Archimedische Schraube

Eine typische archimedische Schraube

Eine archimedische Schraube ist eine Frderanlage, dieaus einer um eine Welle gewickelten Spirale und einemTrog besteht. Der Begri Schraubenpumpe wre ei-gentlich treender und wird z. B. im Englischen (ScrewPump) auch verwendet. Jedoch war der Begri im Deut-schen schon anderweitig vergeben und so orientierte mansich an dem Hollndischen Begri Vijzel, was Schne-cke bedeutet. Der Begri Schneckenpumpe hat sichetabliert und es wird normalerweise nie von einer Ar-chimedischen Schraube gesprochen. Hauptanwendung istder Transport von Wasser auf ein hheres Niveau zuBewsserungs- und Entwsserungszwecken. Ihre Ern-dung wird dem antiken griechischen Mathematiker undIngenieur Archimedes in der Zeit des 3. Jahrhundertsv. Chr. zugeschrieben. Wegen ihrer Zuverlssigkeit undWartungsarmut werden sie berwiegend auf Klranlageneingesetzt. Ein wenig bekannter Vorteil ist hier der imVergleich zu Zentrifugalpumpen schonende Umgang mitdem Frdermedium, der die Abwasserreinigung erheb-lich erleichtert.

1 PrinzipDie Schnecke bendet sich in einem eng angepasstenTrog oder Rohr aus Stahl oder Beton und dreht sich umihre Mittelachse. Durch die Schnecke und den Trog wer-den Kammern gebildet, in denen das Wasser nach obengeschraubt wird. Diese Kammern sind nach oben undunten durch jeweils einen Blattabschnitt der Spirale be-grenzt. Durch die Rotation der Schnecke bewegen sichalle Kammern in Richtung des Schneckenendes. Am En-de der Schnecke luft das Wasser aus der sich ausen-denKammer aus, am Schneckenanfang entsteht eine neueKammer, die sich mit Wasser aus dem Zulauf fllt.

Animiertes Funktionsprinzip der archimedischen Schraube

Die archimedische Schraube ist ein Sonderfall desSchneckenfrderers, da hier nur die Schwerkraft mittel-bar fr den Vorwrtstransport des Frdermediums ge-nutzt wird. Aus diesem Grund kann mit der archimedi-schen Schraube nur horizontal oder schrg nach oben ge-frdert werden, wogegen Schneckenfrderer auch in derLage sind, Gter senkrecht zu frdern.

2 Historische Anwendung

2.1 Antike und Mittelalter

Bereits in der Antike fanden archimedische SchraubenVerwendung. Sie wurden durch eine Windmhle, durchMuskelkraft oder, an Flssen, durch ein Wasserrad an-getrieben. Schnecken konnten unter anderem hergestelltwerden, indem man einen Holzkern in mehreren La-gen schraubenfrmig mit exiblen Ruten umwickelte unddiese verpichte (Abdichtung mit Pech).Diese Schraubenpumpen werden in der Antike wegen ih-rer hnlichkeit mit einer spiralfrmigen Seemuschel imGriechischen cochlias und im Lateinischen cochleas be-zeichnet.Genaue Angaben zum Bau einer Schraubenpumpe sindvon Vitruv berliefert. In seinem Werk Zehn Bcherber Architektur (De architectura libri decem), daszwischen 33 und 22 v. Chr. entstand, stellt er im BandXMaschinenbau (Machinarum, dort Kap. 6) Vorgabenzusammen, wonach die Achse aus einem runden Holz-pfahl herzustellen ist, dessen Durchmesser 1/16 der Ln-ge haben soll. Der Umfang wird in acht gleiche Ab-

1

2 6 UMKEHRUNG DES PRINZIPS

schnitte geteilt, die Lnge ebenfalls, so dass eine qua-dratische Aufteilung entsteht. Die Bltter der Schrauben-pumpe werden diagonal ber die Kreuzungspunkte dieserQuadrate aus achen Streifen vonWeidenruten oderWei-denholz erstellt undmit Pech abgedichtet. Der Antrieb er-folgt durch Menschenkraft (hominibus calcantibus), istallerdings nicht genauer dargelegt. Antike Darstellungenauf Wandmalereien und Terrakotta zeigen den Antriebdurch einenMenschen, der die Trommel durch Treten an-treibt. berschlgige Nachrechnungen der Pumpenleis-tung kommen bei einer Dauerleistung von etwa 100 Wattund einem Gesamtwirkungsgrad von 40 % auf eine Fr-derleistung von etwa 10.000 Litern pro Stunde.[1]

