Die Technik
Zu Beginn der Inbetriebnahme eines Widders strömt das Wasser durch die Treibleitung und das Stoßventil nach außen. Durch die zunehmende Geschwindigkeit wird der Ventilkegel nach oben mitgenommen. Das Stoßventil schließt sich, und das Wasser in der Treibleitung wird abrupt angehalten. Das Wasser strömt durch das Druckventil in den Windkessel und nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhre in der Steigleitung bis zur Höhe der Brunnenstube.
Nach dem manuellen öffnen des Stoßventils beginnt das Wasser wieder zu fließen und das Stoßventil schließt sich wieder. Durch die kinetische Energie des Wassers, also durch dessen Trägheit, entsteht beim Widder ein sehr hoher Stoßdruck. Dieser Druck führt dazu, daß ein Teil des Wassers von der Treibleitung durch das Druckventil in den Windkessel gedrückt wird, bis die kinetische Energie des Wassers in der Treibleitung “verbraucht” wird und das System wieder zur Ruhe kommt. Die Luft im Windkessel wird dabei kurzfristig zusammen gedrückt, dehnt sich aber wieder aus und drückt das Wasser in der Steigleitung nun über das Niveau der Brunnenstube. Der nun etwas höhere Druck im Windkessel schließt das Druckventil und verhindert ein zurücklaufen des Wassers.
Das (manuelle) anstoßen des Stoßventils wird nun mehrmals wiederholt, bis das eigentliche Widderprinzip eintritt. (Dies ist in vielen Veröffentlichungen oft nicht ganz richtig dargestellt):
Der Druck im Windkessel wird bei jedem Pumpstoß etwas höher, dadurch wird das Eindringen des Wassers in den Windkessel erschwert. Es kann also nach dem plötzlichen Schließen des Stoßventils immer weniger Wasser aus der Treibleitung in den Windkessel gepresst werden. Wird diese Wassermenge nun so klein, dass sie nicht ausreicht um die kinetische Energie des Wassers im Treibrohr “aufzubrauchen”, also das Wasser nicht mehr “sanft abgebremst” wird, so führt die überschüssige Energie zu einer Umkehr der Bewegungsrichtung. Das Wasser bewegt sich einen kurzen Moment rückwärts. Dadurch entsteht ein Unterdruck am Stoßventil und es öffnet sich von selbst. Sobald es einen kleinen Spalt geöffnet ist, fällt der Ventilkegel von selber wieder nach unten, bis er mit der gleichzeitig wieder einsetzenden Strömung des Treibwassers wieder nach oben gehoben wird. Das Spiel setzt sich nun immer wieder von selber fort.
Funktionsprinzip WAMA-Widder. Zur Beachtung: die Steigleitung ist beim WAMA-Widder nicht am Windkessel angebracht. In der Grafik dient dies nur der besseren Übersicht.
Zum besseren Verständnis kann man dieses Prinzip mit einem Hammer vergleichen: Lässt man einen Hammer auf einen Nagel – der nur etwas in einem weichen Holz steckt – fallen, so drückt er den Nagel weiter in das Holz und der Hammer bleibt auf dem Nagelkopf liegen. Steckt ein (größerer) Nagel dagegen sehr fest im Holz so wird der Nagel nur noch sehr wenig in das Holz gedrückt und der Hammer federt wie auf einem Amboss etwas zurück.
Ist das Wasser in der Steigleitung am oberen Ende angekommen, so steigt der Druck im Windkessel natürlich nicht mehr. Er pulsiert minimal bei jedem Pumpstoß. Das Wasser in der Steigleitung fließt gleichmäßig und tritt am oberen Ende kontinuierlich aus.
Die Luft im Windkessel dient als Polster. Das Wasser in der Steigleitung wäre viel zu träge, um bei jedem Pumpstoß ruckweise weiterbefördert zu werden. Der Druck im Windkessel ist nur von der Förderhöhe und etwas vom Strömungswiderstand abhängig. Ein (weit) verbreiteter Irrtum ist, dass ein größerer Durchmesser der Steigleitung (wegen der größeren Wassermenge) zu einem höheren Druck im Windkessel führt. Das ist physikalischer Unsinn, bekannt als “hydraulisches Paradoxon”.
Durch einen größeren Durchmesser sinkt der Strömungs-widerstand, der Betriebsdruck im Windkessel wird sogar etwas kleiner und es kann etwas mehr Wasser gefördert werden.
Wissenswertes zur Geschichte des Widders:
Der
Widder oder auch Stoßheber wurde 1796 von dem Franzosen Michel Joseph
de Montgolfier erfunden. Bekannter ist er durch den Heißluftballon
geworden, den er zusammen mit seinem Bruder Étienne Jacques de Montgolfier gebaut hat.
Das Patent auf den WAMA-Widder, d.h. auf die unterschiedlichen Ventile erhielt der WAgner MAx aus Grafing bei München, daher der Name WAMA. Die Widderproduktion wurde später
vom Kiehl Max, ebenfalls in Grafing übernommen. Nach seinem Tod im
Dezember 2003 habe ich die Ehre gehabt den Nachlass übernehmen zu dürfen
und die Produktion fort zu setzen. Der Name WAMA ist geblieben.