Pumpeneinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung, die sich besonders zur Förderung von Wasser für Bewässerungs zwecke aus tiefen Brunnen oder Bohrlöchern eignet, aber nicht auf dieses Anwendungs gebiet beschränkt ist.
Grosse Teile von Wüsten und trockenen Ländern weisen infolge langjähriger An häufung vermoderter Stoffe pflanzlichen oder tierischen Ursprunges, die durch Mangel an Regen nicht weggespült worden sind, ausserordentlich gute Bodenbeschaffenheit auf. Infolge der Spärlichkeit der Regen sind diese Böden verhältnismässig unwirtlich, so dass dort nur Kakteen und ähnliches wach sen Gelände in der Nähe von Oberflächen strömen wurden mit sehr gutem Ergebnis bewässert, aber die Wasserzufuhr zu ent fernteren regenarmen Gegenden erwies sich bisher als zu kostbar.
Indessen gibt es auch in Wüsten enorme Mengen von Grundwasser, das sich für Be wässerungszwecke eignet, aber erst in Tiefen von 100-1000 Metern zu finden ist. Bisher konnte dieses Grundwasser nicht in nennens- wertem Masse für Bewässerung verwendet werden infolge der grossen Kosten für den Einbau und Betrieb geeigneter Pumpenein richtungen, um das Grundwasser an die Erd- oberfläche zu fördern.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Pumpeneinrichtung, welche sich unter anderem zur Förderung von Grundwasser aus tiefen Brunnen oder Bohrlöchern eignet und ausserdem einfach und betriebssicher sowie billig herzustellen und einzubauen ist.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind als Beispiele verschiedene Ausführungsfor men des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längs schnitt durch einen Brunnen oder ein Bohr loch mit darin angeordneter Pumpeneinrich tung gemäss vorliegender Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltschema.
Fig. 3 zeigt in grösserem Massstab einen Längsschnitt durch eine Einzelpumpe in der Anlage nach Fig. 1.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen Längsschnitte durch andere Ausführungsformen der Pumpe. Die Pumpeneinrichtung nach Fig. 1 kann sowohl für untiefe. als auch für tiefe Brun nen 10 verwendet werden und besteht aus einem Rohr 11, welches gleichzeitig als Brunnenfutter dient und worin je nach der Tiefe des Brunnens: eine oder mehrere Pum peneinheiten 12 angeordnet sind.
Bai den Ausführungformen nach Fig. 3 und 4 ist jede Pumpeneinheit mit einer steifen Membran 15 bezw. 15a aus Metall oder anderem geeigneten Material versehen. Die Membran ist zwischen zwei Ringen 16, 17 aus Gummi oder ähnlichem elastischem Stoff eingespannt.
Diese Gummiringe wer den ihrerseits durch zwei andere Ringe 18, 19a (Fig. 4) oder durch einen Ring 18 und eine durchlöcherte Wand 19 (Fig. 3) im Rohr 11 festgehalten. Die Ringe 18, 19t bezw. die Wand 19 sind im Rohr 11 durch Schrauben 20 befestigt. Infolge der Ringe 16, 17 kann die steife Membran als Ganzes in der Längsichtung des Rohres 11 schwin gen. Wird die Membran 15, 15a aus bieg barem Material hergestellt, so kann sie auch zwischen Ringen aus steifem Material einge spannt sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist die Membran 15 Ventilöffnungen 23 auf, in denen sich nach oben öffnende Sperr ventile 24 angeordnet sind. In der Mitte der Membran ist eine nach unten ragende Stange 25 befestigt, die am untern Ende einen becherförmigen Anker 30 aus magnetischem Material trägt. Der Anker ist von einem oder mehreren schrauben- oder ringförmig ange ordneten Leitern 32 umgeben und weist in seiner obern Wand Durchlassöffnungen 31 auf.
