AT155363B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Erdbohrlöchern mit gerichteter Bohrlochachse. - Google Patents

Description

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  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Erdbohrlöchern mit gerichteter   Bohrloehaehse.   



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gerichteter Erdbohrlöcher und eine Vor- richtung zur Ausführung des Verfahrens. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bohr- löchern mit wechselnder Achsrichtung sind bekannt. So sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um Erdbohrlöcher, die z. B. mit annähernd lotrechter Achse begonnen wurden, mit einei schief ver- laufenden Achse fortzusetzen. Ein solcher Richtungswechsel kann bis zur Vollendung des Bohrloches mehrmals notwendig sein. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen beruhen im wesentlichen darauf,   dass in das Bohrloch Führungskeile in bestimmter Lage eingesetzt werden, durch die das rotierende  
Bohrwerkzeug in die gewünschte Richtung abgedrängt wird.

   Diese bekannten Verfahren und Vor- richtungen sind jedoch nicht nur   unverlässlieh,   sondern führen oft durch Verklemmungen und Fest- tahren des Bohrwerkzeuges zu   Brüchen   im Bohrloch, was zeitraubende und kostspielige Instrumen- tationsarbeiten zur Folge hat. 



   Die Erfindung zielt darauf ab, die Herstellung gerichteter   Bobrlöcher   zu ermöglichen, u.   zw.   erfindungsgemäss dadurch, dass je nach Erfordernis zeitweise an der Sohle des Bohrloches ein Hilfs- bohrloch kleineren Durchmessers niedergebracht bzw. gebohrt wird, dessen Mittelpunkt in einer be- stimmten Richtung exzentrisch zum Mittelpunkt des Hauptbohrloches liegt, wobei dieses Hilfsbohrloch bei der Fortsetzung der Bohrung mit dem Hauptwerkzeug zur Führung bzw. Ablenkung des Haupt- werkzeuges dient. Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung braucht man das Hilfsbohrloch aber nur so tief zu bohlen, dass das Bohrwerkzeug in der neuen Richtung eine genügend lange Führung erhält. 



   Dadurch, dass man absatzweise ein Hilfsbohrloch auf der richtigen Seite der Sohle des Hauptbohrloches anbringt, gelingt es, das Hauptbohrloch in der gewünschten Richtung zu bohren. 



   Gemäss der Erfindung wird für die Herstellung des Hilfsbohrloches ein nach dem Spülverfahren arbeitendes Hilfsbohrgerät verwendet, aus dem die   Spülflüssigkeit seitlich   austreten kann, u.   zw.   derart, dass durch den seitlichen Austritt der Spülflüssigkeit das Hilfsbohrgerät in der Richtung entgegen der Austrittsrichtung der   Spülflüssigkeit   zur Wand des   Hauptbohrloches   abgelenkt wird und dadurch das Hilfsbohrgerät im Hauptbohrloch nach der gewünschten Seite eingestellt wird. Es wird also gemäss der Erfindung der Rückdruck der austretenden   Spülflüssigkeit   selbst ausgenützt, um das Hilfsbohrwerkzeug an seine Arbeitsstelle zu bringen. 



   Um die richtige Einstellung des Hilfsgerätes im Hauptbohrloch zu gewährleisten, wird gemäss der Erfindung vor Beginn der Bohrarbeit mit dem   Hilfsbohrgerät   die Drebstellung, in der sich das   Hilfsbohrgerät   befindet bzw. die Richtung, nach der die seitliche   Ausflussöffnung   des   Hilfsbohrgerätes   für die Spülflüssigkeit zeigt, festgestellt, u. zw. derart, dass das Hilfsbohrgerät in die Himmelsrichtung des Hauptbohrloches eingestellt wird. Diese Einstellung erfolgt gemäss der Erfindung durch die Spülflüssigkeit, u. zw. in der Weise, dass das Hilfsbohrgerät durch Verdrehung in eine solche Lage gebracht wird, in der der Spülstrom unterbrochen wird.

   Die Erreichung dieser bestimmten Drehstellung des Hilfsbohrgerätes wird hiebei aus der durch die Unterbrechung des Ausflusses der   Spülflüssigkeit   bewirkten Erhöhung des Spüldruckes kenntlich. Es ist nun leicht das Hilfsbohrgerät in die Drehstellung zu bringen, in der der   Rückdruck   der austretenden Spülflüssigkeit das Hilfsbohrgerät nach der   gewünschten   Seite des Hauptbohrloches einstellt. Die Erfindung bietet sonach ein Mittel, die Richtung der Hauptbohrlochachse absatzweise beliebig zu ändern. Hat man z.

