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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aktivierung oder Reinigung
von Brunnen und ein entsprechendes Verfahren für den gleichen
Einsatzzweck.
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Bei
der Herstellung von Filtersträngen im Erdreich zur Förderung
von Grundwasser ist es nach Fertigstellung des Brunnenbauwerks erforderlich, aus
dem in einen Ringraum zwischen Filterraum und Bohrlochrand eingebrachten
Filterkies bzw. -rand Verschmutzungen und durch Suffosion austragbare Sandkörner
geringen Durchmessers herauszufördern. Der Austrag von
solchen Verschmutzungen bzw. Partikeln wird als Aktivierung bezeichnet.
Ziel der Aktivierung eines Brunnens ist es, im Filterringraum und
dem daran angrenzenden Erdreich einen möglichst großen
Porenraum zu erzeugen, damit der Strömungswiderstand für
das in den Brunnen eintretende Grundwasser möglichst klein
ist und die daraus resultierende Grundwasser-Druckhöhenabsenkung am
und im Brunnen möglichst gering ausfällt. Bei
der Aktivierung sollen auch aus den angrenzenden Erdstoffschichten
Schluff, Feinsand und andere kleine mineralische oder organische
Teilchen, die mit dem strömenden Grundwasser bei entsprechend
hoher Geschwindigkeit durch die Poren der Stützkorngerüste
transportiert werden können, in den Brunnen eingetragen
und somit abgepumpt werden.
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Die
Regenerierung von Brunnen umfasst alle Maßnahmen, die zur
Entfernung von während einer Brunnenbetriebszeit entstandenen
mineralischen und/oder organischen Ablagerungen aus dem Brunnenringraum
und dem angrenzenden Gebirge dienen. Die dafür eingesetzten
Verfahren folgen dem Prinzip der Trennung oder Ablösung
von Ablagerungen und Anhaftungen von dem Filtermaterial und dem
Stützkorngerüst des angrenzenden Gebirges und
dem Austrag dieser Partikel durch den Brunnenfilter. Für
die Trennung und Ablösung sind verschiedene Verfahren und
Vorrichtungen bekannt, die sich hydromechanischer, hydropneumatischer
und chemischer Wirkprinzipien bedienen.
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Zum
Austragen von abgelagerten und/oder gelösten Partikeln
aus dem Ringraum und dem daran angrenzenden Gebirge ist es erforderlich,
in dem zu reinigenden Bereich möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeiten
zu erzeugen. Bekannte Verfahren und dafür eingesetzte Vorrichtungen
reduzieren den zu behandelnden Brunnenfilter auf einen Arbeitsabschnitt,
indem in das Filterrohr eine an ihren Enden mit Dichtungen versehene
Arbeitskammer eingebracht wird. Im Stand der Technik ist eine solche
Arbeitskammer im
deutschen
Gebrauchsmuster 81 20 151 beschrieben, worin zwischen zwei
im Abstand voneinander und übereinander angeordneten Absperrkörpern
und einer Innenwandung des Filterrohrs eine so genannte Arbeitskammer
gebildet wird. Durch diese Arbeitskammer, deren Höhe bzw.
Länge zur Gesamtlänge des Filterrohrs vergleichsweise kurz
ist, wird ein etwa 5- bis 10-fach höherer Förderstrom
gepumpt als dies bei normalem Brunnenbetrieb über diesen
Teilabschnitt des Brunnenfilters der Fall ist. Wegen des so genannten
Durchlässigkeitskontrasts, wonach die Wasserdurchlässigkeit
in der Kiesschüttung im Filterringraum größer
ist als diejenige des angrenzenden Gebirges, wirkt sich der erhöhte
Förderstrom nur geringfügig auf die Strömungsgeschwindigkeit
im Ringraum und im daran angrenzenden Gebirge aus. Hinzu tritt,
dass stets der Ringraum über die gesamte Filterrohrlänge
radial aus dem anstehenden Gebirge angeströmt wird. Das
Grundwasser tritt in das Filterrohr ober- und unterhalb der Arbeitskammer
ein und strömt im Ringraum und insbesondere innerhalb des
Filterrohrs in Richtung der Arbeitskammer, wobei das in dem Filterrohr
strömende Grundwasser die Absperrkörper zum Eintreten
in die Arbeitskammer seitlich umströmt. Hierdurch wird
der Strömungsanteil des Brunnenwassers im Ringraumbereich
seitlich bzw. radial angrenzend zur Arbeitskammer herabgesetzt und
dessen Strömungsgeschwindigkeit vermindert, was sich nachteilig
auf die Reinigungsgüte auswirkt.
