Heber (Gerät)

Prinzip des Hebers

Heber

Saugheber mit Saugröhre, auch Giftheber genannt

Ein Heber oder Saugheber ist ein Gerät oder eine Einrichtung, mit der man eine Flüssigkeit aus einem Behälter über den Behälterrand in einen tiefer gelegenen Behälter umfüllen oder ins Freie entleeren kann, ohne den Behälter umzukippen und ohne dass er ein Loch oder einen Auslass unterhalb des Flüssigkeitsspiegels hat. Dabei wird der hydrostatische Druck ausgenutzt. Um den Schlauch zu füllen und den Fließvorgang in Gang zu setzen, wird meistens die Flüssigkeit mit dem Mund angesaugt.

Die beiden Behälter müssen mit einem Schlauch oder Ähnlichem miteinander verbunden sein. Das Stück, in dem der Schlauch nach oben und um dieselbe Strecke wieder nach unten geführt wird, trägt zu den Druckunterschieden global gesehen im Schlauch nicht bei. In diesem Stück gleichen sich die Schwerkräfte der Flüssigkeit gegenseitig aus. Die zusätzliche Flüssigkeit in der Strecke zwischen oberem und unterem Behälter bewirkt eine Druckdifferenz, so dass die Flüssigkeit aufgrund des entstehenden Unterdruckes aus dem oberen in den unteren Behälter fließt und dabei den Behälterrand überwindet.

Diese Druckdifferenz hängt praktisch nur von der Länge der überschüssigen Wassersäule ab (wenn man von dem Auftrieb, der Druckdifferenz der umgebenden Luft und der Abnahme der Schwerkraft absieht):

$\Delta p=p_{2}-p_{1}=\rho g(h_{2}-h_{1})$

$\Delta p$ = Druckdifferenz

$h_{1}$: Höhe der oberen Flüssigkeitsoberfläche

$h_{2}$: Höhe des unteren Endes des Hebers

$\rho$: Dichte der Flüssigkeit (1000 kg/m³ bei Wasser)

$g$: Schwerebeschleunigung

Becher des Tantalos (Heron-Becher) nach dem Prinzip des Saughebers (Kommunizierende Röhren)

Hydrostatischer Heber

Beispiele

Das Heberprinzip lässt sich unter anderem beim Abziehen des Weines aus einem Gärballon anwenden.

Es wird auch in größerem Maßstab bei der Hochwasserentlastung von Talsperren angewandt. Ein gut zugängliches Beispiel für eine Hochwasserentlastung, die als Heberwehr konstruiert ist, kann man am Auslaufbauwerk des Hochwasserrückhaltebecken Treysa-Ziegenhain besichtigen.

Ebenfalls verwirklicht wird das Heberprinzip beim Becher des Tantalos, auch Heron-Becher oder Pythagoreischer Becher genannt. Füllt man ihn zu hoch, leert er sich bis auf die Neige.

Ein (selbstgebauter) Heber kann bei Flutkatastrophen auch als Pumpe zur Befreiung überfluteter Keller und Areale von Schlamm-Wasser eingesetzt werden (Gravitations-Pumpe): Dazu wird ein Schlauch in das überflutete Areal hinab gelassen, dabei mit Wasser befüllt, die Enden verschlossen und ein Ende an eine tiefergelegene Stelle außerhalb des überfluteten Areals gezogen (Kanalisation oder Flussufer).

Alternativ dazu werden Rohre verwendet, die an der obersten Stelle der Konstruktion über eine Einlass-Öffnung verfügen. Durch jene wird die Rohrkonstruktion mit Schlammwasser oder Leitungswasser befüllt und anschließend oben verschlossen.

Öffnet man anschließend Einlass und Auslass, entleert sich das überflutete Areal. Dies geschieht umso schneller, je größer die Höhendifferenz zwischen Wasseroberfläche und Auslassöffnung und je größer der Schlauch- oder Rohr-Radius ist:

Fördermenge in m³/h = ca. 50.000 x (Höhendifferenz in m x Radius in m)².

So fördert bspw. ein Drainageschlauch mit dem Radius 0,05 Meter bei einer Höhendifferenz von 1 Meter 125 Kubikmeter/Stunde. Allerdings wird bei einem kleineren Schlauch (ca. 1-5 mm) die errechnete Leistung wegen des Schlauchwiderstands nicht erreicht. Bei einem noch kleineren Schlauch (<1 mm) funktioniert das Prinzip aufgrund der Kapillarwirkung überhaupt nicht mehr.

Wenn kein Schlauch mit verschließbaren Öffnungen vorhanden ist (Regelfall), wird der Anfang des Schlauchs unter Wasser gehalten und aus einem zweiten mit Leitungswasser gefüllt (Öffnungen stumpf voreinanderdrücken).

Bei einem einfachen System wird zum Beispiel, ein gekrümmtes 90°-Rohr mit ca. 10 cm Durchmesser in einen Wasserbehälter gehängt, dabei ragt das längere Ende nach außen. Dann wird ein Schwamm oder ein Ball an einer Schnur schnell durch das Rohr, zum Auslauf des Schlaues hin, gezogen und die Heberwirkung setzt ein.