   B. bereits festgestellt, dass das Bohrloch von oben nach unten gesehen von der Lotrechten nach Norden abweicht, so ermöglicht die Erfindung genau festzustellen, nach welcher Himmelsrichtung die seitliche Ausströmöffnung des Hilfsbohrgerätes 

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 für die Spülflüssigkeit steht, worauf durch einfaches Verdrehen des   Hilfsgerätes   bzw. des Bohrtisches, das Hilfsbohrgerät in die gewünschte Drehstellung gebracht werden kann. 



   Zur Durchführung des   erfindungsgemässen   Verfahrens kann eine Vorrichtung dienen, die im wesentlichen aus einem   im Hilfsbohrgerät z.   B. mittels eines Kolbens in   der Höhenrichtung verschiebbar   angeordneten, frei schwingbaren Pendel besteht, das in einer bestimmten Stellung mit einer Absperr-   vorrichtung (Ventil od. dgl. ) für den Spülstrom zusammenwirkt, u. zw. derart, dass die Absperrvorrichtung   den Spülstrom unterbricht, wenn das Gerät in einer bestimmten Drehstellung hängt, während das Pendel in jeder andern Stellung des Gerätes die Absperrvorrichtung nicht beeinflusst. 



   An Hand der Fig. 1 und 2 soll der Vorgang bei der Herstellung eines schiefen, gerichteten Bohrloches nach dem erfindungsgemässen Verfahren erläutert werden. 1 bezeichnet das Bohrloch, von dem ausgegangen wird. In der Sohle desselben, u. zw. exzentrisch zum Mittelpunkt, wird ein Hilfsbohrloch 2 in einer bestimmten Richtung mit der weiter unten beschriebenen Vorrichtung niedergebracht. Wird nun, nachdem die Hilfsvorrichtung aus dem Bohrloch gezogen wurde, die Bohrung mit dem Hauptwerkzeug 3 fortgesetzt, so folgt dieses dem geringsten Widerstand, d. h. es wird entlang der Achse des Hilfsbohrloehes 2 abgelenkt. Dabei braucht dieses letztere nur so tief zu sein, dass das Bohrwerkzeug 3 in der neuen Richtung eine genügend lange Führung erhält. 



   In den Fig. 3,4 und 5 ist eine Vorrichtung zur   Durchführung   des   erfindungsgemässen   Verfahrens in einer beispielsweisen Ausführungsform veranschaulicht. 



   Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung besteht das Gehäuse des Bohrgerätes zur Herstellung der Hilfsbohrung aus einem Rohrstück   4,   einem oberen   Anschlussstück   5, in das ein normales Drehbohrgestänge einschraubbar ist, und einem unteren   Anschlussstück   6, in das das Bohrwerkzeug 7 in bekannter Weise einsehraubbar ist. In das Rohrstück 4 ist von oben ein Zylinder 8 eingesetzt, der durch einen aufgesehraubten Winkelring 9 getragen wird. Im Zylinder ist ein Kolben 10 geführt, der auf einer Kolbenstange 11 der Höhe nach verstellbar ist. Dieser Kolben ist aus elastischem Material, z. B. aus Gummi   od.   dgl., hergestellt und an seinem Umfang zugeschärft, damit nicht Verunreinigungen (z. B.

   Sand) an der   Gleitfläche,   die im vorliegenden Fall theoretisch eine Linie ist, haften bleiben, was die leichte Verschiebbarkeit des Kolbens behindern würde. An der Kolbenstange 11 sind zwei Führung-   stücke   12 und 13 (Fig. 4) angebracht, die aus dünnen   Blechflügeln bestehen.   Die Flügel sind an den Enden abgerundet, so dass sie die Zylinderfläche nur in Punkten berühren. Verklemmungen durch Verunreinigungen können daher nicht auftreten. 



   Zwischen den Führungen 12, 13 ist eine Sehraubenfeder 14 angeordnet, die unten durch einen Ring 15 am Zylinder 8 abgestützt wird und oben durch einen Federteller 16 und das   Führungsstück. M   die Kolbenstange mit dem Kolben hochziehen kann. Eine am oberen Ende der Kolbenstange angebrachte Mutter 17 begrenzt den Hub des Kolbens nach unten durch Anschlag an den Winkelring 9. 