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Herkömmliche
Vorrichtungen, wie zum Beispiel nach der
DE 81 20 151 , unterliegen dem Nachteil,
dass auch bei einer beträchtlich erhöhten Förderrate
die Reinigungsleistung im Ringraum und insbesondere im daran angrenzenden
Gebirge nicht optimal ist.
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Entsprechend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Aktivierung oder Reinigung von Brunnen zu schaffen, wodurch
mit einfachen Mitteln der Partikelaustrag intensiviert und die dazu
notwendige Arbeitszeit verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch
1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 27 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aktivierung oder
Reinigung von Filterrohrbrunnen umfasst einen ersten und einen zweiten
Volumenkörper, die sich jeweils längs zur Brunnenlängsachse
erstrecken, mit ihrem Außendurchmesser im Wesentlichen an
den Innendurchmesser des Filterrohrs angepasst und an ihrer Außenumfangsfläche
zumindest radial bezüglich zur Brunnenlängsachse
flexibel ausgebildet sind, so dass eine Dichtwirkung zwischen den Außenumfangsflächen
der jeweiligen Volumenkörper und der Innenwandung des Filterrrohrs
erzielt wird. Zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper und
der Innenwandung des Filterrohrs ist ein Entnahmeraum gebildet,
der mit einer Pumpeinrichtung hydraulisch verbindbar ist und dessen
Höhe sich aus dem Abstand der beiden Volumenkörper
zueinander bestimmt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich gleichermaßen
zur Verwendung in vertikalen und horizontalen Filtersträngen
von Filterrohrbrunnen mit im Ringraum zwischen Filterrohr und Gebirge eingebauter
Filterkiesschüttung, als auch zur Verwendung in Brunnenbauwerken
ohne eingebaute Filterkiesschüttung. Beim Einführen
der Vorrichtung in das Filterrohr gelangt der zweite Volumenkörper
zuerst mit Brunnenwasser in Kontakt. Durch die beiden Volumenkörper
wird das Filterrohr des Brunnens beiderseits der Entnahmekammer
gegenüber dem Ringraum bzw. dem daran angrenzenden Gebirge
abgedichtet, nämlich in Längsrichtung des Brunnens.