3 Hollndische Polderentwsse-rung

Vor einigen hundert Jahren wurde das Prinzip der Archi-medischen Schraube von Niederlndern wiederentdeckt.Sie nutzten sie zur Entwsserung ganzer Landstriche in(Poldermhlen), die mit Windkraft betrieben wurden.Auf diese Weise wurde die Windmhle zum Wahrzei-chen der Niederlande. Flutter(-Mhlen) (in Hollandtjasker(molen)) waren dabei preiswerte und einfacheAnlagen, die manuell in den Wind gedreht werden konn-ten.Um 1880 gab es in Ostfriesland noch 130 solcherEntwsserungsmhlen; bis heute erhalten ist z. B. dieWasserschpfmhle Wedelfeld in Sande. Wandstrkeund Durchmesser des Zentralrohres bestimmen mit ih-rem Widerstandsmoment die Durchbiegung und somitdie erzielbaren Frderhhen. Lange Zeit wurden kei-ne Schneckenpumpen mit Baulngen grer 10 m ver-wendet, da sie schon nach kurzer Zeit brachen. Erst alsman bemerkte, dass sie sich durch die Verdrngung desWassers im Betrieb nach oben durchbiegen, konnte mandurch Anpassung der entsprechenden Parameter lngereSchneckenpumpen betreiben. Die ersten, mit 18 m Bau-lnge deutlich grerenMaschinen wurden auf der Expo'58 in Brssel in einem Schaupumpwerk des Niederln-dischen Pavillons gezeigt und waren fr Fachleute eineechte Sensation. Bei greren Frderhhen werden dieSchnecken als Kaskaden angeordnet. Dies ist auch auf ei-ner alten Darstellung aus Rmischer Zeit zu sehen.

4 Wesentliche AbmessungsgrenDie nebenstehende Abbildung zeigt die wesentlichenHauptabmessungen:

d : Kernrohrdurchmesser D : Schneckendurchmesser : Aufstellwinkel

S

L

1 23 4

1

dD

H0

J=4

H1 H2 H3

43

2

1

5

Hauptabmessungen einer archimedischen Schraube

H0 : konstruktive Frderhhe H1 : Wasserspiegeldierenz H2 : erforderliche hydraulische Frderhhe H3 : maximale Frderhhe J : Gangzahl (hier: 4) L : beschaufelte Lnge S : Steigung 1 : Tastpunkt 2 : Fllpunkt 3 : Sturzpunkt 4 : bersturzpunkt 5 : Staupunkt

5 Beispiele Anlage zur Wasserfrderung in den Niederlanden Flutter-Mhle oder Flutter in Ostfriesland zur Ent-wsserung

Schneckenkaskade in Sdeuropa Von Vitruv beschriebene archimedische Schraube Archimedische Schraube im Stadtpark vonBonndorf im Schwarzwald

und im Britzer Garten Berlin

6 Umkehrung des PrinzipsDer Englnder Francis Pettit Smith und der SchwedeJohn Ericsson kehrten das Prinzip unabhngig vonein-ander im 19. Jahrhundert um. Bislang war die Schraubeverankert und das Wasser konnte eine vertikale Distanzberwinden. Bei der Umkehrung war zwar die Schrau-be weiterhin stationr, jedoch in einem Schwimmkrper

3Moderner Schispropeller

verankert. Die mit Maschinenkraft angetriebene Schrau-be hatte nun die Aufgabe, das Wasser hindurchzuleiten.Durch die Bewegung der Schraube wurde das Wasserin eine Richtung bewegt, so entstand eine Fortbewegungdes Schwimmkrpers durch den Propeller (die Schub-kraft muss hher sein als der Gegenwind und der Strom,auerdem musste die Massentrgheit des Schwimmkr-pers berwunden werden). Das Wasser wurde nun auchtransportiert (wie vor der Umkehrung), jedoch in hori-zontaler Richtung. Spter wurden Propeller auch fr dieLuftfahrt und experimentell auch fr die Eisenbahn (z. B.Schienenzeppelin) verwendet.

7 Sonstiges Der Schisantrieb der 1875 inDienst gestellten Pan-zerfregatte General-Admiral hatte eine der archime-dischen Schraube hnliche Konstruktion.

hnlich aussehend, jedoch nach einem anderenPrinzip arbeitet die Exzenterschneckenpumpe.