  Am unteren Ende der Kolbenstange ist ein Pendel 18 aufgehängt. Die Aufhängung erfolgt mittels   eines durch Klemmen 19 und 20 festgehaltenen Fadens 21 (dünnem Draht, Darmseite od. dgl. ). Die   
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 ist unten mit einer Spitze 23 ausgestattet und mit einem Gewicht 22 belastet, das auch den Ausschlag des Pendels durch Anlegen an die Rohrwand des Gerätes begrenzt. 



   Im unteren   Anschlussstück 6   ist ein Zwischenboden   24   eingesetzt, der z. B. durch eine Schraube 25   od.   dgl. gegen Verdrehung gesichert ist, wobei dieser Zwischenboden 24 verdrehbar bezw. einstellbar ist. Exzentrisch zur Mittelachse des Gerätes ist im Zwischenboden   24   eine   Büchse   26 eingepresst. Die   Büchse   bildet den Ventilsitz für ein Kugelventil od. dgl. 27, das durch zwei Federn 28 vom Sitz abgehoben und in einer bestimmten Höhe gehalten wird (Fig. 5). In das Kugelventil 27, das z. B. aus Leichtmetall hergestellt ist, ist an der höchsten Stelle eine Pfanne 29 eingearbeitet, in die die Pendelspitze 23 der Pendelstange 18 einspielen kann, wobei durch die Pfanne ein Abgleiten des Pendels verhindert wird. 



  Die Federn 28 werden durch eine Klemmplatte 31 mittels einer Schraube 32 festgehalten. Sie können zwecks Einstellung des Abstandes a der Pfanne von der Mittelstellung der'Pendelachse verschoben werden. Die Federn sind in Flanschen 33 befestigt, z. B. eingelötet. Das Kugelventil kann um die Achse dieser Flanschen in geringen Grenzen verdreht und dann festgelegt, z. B. mittels Schrauben 34 festgsehraubt werden, d. h. es kann der Neigungswinkel der Pfanne eingestellt werden und auch der Abstand a der Pfanne von der Mittelstellung der Pendelachse verändert werden. Durch Veränderung des Abstandes a kann die Empfindlichkeit der Vorrichtung verändert werden, u.   zw.   derart, dass z.

   B. bei einer Verkleinerung des Abstandes   a   bereits ein kleiner Ausschlag des Pendels genügt, um die Pendelspitze 23 zum Eingriff in die Pfanne 29 zu bringen. 



   Die   Büchse   26 bildet gleichzeitig auch den Ventilsitz für ein kugelförmiges Rückschlagventil   3, 5,   z. B. aus Leichtmetall, das durch eine Feder 36 ständig auf den Sitz gepresst wird. Das Rückschlagventil soll verhindern, dass beim Einlassen des Gerätes in das Bohrloch Unreinigkeiten in den Pendelraum gelangen können. Der Zwischenboden 24 kann mit dem   Absperr- und Rückschlagventil   als Ganzes aus dem Gerät herausgenommen werden. 



   Das Bohrwerkzeug 7 ist z. B. als konischer Fräser ausgebildet und besitzt eine Längsbohrung 38, von der ein seitlicher Ausflusskanal 39 abzweigt. Dieser ist gemäss der Zeichnung auf derselben Seite der Vorrichtung angeordnet wie die   Durehflussöffnung   in der Büchse 26. 

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   Der Vorgang beim Bohren mit diesem'Apparat und seine Wirkungsweise ist wie folgt :
Es ist bekannt, dass beim Drehbohrverfahren die Bohrlochachse infolge Ungleichartigkeit und verschiedener Lage der durchbohrten Schichten niemals genau lotrecht, sondern mehr oder weniger schief verläuft. Ist nun ein Bohrloch (z. B. in den Fig. 1 und 2 das Bohrloch 1 in der Richtung B) niedergebracht worden und soll in einer bestimmten Himmelsrichtung (z. B. in der   Richtung-4, Fig.   2) weitergebohrt werden, so ist zunächst die Richtung B des Bohrloches 1 festzustellen. Dies geschieht auf bekannte Weise mit Hilfe von Neigungsmessern. Ist das Bohrloch auf diese Weise orientiert, so wird es zunächst gereinigt und dann wird das Hilfsbohrgerät (Fig. 3) an einem Gestänge bis in die Nähe der Bohrlochsohle eingelassen. Hierauf wird mit der Spülung begonnen.

   Durch die Spülflüssigkeit wird der Kolben 10 nach unten gedrückt und der Kolben 10 tritt, vorausgesetzt, dass die Spitze 23 des Pendels nicht in die Pfanne 29 eingreift, aus dem Zylinder 8 aus (Stellung   1I,   Fig. 3), so dass die Durchflussquerschnitte für die Spülflüssigkeit frei sind. Das Hilfsbohrgerät befindet sich jetzt in einer Drehstellung, die nicht festgestellt werden kann. Nun wird die Spülung unterbrochen. Die Feder 14 zieht den Kolben 10 in den Zylinder 8 und das Pendel 18 gelangt in die Ausgangsstellung (Stellung 1)   zurück.   