Dies hat den Effekt, dass das Wasser in den Entnahmeraum verstärkt
radial durch den Ringraum hindurch bzw. vom angrenzenden Gebirge
einströmt, ergänzt durch Anteile des Brunnenwassers,
die in den Bereichen des Ringraums angrenzend zu den Volumenkörpern
axial bezüglich der Brunnenlängsachse in Richtung
der Entnahmekammer strömen und dann darin eintreten. Durch
die beiden Volumenkörper und die durch diese hervorgerufene
vergrößerte Strömungsgeschwindigkeit
radial zum Ringraum wird einerseits die Tiefenreinigung im Gebirge
und andererseits die Reinigung im Ringraum angrenzend zu den Volumenkörpern
verbessert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung lässt sich der
Abstand zwischen den Volumenkörpern einstellen, so dass
das Längenverhältnis zwischen der Höhe
des Entnahmeraums und der Längserstreckung der Volumenkörper
veränderlich ist. Je kleiner die Höhe des Entnahmeraums
in Bezug zu einer jeweiligen Längserstreckung der beiden
Volumenkörper ist, desto tiefer reicht die Reinigungswirkung
in das angrenzende Gebirge. Durch eine Verstellung der Höhe
des Entnahmeraums kann eine Anpassung an bestimmte Brunnengegebenheiten vorgenommen
werden, ohne dass dabei die Vorrichtung aus dem Filterrohr des Brunnens
herausgeführt werden muss. Der Abstand zwischen den beiden
Volumenkörpern kann beispielsweise über einen
in seiner Länge einstellbaren Teleskopstempel oder dergleichen
erzielt werden, mittels dessen die Volumenkörper an ihren
einander gegenüberliegenden Stirnseiten miteinander verbunden
sind.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können an den
Volumenkörpern angrenzend zum Entnahmeraum jeweils eine
erste bzw. zweite Absperrscheibe angeordnet sein, wobei die beiden
Absperrscheiben konzentrisch und im Wesentlichen parallel zueinander
beabstandet und mit ihrem Außendurchmesser im Wesentlichen
an den Innendurchmesser des Filterrrohrs angepasst sind. Die Absperrscheiben
verbessern die Dichtwirkung der Volumenkörper gegenüber
der Innenwandung des Filterrohrs und eine definierte Abgrenzung
der Volumenkörper hin zum Entnahmeraum.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung eine
mit der Pumpeinrichtung in Verbindung bringbare Förderleitung
aufweisen, die in Fluidverbindung mit dem Entnahmeraum steht. Die Förderleitung
kann den ersten Volumenkörper durchsetzen, so dass der
erste Volumenkörper die Förderleitung umschließt.
Zweckmäßigerweise ist die Förderleitung
ausreichend zug- und druckfest ausgeführt, so dass ein
Verschieben der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs betriebssicher
gewährleistet ist. Ein Ablösen der Volumenkörper
bei einem solchen Verschieben wird vorteilhaft dadurch vermieden, dass
sie an der ersten bzw. der zweiten Absperrscheibe befestigt sein
können, zum Beispiel mittels Verschweißen, Verschrauben
oder dergleichen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest einer der
beiden Volumenkörper verschieblich auf der Förderleitung
angebracht sein, so dass durch eine Verschiebung dieses Volumenkörpers
relativ zur Förderleitung längs zur Brunnenlängsachse
der Abstand zu dem jeweils anderen Volumenkörper und damit
die Höhe des Entnahmeraums verändert wird. Der
bezüglich der Förderleitung verschiebliche Volumenkörper
kann daran durch eine Arretiervorrichtung festgelegt werden, um eine
definierte und gleichbleibende Höhe des Entnahmeraums sicherzustellen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest einer der
beiden Volumenkörper aus einem flexiblen Material hergestellt
sein und durch ein Fluid gefüllt werden. Durch eine Erhöhung
des Fluiddrucks innerhalb des Volumenkörpers ist dessen
Außenumfangsfläche in Richtung der Innenwandung
des Filterrohrs beweglich, so dass sich die Außenumfangsfläche
gegen die Innenwandung des Filterrohrs presst. Hierdurch wird die
Außenumfangsfläche des Volumenkörpers
gegen die Innenwandung des Filterrohrs abgedichtet. Es versteht
sich, dass der Volumenkörper lediglich bei einem Fördern
von Brunnenwasser aus dem Entnahmeraum unter Druck gesetzt ist,
wobei zum Verschieben der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs
in eine neue Betriebsposition der Überdruck innerhalb des
Volumenkörpers abgebaut wird und dadurch die Aussenumfangsflächen
des Volumenkörpers ausser Kontakt von der Innenwandung
des Filterrohrs gelangen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Versorgungsleitung
im Wesentlichen parallel zur Förderleitung geführt
sein, welche Versorgungsleitung mit dem Innenraum des ersten bzw.
des zweiten Volumenkörpers in Fluidverbindung steht. Dies
ermöglicht ein Platz sparendes Einspeisen von Fluid hinein
in den Vo lumenkörper zur Erhöhung des Innendrucks,
wenn eine Abdichtung zwischen dem Volumenkörper und der
Innenwandung des Filterrohrs erforderlich ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Volumenkörper,
der beim Einführen der Vorrichtung in das Filterrohr zuerst
mit Brunnenwasser in Kontakt gelangt, aus dem flexiblen Material hergestellt.