In der Querwand 19 zwischen der Mem bran 15 und dem Anker 30 sind Bohrungen 33 vorgesehen, die sich im wesentlichen zwi schen den Durchlassöffnungen 31 im Anker und den Ventilöffnungen 23 erstrecken.
Zur Betätigung des Ankers 31 ist im Rohr 11 ein Elektromagnet 34 vorgesehen. Dieser weist einen zentralen gern auf, der einen innern, in den Hohlraum des becher förmigen Ankers 30 hineinragenden Magnet pol 35 bildet und mit einer axialen Bohrung 36 versehen ist. Der untere Teil des Magnetes erweitert sich nach den Seiten zu einem Joch 37, das am Rand mit einem nach oben ragenden, rohrförmigen, im Rohr 11 befe stigten Magnetpol 38 ausgebildet ist. Ein ringförmiger Polschuh 39 ist am obern Ende des Magnetpols 38 angeordnet und liegt gegen die Innenseite des Rohres 11 an. Eine Spule 40 umgibt den innern Magnetpol 35.
Die axiale Bohrung 36 im innern Magnet pol 35 erweitert sich unten zu einem Hohl raum 42, der durch eine auf der Unterseite des Magnetes befestigte Platte 43 abgedeckt ist. Diese Platte hat eine zentrale Öffnung 44. Um diese Öffnung 44 herum ist die Platte 43 auf der Oberseite als Ventilsitz 44' aus gebildet und wirkt mit einem Sperrventil 45 zusammen, welches durch eine Feder 45' in geschlossener Lage gehalten wird und Wasserströmung nur in der Richtung nach oben durch die Öffnung 44 zulässt.
Am untern Ende gleich unter der unter sten Pumpeneinheit 12 ist das Rohr 11 mit einem schalenförmigen Endstück 46 (Fug. 1) versehen. Dieses Endstück Ist durchlöchert wie bei 47 und 48 angedeutet und bildet eine Einlasskammer, die mit der durch das Ventil 45 geregelten Einlassöffnung 44 zu der untersten Pumpeneinheit in Verbindung steht.
Durch die Membran 15 bezw. 15a, die Ringe 16, 17, 18, die Querwände 19, die Polschuhe 39, die Magnetpole 38 sowie auch durch die Querwände 43 sind mit dem Rohr 11 parallele Bohrungen 50, 51 aufgenommen. Diese Bohrungen stehen mit Zweigkanälen 52 in Verbindung, welche in die die Magnet spulen 40 enthaltenden Räume münden.
Futter 53 aus Isoliermaterial sind in den Bohrungen 50, 51 und Zweigkanälen 52 an geordnet und umgeben isolierte Leitungen 54, 55, welche sich in wasserdichter Einkap s,elung vom obern Ende des Rohres 11 bis zu der untersten Pumpeneinheit 12 erstrecken und durch Zweigleitungen an die Magnet spulen 40 der verschiedenen Pumpeneinheiten angeschlossen sind.
Zwecks Zuführung von pulsierendem Strom zu den Elektromagneten 34 ist ein Kondensator 60 (Fug. 2) vorgesehen, der von einer Gleichstromquelle 61 aufgeladen wird und sich durch die Magnetspulen 40 ent- ladet. Die Entladung erfolgt über eine in der einen Leitung, 54 eingeschalteten Queck- silberentladungsröhre 56, die mittels einer mit der Stromquelle verbundenen Steuervor richtung 57 für periodische Ionisierung des Inhaltes der Röhre 56 geregelt wird,
so dass äusserst kurze Stromstösse durch die Röhre fliessen. Eine Frequenz von 60 Perioden pro Sekunde ist zufriedenstellend, und Frequen zen von 25-200 Perioden pro Sekunde sind verwendbar. Wenn die Pumpenbelastung verhältnismässig gering ist; können die Lei tungen 54, 55 auch unmittelbar an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden. Der pulsierende Strom oder der Wechsel strom induziert einen Strom in dem den Anker 30 umgebenden Leiter 32, so dass der Anker und der Magnet einander intermittie rend anziehen und die Membran daher in der Richtung gegen den Magnet 34 gezogen wird.
