der einsetzenden Flut schließen sich die auf der Seeseite angeordneten Tore automatisch durch den Druck des auflaufenden Wassers und öffnen sich bei eintretender Ebbe wieder, wenn der Wasserstand des Vorfluters (Spieker, Speicher) höher ist. Die Tore werden als Anschlagtore oder Stemmtore ausgeführt. Neben einem oder mehreren Hubschützen aus Metall oder Hartholz, die über die Schützkammer mit dem Schützraum verbunden sind und bedient werden müssen, dienen der Deichsicherheit.
Es werden auch Schöpfwerke eingesetzt, die das Wasser direkt aus den Sielzügen in die See pumpen.
Hierzu werden Polderpumpen eingesetzt, die für den Einsatz bei niedrigsten Wasserständen (Off-Shore, Bergbau, Entwässerung und als Ersatz für Wellenpumpen) geeignet sind. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad, sind  unempfindlich, kompakt und haben eine  permanente Kühlung.

Sielzüge sind breite Entwässerungsgräben, die zum Entwässerungssystem der Köge (Polder, Groden) gehören. Das durch den Deichbau gewonnene Land muss ständig entwässert werden, weil es niedriger als der normale Wasserspiegel der See liegt
Bevor das Wasser in die Sielzüge gelangt, wird es in den sog. Langstreifenfluren aufgenommen. Hier sind die Fennen (Wiesen, Weiden) gegrüppelt (Langstreifenflure - langgezogene flache Hügel) und durch Entwässerungsfurchen (Grüppen) versehen, damit sie schneller trocknen. Das Wasser sammelt sich in den Furchen, fließt in Gräben (Graften) und wird durch Sielzüge über Siele (Schleusen) oder Schöpfwerke in die Nordsee abgeleitet.
Die breiten Sielzüge wurden in den letzten Jahrhunderten auch als "Bootsfahrtkanäle" zum Transport von Gütern genutzt. So hatte z. B. Katingsiel, am Ende des Süderbootfahrt-Kanals (von Garding nach Katingsiel) gelegen, auch einmal einen Seehafen, weil das Siel vor dem Bau des Eidersperrwerks in einem Seedeich eingebebaut war. Heute ist es Bestandteil der Entwässerung des Katinger Watts.

Ein Siel in einem ehemaligen Seedeich - Katingsiel
Sielzüge im Katinger Watt

 
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