An einem unteren Ende der Versorgungsleitung angrenzend zu einem
dem Entnahmeraum entgegengesetzten Rand des zweiten Volumenkörpers
kann ein Wegeventil vorgesehen sein. Beim ersten Einführen
der Vorrichtung in das Filterrohr kann das Wegeventil geöffnet
sein, so dass sich dabei der zweite Volumenkörper mit Brunnenwasser
füllt. Nach einem Schließen des Wegeventils wird
die erläuterte Druckerhöhung innerhalb des zweiten
Volumenkörpers allein durch eine vergleichsweise geringe
Wassermenge erzielt, die durch die Versorgungsleitung hinein in
den zweiten Volumenkörper gefördert wird. Zur
Gewährleistung dieser Druckerhöhung kann die Versorgungsleitung
mit einer Entlüftungsleitung gekoppelt sein. Bei einer
Brunnenausfahrt der Vorrichtung, d. h. bei einem Hochziehen der
Vorrichtung aus dem Filterrohr hinaus, wird das Wegeventil geöffnet, so
dass das Wasser aus dem zweiten Volumenkörper heraus in
den Brunnen abströmen kann. Dies hat den Vorteil, dass
das Gewicht der Vorrichtung bei der Brunnenausfahrt beträchtlich
vermindert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können beide
Volumenkörper aus dem flexiblen Material bestehen. Die
Versorgungsleitung kann dabei den ersten und den zweiten Volumenkörper
durchsetzen und innerhalb der jeweiligen Volumenkörper perforiert
ausgebildet sein, so dass durch die Perforierung die Fluidverbindung
zu dem Volumenkörper entsteht. Es versteht sich, dass die
Versorgungsleitung an den Verbindungsstellen zu den Stirnseiten der
Volumenkörper geeignet abgedichtet ist, so dass ein ungewolltes
Austreten von Fluid bei einer Druckerhöhung innerhalb der
Volumenkörper ausgeschlossen ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest einer der
beiden Volumenkörper aus einem starren zylindrischen Körper
bestehen, der mit seinem Außendurchmesser geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser des Filterrohrs ausgebildet ist.
An einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Körpers
kann eine flexible Schicht angeordnet sein. Zweckmäßigerweise
ist der Außendurchmesser dieser flexiblen Schicht geringfügig
größer als der Innendurchmesser des Filterrohrs
ausgebildet. Die flexible Schicht kann aus einem Schaumstoff, insbesondere einem
offenzelligen Schaumstoff oder einem Schaumgummi, hergestellt sein.
Die flexible Schicht passt sich beim Einführen der Vorrichtung
in das Filterrohr an den Innendurchmesser des Filterrohrs an und
saugt sich mit dem im Brunnen befindlichen Wasser voll. Hierdurch
wird eine ausreichende Dichtigkeit zwischen einer Außenumfangsfläche
des zylindrischen Körpers und Innenwandung des Filterrohrs
erzielt, um das Filterrohr in diesem Bereich abzudichten. Das Vorsehen
der flexiblen Schicht an der Außenumfangsfläche
des zylindrischen Körpers hat den Vorteil, dass alle Druckleitungen
zum Beispiel in Form der vorstehend genannten Versorgungsleitung nicht
erforderlich sind. Entsprechend ist eine gezielte Druckerhöhung
und -entlastung in den Volumenkörpern nicht erforderlich,
was den Betrieb der Vorrichtung erleichtert.