  Hierauf wird die Vorrichtung durch Verdrehen des Gestänges um einen Winkel in eine andere Lage gebracht und die Spülung wieder angestellt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Gerät in jene bestimmte Drehstellung kommt, bei der die Pendelspitze 23 in die Pfanne 29 des Ventils 27 einspielt und dasselbe bei Einschaltung der   Spülung schliesst.   Da durch das Schliessen des Ventils 27 der Spülstrom unterbrochen wird, steigt der Spüldruck plötzlich an und der Bedienungsmann erkennt sofort, dass das Gerät jetzt in derjenigen Drehstellung (B) ist, in der   Himmelsrichtung   des Hauptbohrloches. Diese Stellung wird nun am Gestänge oder am Drehtisch durch eine Marke gekennzeichnet. 



   Soll in einer andern Richtung weitergebohrt werden, so wird das Gestänge mit dem Geräte so weit gedreht, bis die Marke bzw. die seitliche Öffnung für das Spülwasser in die   gewünschte   Richtung. A kommt. Dann wird Spüldruck gegeben, wobei das durch die seitliche Austrittsöffnung 39 austretende Spülwasser die Vorrichtung nach der gewünschten Seite an die Wand des Bohrloches abdrängt, dann wird das Gestänge nachgelassen, so dass sich der Bohrer des Hilfsgerätes an der gewünschten Seite der Bohrlochwand auf die Sohle aufsetzt, sieh etwas eindrückt und sich so einen Haltepunkt für die nachfolgende Rotation schafft.

   Es wird nun exzentrisch zur Hauptbohrlochachse eine gewisse Strecke abgebohrt, u. zw. anfangs ohne Spülung, bis das Gerät die nötige Führung hat, damit durch den seitlichen Spülwasseraustritt das rotierende Gerät nicht in eine falsche Richtung abgelenkt wird. Hierauf wird das Gerät aus dem Bohrloeh gezogen und das   Hauptwerkzeug-z. B.   ein Spitzmeissel 3 (Fig.   l)-   eingelassen und dann in normaler Weise weitergebohrt. Das Werkzeug sucht sich dabei den Weg des geringsten Widerstandes, d. h. es gleitet in das vorgebohrte Hilfsloch ab und wird dadurch in der gewünschen Richtung abgelenkt. Auf diese Weise kann die Richtung des Bohrloches z. B. absatzweise geändert werden. 



   Der Zwisehenboden   24   kann so verdrehbar angeordnet sein, dass die   Durchflussöffnung   26 relativ zur seitlichen Austrittsöffnung   39   des Spülwassers eingestellt werden kann, um dadurch die Wirkung des   Spülwasserstromes   zu ändern. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Erdbohrlöchern mit gerichteter Bohrlochachse, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sohle des Bohrloches ein Hilfsbohrloeh niedergebracht wird, dessen Mittelpunkt in einer bestimmten Richtung exzentrisch zum Mittelpunkt des   Hauptbohrloches   liegt, wobei dieses   Hilfsbohrloeh   bei der Fortsetzung der Bohrung mit dem Hauptbohrwerkzeug zur Ablenkung und Führung des Hauptbohrwerkzeuges dient.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Hilfsbohrloches ein nach dem Spülverfahren arbeitendes Hilfsbohrgerät dient, aus dem die Spülflüssigkeit seitlich austreten kann, u. zw. derart, dass durch den seitlichen Austritt der Spülflüssigkeit das Hilfsbohrgerät in der Richtung entgegen der Austrittsrichtung der Spülflüssigkeit zur Wand des Hauptbohrloches abgelenkt und dadurch das Hilfsbohrgerät im Hauptbohrloeh nach der gewünschten Seite eingestellt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülflüssigkeit ihren Weg durch das Bohrloch über das Hilfsbohrgerät nimmt, wobei aber dieser Weg bei einer bestimmten Ausflussrichtung der Spülflüssigkeit unterbrochen wird, während bei allen andern Ausflussrichtungen der Ausfluss frei erfolgen kann und die'Einstellung des Hilfsbohrgerätes in die Stellung, in der der Ausfluss unterbrochen wird, durch Verdrehen des Hilfsbohrgerätes im Hauptbohrloche erreicht wird und dadurch die Stellung des Hilfsbohrgerätes im Hauptbohrloch für die Bedienungsperson festgelegt und von oben aus die Einstellung des Hilfsbohrgerätes in die verlangte Bohrrichtung ermöglicht wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsbohrloeh mit einem kleineren Durchmesser als das Hauptbohrloch und nur bis zu einer solchen Tiefe hergestellt wird, dass das Bohrwerkzeug des Hauptbohrgerätes eine genügend lange Führung erhält.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn- EMI3.1 <Desc/Clms Page number 4> Stellung mit einer Ahsperrvorrichtung (Ventil od : dgl.) für den Spülstrom zusammenwirkt, u. zw. derart, dass die Absperrvorrichtung den Spülstrom unterbricht, wenn das Gerät in einer bestimmten Drehstellung im Vergleich zur Neigungsrichtung der Hauptbohrlochachse hängt, während das Pendel in jeder andern Stellung des Gerätes die Absperrvorrichtung nicht beeinflusst.