Wenn der Anker und die Membran sich nach oben bewegen, wird eine Saugwir kung ausgeübt, so dass das untere Sperrventil 45 sich öffnet und Wasser durch die Boh rung 36 im Magnetpol 35 gesaugt wird. Wenn der Anker und die Membran sich an schliessend nach unten bewegen, drückt die Membran auf das aufwärts strömende Was ser. Hierbei öffnen sich die obern Sperrventile 24 und schliesst sich das untere Sperrventil 45, und das Wasser wird mit durch den Membrandruck erhöhter kinetischer Energie dazu gebracht, durch die Öffnungen 31 und 33 sowie durch die Ventilöffnungen 23 her auszuströmen.
Der Verlauf wiederholt sich dann in den obern Pumpeneinheiten, so dass das Wasser schliesslich am obern Ende des Rohres 11 ausströmt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Membran, der Magnet und das Ven til 45 ähnlich wie in Fig. 3 angeordnet, aber die Membran 15a hat eine grosse zentrale Ventilöffnung 23a, durch welche sich die den becherförmigen Anker 30a tragende Stange 25a erstreckt. Diese Stange 25a hat einen schmäleren untern Endteil 26. Zwi schen diesem und dem stärkeren. obern Teil wird ein ringförmiger Absatz 27 gebildet. An der Stange 25a ist unterhalb der Mem bran 15a ein Tellerventil 24a einstellbar be festigt, welches gross genug ist, um die Ven tilöffnung 23a abzudecken. Oberhalb der Membran 15a trägt die Stange 25 eine mit Löchern 28 versehene Seheibe 75, deren Durchmesser grösser ist als die lichte Weite der Ventilöffnung 23a.
Der Abstand zwi schen der Scheibe 75 und dem Tellerventil 24a ist etwas grösser als die Stärke der Membran, so dass, wenn die Stange 25a nach unten bewegt wird, die Ventilöffnung 23a durch das Tellerventil freigelegt wird und Wasser durch die Ventilöffnung und die Öffnungen 28 in der Scheibe 75 nach oben strömen kann. Bei weiterer Abwärtsbewe gung der Stange 25a wird die Membran nach unten bewegt.
In der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht der am untern Ende der Stange 25a befestigte, becherförmige und mit Durchlass öffnungen 31 versehene Anker 30a aus magnetischem Material, aber ist nicht von einem Leiter ähnlich dem Leiter 32 (Fig. 3) umgeben.
Ein Tellerventil 65 ist dem schmäleren untern Endteil 26 der Stange 25a lose auf geschoben. Dieses Tellerventil ruht auf der Oberseite des innern Magnetpols 35 und schliesst dadurch die axiale Bohrung 36 ab. Eine dem schmäleren Teil 26 der Stange 25a umgebende Schraubenfeder 66 ist zwischen dem Absatz 27 und dem Tellerventil 65 an geordnet.
Der Magnetspule 40 wird Strom in der gleichen Weise wie gemäss Fig. 3 zugeführt, und die Wirkungsweise der Vorrichtung ist im grossen und ganzen dieselbe. Wenn der Anker sich nach oben. bewegt, schliesst das Tellerventil 24a die Ventilöffnung 23a, worauf die Membran 15a nach oben bewegt wird und Wasser durch den Kanal 36 und die Öffnungen 31 .einsaugt,
indem die Sperr- ventile 45 und 65 entgegen der Federwirkung geöffnet werden. Wenn sieh der Anker an schliessend nach unten bewegt, öffnet sich das Ventil 24a, während die Ventile 45 und 65 sich schliessen, so dass die Membran auf dass eingesaugte Wasser drückt, dessen Ge- schwindigkeit in der Richtung nach oben er höht und das Wasser durch die Ventilöff nung 23a in der Membran und die Öffnun gen 28 in der Scheibe 75 hindurchpresst.
