Wie man manuelle betriebene Wasserpumpen baut
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Menschlich betriebene Wasserheber
Die Auswahl an verfügbaren Wasserhebern ist groß und vielfältig, was die Wahl des passenden Geräts schwierig macht. In Amerika und Europa entwickelten sich im 19. Jahrhundert Massenproduzierte Handpumpen durch Versuch und Irrtum statt durch wissenschaftliche Forschung. Heute gibt es viele ausreichende, aber nicht optimale Designs von lokalen Herstellern, und es ist schwer zu sagen, welche Pumpe für welche Anwendung am besten ist. Diese Kurzübersicht gibt einen Überblick über die Typen menschlich betriebener Wasserheber, ihre geeigneten Anwendungen und vergleichenden Vorteile.
Wasserheber lassen sich in folgende Kategorien unterteilen:
• Grundwasser (offene Brunnen, Flachbrunnen- und Tiefbrunnenpumpen)
• Oberflächenwasser (Schaduf, Dhone, Ketten- und Wascherpumpe sowie Archimedesschraube)
Grundwasser
Wenn Regen fällt, sickert er in den Boden und sammelt sich in einem unterirdischen Reservoir, dem Grundwasser. Die obere Grenze dieses Reservoirs, der „Grundwasserspiegel“, kann von knapp unter der Oberfläche (wie bei einer Quelle oder Oase) bis weit über 100 Meter Tiefe variieren. Der einzige Weg, an dieses Wasser zu kommen, ist Graben.
Offener Brunnen
Die einfachste und günstigste Methode, Grundwasser zu heben, bleibt Seil und Eimer in einem weiten, flachen Brunnen. Diese können bis 100 Meter Tiefe arbeiten, obwohl selten über 45 Meter, und halten sehr lange ohne Wartung. Es lohnt sich, dieses Design vor komplizierteren Methoden in Betracht zu ziehen.
Es ist möglicherweise nicht möglich, einen offenen Brunnen zu bauen, wenn der Grundwasserspiegel zu tief liegt oder der Untergrund sehr hart (z. B. Fels) oder sehr weich (z. B. feiner Fließsand) ist. Diese Einschränkungen hängen auch von der Baumehtode ab.
Wenn Grundwasser nur über eine Bohrung zugänglich ist, muss eine Grundwasser-Pumpe verwendet werden. Grundwasserpumpen teilen sich in zwei Kategorien: Flachbrunnen- und Tiefbrunnenpumpen.
Flachbrunnen
Die meisten Grundwasserpumpen haben einen Kolben, der in einem Zweiventil-Zylinder hin und her bewegt wird (ein Ventil lässt Wasser nur in eine Richtung – hier nach oben – durch): Saugpumpen haben den Zylinder oberirdisch oder nahe der Oberfläche. Dadurch eignen sie sich nur für flache Brunnen. Sie heißen Saugpumpen, weil das Hochziehen des Kolbens einen Unterdruck („Saugwirkung“) im Zylinder erzeugt, wodurch der Atmosphärendruck von außen das Wasser hochdrückt. Da der Atmosphärendruck relativ niedrig ist, reicht die Druckdifferenz nur für eine maximale Tiefe von etwa 7 Metern.
Abbildung 1: Funktionsweise der meisten Pumpenzylinder
Zu beachten: Bei zu intensiver Nutzung eines Flachbrunnens kann der Grundwasserspiegel sinken. Fällt er unter 7 Meter, funktioniert die Pumpe nicht mehr.
Vier Typen von Flachbrunnenpumpen werden unten gezeigt: Ruder-, Kolben-, Membran- und Halbdrehpumpe.
