mini|Heber mini|Verwendung von Saughebern, um Amphorenwein aus Amphoren zu saugen, altägyptische DarstellungEgypt Food of the Gods, Part I: Wine in Ancient Egypt mit Abbildung

Ein Heber, Saugheber, Winkelheber (früher: Doppelheber,Georg August Kraus: Kritisch-etymologisches medicinisches Lexikon, 3. Auflage, Verlag der Deuerlich- und Dieterichschen Buchhandlung, Göttingen 1844, S. 305. lateinisch sipho simplex) oder Siphon (altgriechisch σίφων „Heber“Johann Georg Krünitz: Oeconomische Encyclopädie, Berlin 1773–1858, Band 22 (1. Auflage 1781, 2. Auflage 1789), S. 572–575, Figuren 1292 und 1293.) ist ein Gerät oder eine Einrichtung, mit der man eine Flüssigkeit aus einem Behälter über den Behälterrand in einen tiefergelegenen Behälter umfüllen oder ins Freie entleeren kann, ohne den Behälter umzukippen oder ein Loch oder einen Auslass unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zu benötigen. Dabei wird der hydrostatische Druck ausgenutzt.

Geschichte Reliefs aus dem antiken Ägypten aus dem Jahr 1500 v. Chr. zeigen Siphonheber, mit denen Wein aus Amphoren abgefüllt wurde.

Bereits Heron von Alexandrien beschrieb in seinem Werk Pneumatica eine Reihe von Siphon-Anwendungen.

Prinzip mini|150px|Funktion eines hy­drau­li­schen He­bers, Erläuterungen siehe Text

Die nebenstehende Skizze zeigt zwei mit Wasser gefüllte Gefäße. Der Wasserspiegel des oberen Gefäßes liegt um die Höhe über dem des unteren. Die Gefäße sind durch eine gefüllte Leitung verbunden, die zunächst durch ein Ventil verschlossen ist. Die Höhen und geben die Höhen des Ventils über den Wasserspiegeln an. Für die Drücke links und rechts des Ventils gilt

bzw. ( = Luftdruck, = Wasser-Dichte, = Schwerebeschleunigung).

An den Oberflächen der Messbecher wirkt (fast) der gleiche Luftdruck , allerdings ist im unteren Messbecher aufgrund der größeren Füllhöhe der Leitung der Schweredruck der Wassersäule bzw. der hydrostatische Druck größer. Da der hydrostatische Druck dem Luftdruck entgegenwirkt, ist entsprechend der kleineren Füllhöhe größer als .

Nach dem Öffnen des Ventils wird die Flüssigkeit in der Leitung in Richtung vom höheren zum kleineren Druck, d. h. zum unteren Gefäß hin, in Bewegung gesetzt.

Die Druckdifferenz beträgt dabei Eine Einführung in die Grundlagen und technischen Anwendungen der Strömungsmechanik. Teubner Studienbücher Mechanik, 1993, Abschn. 2.2.5.

Wenn der Heberauslauf nicht eingetaucht ist, bezeichnet die Höhe des Ventils über dem unteren Ende des Auslaufrohres.

Die hergeleitete Druckdifferenz ist unabhängig davon, wie die Heberleitung (bei festgehaltenem Anfang und Ende) tatsächlich verläuft (z. B. mit Durchhang), und das gedachte Ventil kann an beliebiger Stelle in der Leitung liegen. Das Fließen in der vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Leitung erfolgt aufgrund dieser DruckdifferenzKolumban Hutter: Fluid- und Thermodynamik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-97827-2, S. 26 (). nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren.

Wenn die Leitung zu Beginn des Ablaufs nicht vollständig mit Wasser gefüllt ist oder am Auslauf der Leitung Luft einströmen kann, so kann sich die zur Nachsaugung der Flüssigkeit notwendige geschlossene Wassersäule nur aufbauen, wenn der Flüssigkeitsstrom im Verhältnis zum Leitungsquerschnitt groß genug ist.