Die Umkehrung des Arbeitsprinzips, bei dem dieSchnecke durch die Gewichtskraft des Wassers an-getrieben wird, ist die Wasserkraftschnecke.

8 Literatur Great-Britain und Napolon. Zwei neue Dampfschif-fe mit archimedischer Schraube. In: Illustrirte Zei-tung.Nr. 21, 18. November 1843, J. J. Weber, Leip-zig 1843, S. 332335 (online)

G. Nagel: Ritz, Handbuch der Wasserfrderschne-cken. 1968

G. Nagel und K. A. Radlik:Wasserfrderschnecken,Planung, Bau und Betrieb von Wasserhebeanlagen.1988

P. J. Kantert: Praxishandbuch Schneckenpumpe.Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-202-5

9 WeblinksCommons: Archimedische Schraube Album mit

Bildern, Videos und Audiodateien

http://www.wasser-wissen.de/abwasserlexikon/a/archimedesschraube.htm

http://www.gartenschau-plochingen.de/archimed.htm Archimedische Schraube auf dem Garten-schaugelnde Plochingen

http://www.hydro-kosmos.de/anlage/archimed.htm Beschreibung mit diversen Animationen

http://www.schneckenpumpe.eu/ Inhaltsbersichtaus dem Praxishandbuch Schneckenpumpe

10 Einzelnachweise[1] John Gray Landels: Die Technik in der antiken Welt, Kap.

3 Wasserpumpen, C.H. Becksche VerlagsbuchhandlungMnchen 1979, Titel der engl. Originalausgabe Enginee-ring in the Ancient World (Chatto & Windus, London1978) ISBN 3-8289-0362-2

4 11 TEXT- UND BILDQUELLEN, AUTOREN UND LIZENZEN

11 Text- und Bildquellen, Autoren und Lizenzen11.1 Text

Archimedische Schraube Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Archimedische_Schraube?oldid=142223568 Autoren: Kku, Aka, Aho-erstemeier, El, Echoray, Gurt, Warp, LaZeR, Odin, HenrikHolke, Tels, Karl Bednarik, Zwobot, Schmidti, Mawa, Hadhuey, Schuetzm,Kandschwar, Aeggy, Romulus, RokerHRO, Mike Krger, Peter200, Montauk, Hardenacke, Mnh, KaHe, WiESi, Uwe Gille, Adornix, 1-1111, Hewa, Botteler, WikipediaMaster, Bytestorm, FotoFux, Hob Gadling, Bierdimp, AndreasPraefcke, JAF, O Cangaeiro, FlaBot,Herr Th., DennisExtr, Itti, Einmaliger, Dispo-Gott, Siehe-auch-Lscher, Invisible, W!B:, Saehrimnir, Felix Stember, Ephraim33, Robot-Quistnix, Bota47, Tsca.bot, Vossi75, YurikBot, Hermannthomas, LeonardoRob0t,WikiMax,WAH, Ing. SchrderWalter, Ikwirtl, Sei Sho-nagon, Roest, Trg, Miiich, Thgoiter, Coyote III, Quarkmark, Al Jarreau, PixelBot, Tetris L, Smartbyte, Thijs!bot, XenonX3, Greenish20,GiordanoBruno, Horst Grbner, Imre, RockNick, Lyp, Zimmerpanze, Amos12345, CommonsDelinker, Don Magnico, Bernhard Wal-lisch, Brokat, Menrathu, Pb1791, DodekBot, AlnoktaBOT, TXiKiBoT, Regi51, AlleborgoBot, Jahobr, WvBraun, YonaBot, SieBot, Love-less, Der.Traeumer, Carl von Canstein, Simied, Rstntfrnr, Pittimann, Se4598, Jens Liebenau, Eingangskontrolle, SchroedingersKatze,SilvonenBot, NjardarBot, LaaknorBot, Amirobot, Luckas-bot, WOBE3333, Xqbot, Lambada, Karl432, SteKrueBe, Jivee Blau, Maliardo-1, Rubblesby,Wurmkraut, Helium4,Wolf32at, Akkakk, EmausBot, Sinuhe20, Styko, Gator76, Iste Praetor, MerlIwBot, Mikered, KLBot2,NacowY, Railweh10, AvocatoBot, Gordon F. Smith, Impriale, Ophelia Bogner, Prima Joscha und Anonyme: 68

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