Ruderpumpe
Die Ruderpumpe ist eine einfachere und günstigere Variante der traditionellen Kolbenpumpe (siehe unten). Ihr einfaches Design erlaubt leichte Herstellung und Wartung mit lokalen Fähigkeiten und Materialien. Diese Pumpe muss oft „vorgefüllt“ (primed) werden, d. h. Wasser in den Zylinder gegossen, damit die Kolbendichtung luftdicht ist. Wichtig: Sauberes Wasser verwenden, um Verunreinigung und Ausbreitung wasserbürtiger Krankheiten zu vermeiden.
Abbildung 2: Ruderpumpe
Kolbenpumpe
Kolbenpumpen (basierend auf Abbildung 1) sind am weitesten verbreitet. Auch hier besteht Kontaminationsrisiko durch schmutziges Vorfüllwasser. Für Druckförderung (z. B. in ein Dorf-Wassernetz) oder höher als der Zylinder (z. B. Speichertank) braucht man eine „Druckpumpe“. Der Betrieb ist gleich, aber das Design ist angepasst: luftdicht oben durch Ventil am Auslass plus „Fallenrohr“ und Luftkammer, die Druck (und damit Fluss) beim Hochhub halten.
Abbildung 3: Flachbrunnen-Kolbenpumpe
Membranpumpe
Dieses Design wird oft bei Autokraftstoffpumpen verwendet. Die Vergnet-Pumpe ist eine Anpassung für Tiefbrunnen, geeignet für krumme Brunnen (wo Stangenpumpen Probleme hätten) und relativ wartungsfreundlich.
Abbildung 4: Membranpumpe
Tretpumpen
Da Beinmuskeln stärker als Armmuskeln sind, ist diese Bauweise weniger ermüdend. Die meisten Teile können lokal hergestellt werden, Ausnahmen: Zylinder und Umlenkrolle.
Abbildung 5: Tretpumpe
Tiefbrunnen
Tiefbrunnenpumpen eignen sich für Tiefen über 7 Meter, da Zylinder oder Hebevorrichtung unterirdisch liegen, oft unter dem Grundwasserspiegel (siehe Abbildung 6). Sie heißen oft „Hubpumpen“, da sie nicht auf Saugwirkung beruhen. Durch die Tiefe sind sie schwerer zu warten (Pumpenstange muss entfernt werden). Wie Saugpumpen können Hubpumpen zu Druckpumpen umgebaut werden (Auslassventil + Luftkammer + Fallenrohr). Drei Typen: Kolben, Schneckenrotor und Direktantrieb.
Kolben
Das Design ähnelt der Flachbrunnenpumpe und hebt bis 50 Meter. Der Zylinder liegt tief unten, unter dem Grundwasserspiegel, verbunden über eine lange „Pumpenstange“ mit dem Griff (siehe Abbildung 6). Manchmal ist das Steigrohr (rising main) größer dimensioniert, um den gesamten Zylinder hochzuziehen – teurer, aber reparaturfreundlich.
Schneckenrotor (oder „progressive cavity“)
Schneckenrotoren heben bis 100 Meter. Statt Kolben dreht ein korkenzieherförmiger Metall-„Rotor“ in einer Gummi-„Stator“-Hülse (siehe Abbildung 6). Der Hebel wird durch ein oder zwei Drehgriffe ersetzt.
Direktantrieb (oder „direct drive“)
Hebt bis 12 Meter. Die schmale Pumpenstange wird durch ein hohles Plastikrohr ersetzt, das Wasser verdrängt, wenn der Griff gedrückt wird. Beim Hochhub schließt das Kolbenventil, Wasser wird gehoben. Die Pumpe drückt in beiden Richtungen. Da das Rohr hohl ist, schwimmt es – weniger Kraft beim Hochziehen nötig.
Abbildung 6: Typen von Tiefbrunnen-Hubpumpen – Kolben, Schneckenrotor und Direktantrieb
Oberflächenwasser
Oberflächenwasserheber sind meist einfacher als Grundwasserheber, da das Wasser leichter zugänglich ist. Vier Typen: Schaduf, Dhone, Ketten-/Seil-Wascher und Archimedesschraube.