Grenze der Zulaufhöhe Im Scheitel des Hebers herrscht ein verringerter Druck , der temperaturabhängig ab einer gewissen Scheitelhöhe und geringem äußerem Luftdruck zum Sieden der Flüssigkeit ausreicht. Dabei wird am Scheitelpunkt eine dem Niveauunterschied entsprechende Höhe von einem Dampf-Flüssigkeitsgemisch durchflossen („Wasserfall-Phänomen“, Dampf aufgrund von KavitationD. Vischer: Wasserbau. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-13411-5, S. 98 ().Karsten Köhler: Simultanes Emulgieren und Mischen. Logos Verlag, Berlin 2010, ISBN 978-3-8325-2716-7, S. 17 ().Christian Kröner, Roman Gabl, Jakob Seidl, Markus Aufleger: Bruch der Druckrohrleitung als ein Extremlastfall bei Hochdruckwasserkraftanlagen. In: WasserWirtschaft, Ausgabe 107, Mai 2017, S. 29–35, Kapitel 3.1; researchgate.net (PDF)), ehe die Strömung bei weiter fallendem Luftdruck oder weiterem Anheben des Scheitelpunkts unterbrochen wird.Exploring the boundary between a siphon and barometer in a hypobaric chamber

Für große Leitungsdurchmesser ist der Kapillareffekt im Allgemeinen vernachlässigbar. Die Höhe ist daher durch die maximale geodätische Saughöhe begrenzt. Diese ist proportional zum Druck , wenn dem Dampfdruck der Flüssigkeit entspricht. Voraussetzung ist, dass es nicht zum Siedeverzug kommt; unter entsprechenden Laborbedingungen, die Siedeverzug ermöglichen (mit entgastem Wasser), ist auch eine Überschreitung der geodätischen Saughöhe darstellbar. Oberhalb der geodätischen Saughöhe ist der Druck innerhalb des Hebers so gering, dass gasförmig der eigentlich stabile Zustand ist (vergleiche das Phasendiagramm der Flüssigkeit). Daher befindet sich die Flüssigkeit in diesem Bereich in einem metastabilen Zustand.

Bei normalem Luftdruck , Erdbeschleunigung , Dampfdruck und Dichte von Wasser bei 20 °C erhält man für große Leitungsdurchmesser eine maximale Scheitelhöhe von

.

Je geringer der Leitungsdurchmesser , desto stärker ist der Kapillareffekt. Dieser kommt dadurch zustande, dass die Kohäsionskräfte der Flüssigkeitsmoleküle an Phasengrenzen, also der Oberfläche zwischen Gas und Flüssigkeit sowie Flüssigkeit und Leitungsmaterial eine resultierende Adhäsionskraft ergeben. Diese führt dazu, dass die Flüssigkeit auch ohne eine Druckdifferenz eine gewisse Höhe in der Leitung aufsteigen kann. Die Kapillarkräfte addieren sich zu den Kräften aufgrund der maximal möglichen Druckdifferenz . Bei einem Leitungsdurchmesser von , einer Oberflächenspannung und einem Kontaktwinkel ist die maximale Zulaufhöhe dann

,

also aufgrund des Kapillareffekts um 13 Millimeter höher als bei großen Leitungsdurchmessern. Ein Heber mit geringem Leitungsdurchmesser, der diesen Effekt nutzt, wird Kapillarheber genannt.

Anwendungen Heberwehr mini|Heberwehr (Animation)

Der Saughebereffekt wird 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.

Pumpenersatz nach Flutkatastrophen (Selbstgebaute) Heber aus wassergefüllten Schläuchen können nach einer Flutkatastrophe anstelle einer Pumpe zum Leeren überfluteter Keller und Areale eingesetzt werden, sofern das Wasser dabei in ein tiefergelegenes Areal abgelassen werden kann.

mini|links|Hydrostatischer Heber Alternativ dazu werden Rohre verwendet, die bei Einlass und Auslass verschließbar sind und an der obersten Stelle der Konstruktion über eine sperrbare Einlass-Öffnung verfügen. Durch diese wird die Rohrkonstruktion mit Schlammwasser oder Leitungswasser befüllt und anschließend oben verschlossen. Öffnet man anschließend Einlass und Auslass, entleert sich das überflutete Areal. Mitunter hilft eine ansaugende Pumpe, dazu verwendete Rohre oder Schläuche mit Wasser zu füllen, das danach auch ohne Pumpe weiterrinnt.

Dies geschieht umso schneller, je größer die Höhendifferenz zwischen Wasseroberfläche oben und Wasserspiegel unten (oder Auslassöffnung unten) und (nicht nur wegen des größeren Durchmessers, sondern auch, aufgrund des Gesetzes von Hagen-Poiseuille, wegen geringerer Reibung an der Wandung) je größer der Schlauch- oder Rohr-Radius ist:

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

Bemerkenswert ist die Abhängigkeit des Volumendurchflusses von der vierten Potenz des Radius des Rohres, so würde beispielsweise eine Verringerung des Rohrdurchmessers auf die Hälfte den Strömungswiderstand auf das 16fache erhöhen. Ein Feuerwehrsaugschlauch fördert beispielsweise mit einem Durchmesser von 10 cm bei einer Höhendifferenz von 1 Meter ca. 125 Kubikmeter Wasser pro Stunde. Bei einem kleineren Schlauch (ca. 1–5 mm) wird die errechnete Leistung wegen des Schlauchwiderstands nicht erreicht. Bei einem noch kleineren Schlauch (< 1 mm) ist die Kapillarwirkung stärker als der Druckunterschied aufgrund der Höhendifferenz.