Gemäss Fig. 5 weist das Rohr 11b Quer wände 19b und 43b auf, zwischen. denen eine Kammer 69 gebildet wird, die mit einem Zweigrohr 70 in Verbindung steht. Dieses Zweigrohr enthält eine Membran 15b. In den Querwänden 19b und 43b sind Ventilöff nungen 23b bezw. 44b mit Ventilen 24b bezw. 45b angeordnet, die sich nach aussen bezw. nach innen in die Kammer 69 öffnen. Ein.
Anker 30b im äussern Teil des Zweig rohres 70 ist durch eine Stange 25 mit der Membran 15b verbunden. Ein Elektromagnet 35b mit Spule 40b ist für die Betätigung des Ankers vorgesehen. Der Spule 40b wer den in geeigneter Weise von einer Strom quelle Stromstösse zugeführt. Bei Auswärts bewegung der Membran wird Wasser durch die Ventilöffnung 44b eingesaugt, während bei Einwärtsbewegung der Membran das Wasser durch die Ventilöffnung 23b hinaus gedrückt wird.
Gemäss Fig. 6 ist in einem Rohr llc nahe dem untern Ende zwischen Halteringen 18' und 19c eine Querwand 14c angeordnet, die eine grosse Anzahl über dem ganzen Querschnitt verteilter Öffnungen 23c auf weist, welche durch eine auf der Querwand ruhende Ventilscheibe 24c abgeschlossen werden können.
Etwas unterhalb der Querwand 14e hat das Rohr llc einen innern Flansch 18e. Gegen diesen Flansch liegt eine Membran 15e an, die durch ein, im untern Ende des Rohres 11c eingeschraubtes Rohrstück 20c festgehalten wird.
Kurze Einlassrohre 44c sind in der Sei tenwand der zwischen der Querwand 14c und der Membran 15c gebildeten Pumpen kammer 69c eingeschraubt. An ihren innern Enden sind diese Einlassrohre mit Klappen ventilen 45c versehen.
Eine nach unten ragende Stange 25 ist an der Membran 15c befestigt und trägt am untern Ende einen Anker in der Form einer Spule<B>32e,</B> die von einem Elektromagnet 34c betätigt wird. Der Elektromagnet weist ähn lich wie in Fig. 3 und 4 einen von. einer Wicklung 40 umgebenen innern Magnet pol 35e, der in die Spule 32c eingreift, und einen dem innern Magnetpol konzentrisch umgebenden äussern Pol 38c auf.
Das untere Ende des Rohrstückes 20c ist durch eine Querwand 43c abgeschlossen, die den Magnet 34c trägt. Diese Querwand wird von einem auf dem Rohr 20c geschraubten, spitzen Endstück 46c, 47c festgehalten, wel- ches als Keil beim Eintreibendes Rohres 11c in die Erde dienen kann.
Zur Betätigung des Elektromagnetes 34e kann dieselbe Vorrichtung verwendet werden wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Wenn die Mem bran 15e in schwingende Bewegung versetzt wird, wird Wasser durch die Einlassrohre 44c in die Kammer 69c eingesaugt und an schliessend durch die obern Ventilöffnungen 23c hinausgedrückt. Die Länge der Einla.ss- rohre 44c ist grösser als deren Durchmesser, so dass enge Kanäle- gebildet werden, in denen dass strömende Wasser grosse Ge schwindigkeit und kinetische Energie er reicht. Wenn. die Pumpe gemäss Fig. 6 gegen eine verhältnismässig kurze Wasser säule arbeiten soll, können die Ventile 45c gegebenenfalls entbehrt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführung beispiele be schränkt, sondern kann in verschiedener Weise modifiziert werden.
So isst es auch möglich, die Entladungs stromstösse beispielsweise der mit der Mem bran verbundenen Spule 32c (Fig. 6) zuzu führen.