Schaduf („Picottah“)
Der einfache Schaduf besteht aus Seil, Stange, Eimer und Gegengewicht und hebt bis 4 Meter. Das Gegengewicht kann ein schwerer Stein sein; beim fortschrittlicheren Picottah-Design lenkt eine Person den Eimer, die andere dient als bewegliches Gegengewicht.
Dhone
Dieses Design ersetzt den Eimer durch eine Rinne. Kann auch picottah-ähnlich betrieben werden.
Abbildung 7: Picottah-ähnlicher Schaduf und Dhone
Ketten-/Seil-Wascher (oder „Paternoster“)
Diese Pumpen werden seit Jahrhunderten in China und Europa verwendet. Wasser wird durch eng anliegende Wascher in einem Rohr gehoben. Theoretisch unbegrenzt hoch, praktisch meist bis 20 Meter. Eine Variante ist die „Drachenrücken“-Pumpe in flachem Winkel – selten über 6 Meter, aber sehr flexibel.
Abbildung 8: Ketten-Wascher-Pumpe
Archimedesschraube
Obwohl kompliziert aussehend, leicht mit lokalen Materialien zu bauen und transportabel. Das Innere ist korkenzieherförmig; durch Drehen am Griff wird Wasser in den Hohlräumen gefangen und gehoben (siehe Abbildung 9). Ähnlich dem Schneckenrotor, aber geringere Hubhöhe.
Abbildung 9: Archimedesschraube
Auswahl eines Wasserhebers Die Wahl hängt von Anwendung und verfügbaren Ressourcen ab. Bedarf kann häuslich, gemeinschaftlich, industriell oder landwirtschaftlich sein. Zuerst klären:
• Woher kommt das Wasser (Quelle)
• Wohin soll es (Ziel)
Abbildung 10 zeigt mögliche Quellen und Ziele.
Abbildung 10: Quellen und Ziele von Wasser
Nach Festlegung von Quelle und Ziel lässt sich die Auswahl eingrenzen. Die Tabelle fasst Optionen für Kombinationen zusammen.
|
| |||
|
Ziel |
1. (> 7 m) |
2. (<7 m) |
3. (Fluss/Teich) |
|
4 (Oberfläche) |
Tiefbrunnen-Hubpumpe |
Flachbrunnen-Saugpumpe oder offener Brunnen |
Flachbrunnen-Saugpumpe |
|
5 (Hügel/Tank) |
Tiefbrunnen-Hub- & Druckpumpe |
Flachbrunnen-Druckpumpe |
Oberflächenwasser-System oder Saug- & Druck |
|
6 (Dorf) |
Tiefbrunnen-Hub- & Druckpumpe |
Flachbrunnen-Druckpumpe |
Flachbrunnen-Druckpumpe |
Neben Quelle und Ziel gibt es weitere Kriterien. Idealerweise VLOM-geeignet (Village Level Operation and Maintenance) oder VLOMM (mit Management), um Abhängigkeit von großen Institutionen zu reduzieren. Checkliste zur Auswahl:
|
Anschaffungskosten
Wie hoch sind die Anfangskosten? |
Tabelle 2 fasst einige Kriterien zusammen (Näherungswerte, nur grobe Orientierung). Bei maximaler Hubhöhe sinkt die tatsächliche Förderrate stark. Werte für eine Person, außer Picottah (mind. zwei).