Üblicherweise wird ein Schlauch wie ein „U“ gehalten, der Schlauch mit Wasser gefüllt und, ohne dass Luft in den Schlauch eindringt oder das eingefüllte Wasser ausläuft, zuerst der Schlauch unter den Wasserspiegel des „Oberwassers“ gehalten und dann der Ablaufschlauch unterhalb verlegt. Es ist auch möglich, einen Schlauch in die Flüssigkeit des zu entleerenden Behälters zu versenken, bis er vollständig gefüllt ist. Dann wird das Ende des Schlauches verschlossen (evtl. durch Abknicken), aus dem Behälter gezogen und außerhalb unter das Flüssigkeitsniveau geführt und dort geöffnet.

„Hamburger Heber“ für Abwasser mini|„Hamburger Heber“ für eine Abwasserleitung oberhalb einer Straße. Voraussetzung ist, dass die Leitung luftfrei ist. Die unterschiedlichen Pegelstände bewirken einen Abfluss. Die Schwelle im Ablauf rechts verhindert ein zu weites Absinken des Wasserstandes auf beiden Seiten, so bleiben beide Öffnungen immer in Wasser getaucht und es kann keine Luft eintreten.

Mittels eines sogenannten „Hamburger Hebers“ (erfunden in Hamburg)Ulf Helbig: Düker- und Heberleitungen. In: Rohrleitungen. Springer, Berlin / Heidelberg 2015; doi:10.1007/978-3-642-45027-3_25-1 (PDF) kann feststoffreiches Abwasser statt über einen Düker unterhalb einer Straße über eine Heberleitung oberhalb fließen. Sich absetzende Feststoffe verstopfen die Leitung weniger als bei einem Düker.

Dekantieren (in der Verfahrenstechnik) Das Heberprinzip lässt sich auch beim Abziehen (Dekantieren) von Wein aus einem Gärballon oder zum Abziehen des Überstandes nach einem Sedimentationsprozess anwenden.

mini|Handpumpe mit Saugvorrichtung mini|Saugheber mit Saugröhre, auch Giftheber genannt (Zeichnung von 1872)

Handpumpen Mit einer Handpumpe können Flüssigkeiten beispielsweise aus Fässern abgepumpt werden, wenn die Auslassöffnung tiefer als die Einlassöffnung liegt. Zum Füllen des eintauchenden Schlauchs oder eines Rohres, an dessen Ende ein Schlauch befestigt ist, werden verschiedene Methoden angewandt: Ansaugen notfalls durch Saugen mit dem Mund (am Ende des Schlauchs oder an einer zusätzlichen Rohröffnung – „T-Stück“), ansaugen mit einem Saugball durch Einstoßen des Rohres in die Flüssigkeit, wobei eine im Rohr befindliche Rückschlagklappe das Zurückfließen verhindert, durch Ziehen eines Schwammes oder Balles an einer Schnur oder eines Kolbens an einer Stange durch das Rohr durch Einblasen von Atemluft mithilfe eines zweiten Schlauches in das Gefäß (Prinzip wie bei einer gläsernen Spritzflasche) um einen Überdruck zu erzeugen. Die Öffnung des Gefäßes wird mit einem Lappen notdürftig luftdicht verschlossen.

Ablaufsiphon mini|Überlauf eines Pythagoreischen Bechers

Ein Ablaufsiphon (englisch siphon pump) ist ein hydraulisches Bauteil, das unter Ausnutzung des Heberprinzips einen (Wasser-)Behälter in Intervallen in einem Schwall automatisch und ohne nötige Überwachung entleert. Dazu muss das Wasser in einem nach unten gebogenen Rohr oder in einer Glocke, die auf ein Wasserstandsrohr aufgestülpt ist, überlaufen.

Die Erfindung des Ablaufsiphons wird dem griechischen Philosophen Pythagoras von Samos (um 570 – 510 v. Chr.) zugeschrieben, der das Prinzip im Pythagoreischen Becher angewandt haben soll.