Einführung: Die Handwasserpumpe
Handpumpen sind manuell betriebene Verdrängerpumpen. Sie sind häufig in ländlichen Gebieten ohne Wasserleitungen zu finden. Handpumpen zeichnen sich durch ein einfaches und robustes Design aus, benötigen wenig Wartung und sind leicht zu bedienen, was zu ihrer weltweiten Verbreitung beigetragen hat.
Handpumpe
Geschichte der Handpumpe
Die handbetriebene Kolbenpumpe wurde in Europa im 15. Jahrhundert erfunden. In den folgenden Jahrhunderten erhielten viele Dörfer, Städte und Gemeinden Zugang zu einer zuverlässigen Wasserversorgung durch Handpumpen oder traditionelle Brunnen. Üblicherweise wurden Handpumpen über bestehenden Brunnen installiert, was eher eine Verbesserung der bestehenden Infrastruktur als eine völlig neue Form der Infrastruktur darstellt.
Mittelalterliches Kolbenpumpendiagramm
Da Handpumpen oft im Zentrum einer Gemeinschaft installiert wurden, um den Zugang für die Anwohner zu erleichtern, wurden sie häufig als ‘Gemeindepumpen’ bezeichnet. Dies liegt daran, dass Kirchen und Gemeindezentren in den meisten Gemeinschaften als Treffpunkt dienten, sodass es sinnvoll war, Wasserpumpen in der Nähe zu installieren. Ein weiterer gebräuchlicher Name für diese Art von Brunnenpumpe ist die ‘Krugpumpe’.
Handpumpe / Gemeindepumpe / Krugpumpe
Kontamination von Wasser aus einer Handpumpe (oder einer beliebigen Brunnenwasserquelle) ist möglich, da Wasser aus dem Boden entnommen wird. Cholera ist ein Bakterium, das sich durch den Konsum von kontaminiertem Wasser verbreiten kann. John Snow bewies die Verbreitung von Cholera durch Wasser nach einem Ausbruch im Jahr 1854 in der Broad Street, London. Da er vermutete, dass kontaminiertes Wasser die Quelle des Ausbruchs war, entfernte er den Griff der örtlichen Wasserpumpe, und die Anzahl der Cholera-Fälle ging kurz darauf zurück. Aufgrund seiner korrekten Annahme und der Methode, mit der er darauf kam, gilt John Snow heute als Begründer der Epidemiologie (die Untersuchung, wie Bakterien und Viren auftreten und sich verbreiten).
John Snow – der Begründer der Epidemiologie
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Komponenten der Handpumpe
Eine Handpumpe besteht aus relativ wenigen Bauteilen, die typischerweise die unten aufgeführten umfassen, aber die Anzahl und Art der Teile hängt vom individuellen Pumpendesign ab.
Sauganschluss – ein langes hohles Rohr, das den Pumpenzylinder mit der Wasserquelle verbindet.
Zylinder – ein hohler Zylinder, der den Kolben, das Fußventil und das Kolbenventil umschließt.
Auslass – ein hohles Rohr, das es ermöglicht, dass Wasser vom Zylinder zum Verbrauchspunkt fließt.
Kolben – eine Baugruppe, die die Installation eines Rückschlagventils und eines Haltekäfigs ermöglicht.
Kolbenstange – eine massive Metallstange, die den Kolben mit dem Griff/Hebel verbindet.
Griff/Hebel – wird verwendet, um dem Bediener einen mechanischen Vorteil zu verschaffen; manchmal als ‘Kraftstange’ bezeichnet.
Fußventil – ein Rückschlagventil, das sich am Boden des Zylinders befindet.
Komponenten der Handpumpe
Theorie der Handpumpenbedienung
Der Zweck einer handbetriebenen Brunnenpumpe besteht darin, eine Flüssigkeit sicher und effizient von einer niedrigeren auf eine höhere Ebene zu heben. Der mechanische Vorteil, der durch den Handpumpengriff/Hebel gewonnen wird, hängt von der Stärke des Benutzers und der Länge des Griffs ab; dies kann erklärt werden, wenn man sich die Kraftmomentberechnung ansieht:
Moment = Kraft x Abstand
M = F.d
Wo:
Moment = Drehwirkung einer Kraft um einen Drehpunkt.