Tabelle 2: Bewertungskriterien
|
|
(Traditionell/Industriell) |
(Meter) |
(m³/Stunde) |
|
SAUG | |||
|
Ruder |
Traditionell |
7 |
3 |
|
Saug-Kolben |
Industriell |
7 |
8 |
|
Membran |
Industriell |
7 |
10 |
|
Tret |
Traditionell |
7 |
18 |
|
HUB | |||
|
Seil und Eimer |
Traditionell |
100 |
15 |
|
Hub-Kolben |
Industriell |
50 |
1,5 |
|
Schneckenrotor |
Industriell |
100 |
1,5 |
|
Direktantrieb |
Industriell |
15 |
1 |
|
OBERFLÄCHENWASSER | |||
|
Schaduf |
Traditionell |
4 |
6 |
|
Picottah |
Traditionell |
8 |
6 |
|
Dhone |
Traditionell |
1,5 |
6 |
|
Ketten-Wascher |
Trad. / Industriell |
15 |
25 |
|
Archimedesschraube |
Traditionell |
1,5 |
25 |
Literatur und weiterführende Quellen
Dieser Howtopedia-Artikel basiert auf dem Practical Action Technical Brief „Human-Powered Water-Lifters“.
Originaldokument: http://www.practicalaction.org/?id=technical_briefs_water
Ressourcen
• Human and Animal-powered Water-lifting Devices: A state-of-the-art survey – von W. K. Kennedy & T. A. Rolgers. ITDG Publishing, 1985.
• Water pumping devices – A handbook for users and choosers – von Peter Fraenkel, ITDG Publishing, 1986.
• Tools for Agriculture – a buyer's guide to appropriate equipment – Einleitung von Iab Carruthers & Marc Rodriguez, ITDG Publishing, 1992.
• How To Make and Use The Treadle Irrigation Pump – von Carl Bielenberg und Hugh Allen, ITDG Publishing, 1995.
• How to Make a Rope-and-Washer Pump – von Robert Lambert, ITDG Publishing, 1990.
• The Treadle Pump: Manual Irrigation for Small Farmers in Bangladesh – von Alastair Orr, A. S. M. Nazrul Islam & Gunner Barnes, Rangpur Dinajpur Rural Service – RDRS
ITDG Publishing
Tel: +44 (0)1926 634501
Website: http://www.developmentbookshop.com
Organisationen
WELL
London School of Hygiene & Tropical Medicine
Keppel Street, London, WC1E 7HT, Vereinigtes Königreich
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Tel: +41 22 791 21 11
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Hersteller Auswahl ohne Empfehlung durch Practical Action. Viele Hersteller in Indien; mehr in „Tools for Agriculture“.
Steelman Industries
Shanti Dham, Kankarbagh Main Road, Patna (Bihar) - 800 020, Indien
Tel: +91-612-352530
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Website: http://www.geocities.com/Eureka/park/4967/
Produziert: India Mark II, III, IV, Rawman shallow & force, Rawman special Lift & force VLOM.
Ajay Industrial Corporation
4561 Deputy Ganj, Sadar Bazar, Delhi-110006, Indien
Tel: +91 11 3545291/ 3611140/ 3612204/ 3612206/ 3616816
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Website: http://www.ajayindcorp.com/
Breites Sortiment inkl. India Mark II, III, Afridev, Tretpumpe.
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Fax: +31 55 533 54 88
Website: http://www.reekum.nl
Pumpenausrüstung.
Mono Pumps Limited
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Tel: +44 (0)161 339 9000
Fax: +44 (0)161 344 0727
Website: http://www.mono.pumps.com
Schneckenrotor- und Kolben-Hubvorrichtungen.
Monoflo Incorporated
16503 Park Row, Houston, Texas 77084, USA
Tel: +1 281 599 4700
Fax: +1 281 599 4733
SWS Filtration Ltd.
The Bakers Chest, Hartburn, Morpeth, Northumberland NE61 4JB, Vereinigtes Königreich
Tel +44 (0)1670 772214
Fax +44 (0)1670 772363
Rower- und Low-Tech-Pumpen.
H.J. Godwin Ltd.
Quenington, Cirencester, Glos, GL7 5BX, Vereinigtes Königreich
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Fax +44 (0)1285 750352
Tief- und Flachbrunnenpumpen.
Prodorite (Pvt) Ltd
21 Leyland Road, Arbennie Industrial Sites, PO Box 2887, Harare, Simbabwe
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Website: http://ourworld.compuserve.com/homepages/dvallen/
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