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Hotoppscher Heber
Beim Besuch des Schiffshebewerks Niederfinow und der folgenden Beschäftigung mit dem Oder-Havel-Kanal stieß ich auf einen Hotoppschen Heber, der dort zur Entleerung der Scheitelhaltung in der Heberanlage Mäckersee gebraucht wird. Die am Schiffshebewerk ausliegende Schrift [1] beschreibt dieses Heberprinzip ungenügend und veranlasste bei mir weitere Recherchen. Dabei wurde eine ausreiichende Beschreibung für das Prinzip, nach dem der Heber mit Hilfe des Gefälles zwischen dem Anfangsniveau des abzuführenden Wassers und dem tieferen Abflussgraben zum "Anspringen" gebracht wird, gefunden. Es stellte sich auch heraus, dass Ludwig Hotopp (1854 bis 1934) diese Lösung ursprünglich für den Wasserumlauf bei den Toren von Schiffsschleusen erdachte: "Hotoppsche Schleusen" am Elbe-Trave-Kanal ohne große zu bewegende Wasserschieber.
Im Haushalt wird gelegentlich ein Schlauch als Heber zum Entleeren eines Gefäßes benutzt. Der Scheitel des Hebers liegt über dem Rand des zu entleerenden Gefäßes. Das im Gefäß hängende Schlauchende reicht vorzugsweise bis zum Gefäßboden, das äußere Ende muss sich tiefer im Auffanggefäß als das innere Ende befinden. Damit der Heber "anspringt" und dann selbsttätig entleert, muss die Luft aus dem Schlauch entfernt werden. Bei Schläuchen kleinen Querschnitts kann man das durch Absaugen mit dem Mund machen (und dabei etwas von der zu entleerenden Flüssigkeit schlucken), die großen Heber-Querschnitte an Schleusen und ähnlichen Anlagen müssen ausgepumpt werden.
<< Abb.1 Anspringen durch Vakuum-Erzeugen im
Heberscheitel, Bild aus [2, Seite 9]
Auspumpen bedeutet Erzeugen von Unterdruck (Vakuum) im Luftvolumen. Damit keine Flüssigkeit in die Pumpe gerät, wird die Saugleitung am Heberscheitel angebracht. Das Anspringen des Hebers geschieht, wenn das erzeugte Vakuum in beiden Hebersträngen die Flüssigkeit etwa um den Wert a+b (Abb.1) angehoben hat. Der Wert a der für das "Anspringen" erforderlichen Überströmhöhe im Scheitel ist ein Erfahrungswert, seine theoretische Ermittlung gelingt auch zur Zeit noch nicht sicher. "Anspringen" heißt, dass das Vakuum abgestellt werden kann. Das jetzt fließende Gut reißt die verbliebene Luft im Scheitel mit sich, und der Heber füllt sich komplett bis zur Scheiteloberkante. Die höhere Flüssigkeitssäule im Abfluss ist schwerer als die kürzere im Einfluss (die Säulen haben nur Bestand, wenn die Schlauchenden untergetaucht sind). Jene hebt die Säule im Einlauf "über den Berg". Um wie im Haushalt das Gefäß vollständig zu entleeren, muss das angestiegene Niveau im Ausfluss tiefer als das abgesunkene im Einfluss bleiben. Wenn das Einflussende auftaucht, fließt Luft in den Heber, die abzuführende Flüssigkeitssäule zerreist, der Heber hört auf zu funktionieren.
Abb.2 Hotoppscher Heber mit Saugkammer, Füllleitung und -Ventil für die Saugkammer und deren Auslassventil nicht
gezeichnet, Bild aus [2, Seite 18]
In der Zeit der Fertigstellung des Elbe-Trave-Kanals (um 1900) existierte entlang diesem noch keine elektrische Stromversorgung. Hotopp gelang es, nicht nur ohne große elektische oder Dampfmaschinen-Antriebe der Schleusenschieber (und sogar der Schleusentore, deshalb "Hotoppsche Schleusen"), sondern ohne gleichartige, relativ kleinere Vakkuukpumpen-Antriebe auszukommen. Er zweigte eine relativ zum Arbeits-Volumen einer Schleusenkammer kleine Wassermenge aus dem Wasserhaushalt des Kanals dafür ab, die anstelle von Wasserschiebern eingebauten Heber "anzusaugen".
Ein luftdichter Behälter (Saugkammer, Saugglocke, Abb.2) wird vorab aus dem Oberwasser gefüllt. Vakuum ensteht in ihm und im Scheitel des jetzt ausschließlich angeschlossenen Hebers (Zuleitung geschlossen), wenn seine Füllung durch ein ins Unterwasser eintauchendes Rohr entleert wird. Das Behältervolumen ist zweckmäßigerweise gerade so groß, dass das Wasser in beiden Hebersträngen etwa um den Wert a+b (Abb.1 und Abb.2) angehoben wird. Seine Oberkante darf bis zum Niveau des Oberwassers herauf reichen, um ganz gefüllt zu werden. Seine Unterkante liegt vorteilhaft um a+b über dem Unterwasser, weil sie sich auf diese Weise beim erforderlichen Vakuum ganz entleert und der relativ kleine Querschnitt des Auslaufrohres das erzeugbare Vakuum noch nicht gemindert hat.
Literatur
[1] Wasser- und Schifffahrtsdirektion des Bundes: 100 Jahre Havel-Oder-Wasswerstraße, 2014, Seite 63
[2] Christian Havestadt: Verwendung von Heberverschlüssen bei Kammerschleusen,
Dissertation an der Königlichen Technischen Hochschule Berlin, 1907
Siegfried Wetzel, CH 3400 Burgdorf, Juli 2015 (Jan.20)