   6. Vorliehtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein nach dem Spülverfahren arbeitendes Hilfsbohrgerät, das mit einer seitlichen Austrittsöffnung für die Spülflüssigkeit ausgebildet ist. u. zw. derart, dass das Hilfsbohrgerät durch den Rückdruck. der seitlich austretenden Spülflüssigkeit abgelenkt und an die Wand des Hauptbohrloehes angedrückt wird.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (18, 22) mit einem Ventil (27) od. dgl. (z. B. einem Kugelventil) zusammenwirkt, dessen Sitz von einer zweckmässig in einem Zwisehenboden, exzentrisch zur Achse des Gerätes gelagerten Büchse (26) od. dgl. gebildet ist, die im Wege des Spiilstromes liegt.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel bei der Erreichung einer bestimmten Drehstellung des Hilfsbohrgerätes in eine Vertiefung (29) (Pfanne od. dgl. ) der Absperrvorrichtung (Ventil od. dgl. ) eingreift, die das Abgleiten des Pendels verhindert.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (18, 22) in der Höhenrichtung verschiebbar gelagert ist und durch den Spülstrom abwärts gedrückt wird, und dass zweckmässig das Pendel an einer Kolbenstange (11) eines Kolbens hängt, der in einem im Wege des Spülstroms liegenden Zylinder (8) geführt ist.

   10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel in der angehobenen Stellung seine Schwingbewegungen ausführen kann und bei der Einschaltung der Spülung durch den Spüldruck gesenkt wird, wobei es bei einer bestimmten Drehstellung des Hilfsbohrgerätes mit der Absperrvorrichtung zusammenwirkt und bei seiner Senkbewegung das Absperrorgan schliesst.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen der Mittelstellung des Pendels und der mit dem Pendel zusammenwirkenden Pfanne od. dgl. einstellbar ist, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu verändern, und dass zweckmässig die Absperrvorrichtung (Kugelventil od. dgl.) in der Richtung der Pfanne verstellbar ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil um eine horizontale Achse einstellbar ist.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der mit dem Pendel zusammenwirkenden Absperrvorrichtung bzw. der Durchflussöffnung in der Zwischenwand in bezug auf die seitliche Auslassöffnung im Bohrwerkzeug einstellbar ist.

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Wege des Spülstromes ein Rückschlagventil angeordnet ist, zweckmässig die den Sitz für die Absperrvorrichtung (Ventil od. dgl.) bildende Büchse (26) mit einem Rückschlagventil (35) zusammenwirkt, das ein Eindringen der Spülflüssigkeit aus dem Bohrloch in das Hilfsbohrgerät verhindert.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) unter dem Einfluss einer Feder (14) steht, die entgegen der Richtung des Spülstromes wirkt und das Pendel nach dem Aufhören des Spülstromes in die Ausgangslage zurückführen kann.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) auf der Kolbenstange verstellbar angeordnet ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die das Pendel tragende Kolbenstange im Zylinder mit Führungsorganen (12, J) geführt ist, die nur in Punktberührung mit dem Zylinder stehen.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel mittels eines Fadens einer Darmseite, eines dünnen Drahtes (21) od. dgl. aufgehängt ist und dass die Druckübertragung auf das Pendel durch zugespitzte Druckstücke (19, 20) erfolgt.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel mit einem Gewicht belastet ist, das den Ausschlag des Pendels durch Anlegen an die Rohrwand des Gerätes begrenzt.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) am Umfang schneidenförmig ausgebildet ist.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben aus einem elastischen Materiale hergestellt ist.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil ein federbelastetes Kugelventil ist.