Kraft = vom Bediener ausgeübte Kraft.
Abstand = Abstand vom Drehpunkt.
Mechanik der Handpumpe
Die Verlängerung des Griffs erhöht den Abstand vom Drehpunkt und damit das resultierende Moment. Auch die Erhöhung der angewandten Kraft erhöht das Moment. Beachten Sie, dass es möglich ist, das angewandte Moment zu erhöhen, indem der Abstand, in dem die Kraft vom Drehpunkt ausgeübt wird, vergrößert wird; dies kann mit den folgenden zwei Beispielen gesehen werden:
Beispiel 1 – mehr Kraft näher am Drehpunkt angewendet.
Kraft (F) = 10
Abstand (D) = 5
Moment (M) = Kraft.Abstand
Moment (M) = 10 x 5 = 50
Beispiel 2 – weniger Kraft weiter vom Drehpunkt entfernt angewendet.
Kraft (F) = 5
Abstand (D) = 10
Moment (M) = Kraft.Abstand
Moment (M) = 5 x 10 = 50
Beachten Sie, dass das resultierende Kraftmoment in beiden Beispielen gleich ist. Es ist ersichtlich, dass ein längerer Griff einen größeren mechanischen Vorteil bietet, wenn die Kraft konstant gehalten wird (nicht verändert wird). In praktischen Begriffen bedeutet dies, dass ein längerer Griff es schwächeren Personen ermöglicht, die Pumpe zu bedienen, da weniger Kraft (Kraft) erforderlich ist, um ein gegebenes Kraftmoment zu erreichen.
Hinweis – die Beispiele verwenden keine Einheiten, obwohl Kraft normalerweise in Newton (N), Abstand in Metern (m), und Moment in Newtonmetern (Nm) angegeben wird. Die verwendeten Einheiten hängen davon ab, ob Standard-Einheiten (SI-Einheiten) oder imperiale Einheiten (Pfund, Zoll usw.) verwendet werden.
Einfache Erklärung: Wie Handpumpen funktionieren
Das untenstehende Video ist ein Auszug aus unserem Online-Video-Kurs zu Mechanik und Elektrotechnik.
Verdrängerpumpen müssen angesaugt werden, bevor das Prozessfluid gepumpt werden kann. Der Begriff ‘Ansaugen’ bezieht sich auf das Entfernen von Luft aus dem System, um den Fluss des Prozessfluids zu ermöglichen. Bei einer Brunnenhandpumpe wird die Luft aus dem System entfernt und durch Wasser ersetzt.
Wasser wird in den Zylinder gezogen, wenn der Pumpenhebel nach unten gedrückt wird. Das Drücken des Pumpenhebels nach unten bewirkt, dass sich der Kolben nach oben bewegt und das Fußventil öffnet; das Kolbenrückschlagventil ist geschlossen, während sich der Kolben nach oben bewegt.
Sobald der Kolben seinen höchsten Punkt erreicht hat, zieht der Bediener den Pumpenhebel nach oben. Das Ziehen des Pumpenhebels nach oben bewirkt, dass sich der Kolben nach unten bewegt und das Fußventil schließt; das Kolbenrückschlagventil ist offen, während sich der Kolben nach unten bewegt. Das Ergebnis dieser Bewegung ist, dass Wasser von der Unterseite des Kolbenrückschlagventils zur Oberseite des Kolbenrückschlagventils bewegt wird. Wenn sich der Kolben das nächste Mal nach oben bewegt, bewegt er auch das Wasser, das sich jetzt auf seiner Oberseite befindet, nach oben.
Das wiederholte Drücken und Ziehen des Handpumpenhebels führt dazu, dass mehr Flüssigkeit in den Zylinder gezogen wird und der Wasserstand im Zylinder steigt. Wenn der Wasserstand steigt, erreicht er die Höhe des Auslassrohrs und beginnt aus der Pumpe zu fließen.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Hand_pump
https://innovationdiscoveries.space/water-hand-pump-parts-types-working-principle
https://engineeringinsider.org/water-hand-pump-parts-types-working