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Beide
Varianten der Volumenkörper, d. h. die aufpumpbare Ausführungsform
bestehend aus dem flexiblen Material, als auch die Ausführungsform
als starrer Zylinderkörper mit der flexiblen Schicht aus Schaumstoff,
Schaumgummi oder dergleichen an der Aussenumfangsfläche
eignen sich zur Verwendung bei so genannten Wickeldrahtfiltern,
wobei die charakteristische Reliefstruktur der Filterrohr-Innenwand durch
die Volumenkörper gegen eine Wasserströmung zwischen
den Filterdrahtstäben geeignet abgedichtet wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann bei der Variante
des Volumenkörpers mit der flexiblen Schicht an der Außenumfangsfläche
des zylindrischen Körpers diese flexible Schicht ausgetauscht
werden, wenn durch ein häufiges Verschieben der Vorrichtung
entlang der Brunnenlängsachse die Zellstruktur dieser Schicht
angegriffen bzw. beschädigt ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die beiden
Volumenkörper einstückig aus einem ringförmigen
Zylinder gebildet sein, dessen Aussenwandung zumindest im Bereich
des Entnahmeraums perforiert ausgebildet ist. Somit bilden die beiden
Volumenkörper jeweils den oberen und unteren Teil der Vorrichtung.
Ein unterer Teil der Vorrichtung, d. h. der zweite Volumenkörper
ist hierbei an seiner unteren Stirnseite geschlossen, wobei ein
oberer Teil der Vorrichtung, d. h. der erste Volumenkörper
an seiner oberen Stirnseite eine Öffnung aufweist, in der die
Förderleitung hineinführt bzw. darin befestigt
ist. Auf der Aussenumfangsfläche des ringförmigen
Zylinders können angrenzend an den Entnahmeraum, d. h.
in einem oberen und unteren Bereich des Zylinders Dichtungselemente,
z. B. in Form der vorstehend erläuterten druckgesteuerten
Dichtungskörper oder in Form der flexiblen Schicht, angebracht
sein, die eine Abdichtung gegen eine Innenwandung des Brunnenfilterrohrs
sicherstellen. Falls sich die Perforierung des ringförmigen
Zylinders über mehr als nur seinen mittleren Teil erstreckt,
so kann die Länge der Aussenwandung des ringförmigen
Zylinders angrenzend zur Entnahmekammer bzw. deren Höhe
durch eine Länge der auf der Aussenumfangsfläche
des ringförmigen Zylinders aufgebrachten Dichtungskörper
eingestellt werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Absperrscheiben
jeweils aus zwei Scheibenelementen gebildet sein, zwischen denen
eine Dichtscheibe eingefasst ist, wobei ein Außendurchmesser
der Scheibenelemente kleiner als der Innendurchmesser des Filterrohrs
und ein Außendurchmesser der Dichtscheibe größer
als der Innendurchmesser des Filterrohrs sind. Eine jeweilige Dichtscheibe
kann aus einem Weichgummi oder dergleichen hergestellt sein, der
zwischen einer Absperrscheibe und einer weiteren Blechscheibe mit
einem der Absperrscheibe ähnlichen oder gleichen Durchmesser
befestigt ist. Die Dichtscheibe behindert bei der Variante des Volumenkörpers
mit flexibler Schicht an der Außenumfangsfläche
des zylindrischen Körpers ein Umströmen der Absperrscheiben
von der flexiblen Schicht hinein in die Entnahmekammer, wodurch
die Reinigung des daran angrenzenden Ringraums verbessert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Förderleitung
den Entnahmeraum vollständig durchsetzen und bis zur zweiten
Absperrscheibe geführt sein, wobei die Förderleitung
innerhalb des Entnahmeraums perforiert ausgebildet ist. Dies ermöglicht
einen einfachen und robusten Aufbau der Vorrichtung, da die zweite
Absperrscheibe an einer unteren freien Stirnseite der Förderleitung
befes tigt werden kann. Eine Fluidverbindung zwischen der Förderleitung
und dem Entnahmeraum ist durch deren Perforierung sichergestellt,
wobei die Perforierung unter Berücksichtigung der auszutragenden Partikel
ausreichend groß gewählt ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Längserstreckung
des ersten und zweiten Volumenkörpers längs des
Filterrohrs im Wesentlichen gleich lang sein. Dies unterstützt
eine gleichmäßige Reinigungswirkung des Ringraums
beiderseits des Entnahmeraums. Von weiterem Vorteil ist, wenn die
Längserstreckung jedes Volumenkörpers im Wesentlichen
der Höhe des Entnahmeraums entspricht. Hierbei wird die
gesamte Länge bzw. Höhe der Vorrichtung zu einem
Drittel durch die Höhe des Entnahmeraums und zu zwei Dritteln
durch die Längserstreckung der Volumenkörper bestimmt.
Eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht eine
effiziente Reinigung bzw. Aktivierung des Brunnens, da jeder Abschnitt
des Filterrohrs, mit Ausnahme des untersten und des obersten, nach
einem entsprechenden Verschieben der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs
jeweils dreimal durchströmt wird. Dabei findet praktisch
eine Vorreinigung, eine Tiefenreinigung und eine Nachreinigung eines
jeden Filterabschnitts statt, wobei eine Messung und Steuerung des
Reinigungsprozesses integral für alle drei Abschnitte vollzogen werden
kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung kann
die Höhe des Entnahmeraums weniger als in etwa 20% der
Gesamtlänge der Vorrichtung entlang der Längsachse
des Filterrohrs, insbesondere weniger als in etwa 10% dieser Gesamtlänge
betragen. Hierbei nimmt der Entnahmeraum die Form einer Spaltkammer
an, wobei der Abstand der beiden Volumenkörper zueinander
klein ist. Hierdurch kann die Tiefenreinigung in dem an dem Bohrlochrand
angrenzenden Gebirge infolge einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit
beträchtlich verbessert werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Aktivieren oder
Reinigen von Filterrohrbrunnen umfasst folgende Schritte:
- a) Bereitstellen einer Vorrichtung, insbesondere wie
vorstehend erläutert, wobei ein Betrieb der Vorrichtung
durch Anlegen eines Saugdrucks an den Entnah meraum mittels der Pumpeinrichtung erfolgt,
so dass Wasser aus dem Entnahmeraum gefördert und damit
Partikel aus dem Filterrohrbrunnen ausgetragen werden,
- b) Einführen der Vorrichtung in ein Filterrohr eines Filterrohrbrunnens,
bis die Vorrichtung vollständig im Brunnenwasser eingetaucht
ist,
- c) Betrieb der Vorrichtung in einer Ausgangsbetriebsposition,
in der die Vorrichtung in einer bestimmten Position bezüglich
der Brunnenlängsachse angeordnet ist,
- d) Verschieben der Vorrichtung um eine Strecke in eine weitere
Betriebsposition, welche Strecke im Wesentlichen der Höhe
des Entnahmeraums entspricht, und
- e) Betrieb der Vorrichtung in der weiteren Betriebsposition.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass
die Vorrichtung nach einem ersten Reinigungszyklus im Wesentlichen
um die Höhe des Entnahmeraums in eine neue Betriebsposition
verschoben wird, so dass neben einer lückenlosen Reinigung
des Gebirges auch eine zweimalige intensive Reinigung des gleichen
Abschnitts des Ringraums erfolgt. Dies geschieht dann, wenn in vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung die Schritte d) und e) wiederholt werden. Ein Verschieben
der Vorrichtung in eine weitere Betriebsposition kann in Abhängigkeit einer
Messung des in dem geförderten Wasser enthaltenen Feststoffanteils
an Partikeln erfolgen, nämlich dann, wenn dieser Feststoffanteil
einen zulässigen Grenzwert unterschreitet. Dies ist ein
Zeichen dafür, dass der entsprechende Brunnenabschnitt
einer ausreichenden Reinigung unterzogen worden ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens werden in einem Schritt
f die Schritte d und e einmalig wiederholt, bevor in einem Schritt
g die Vorrichtung in eine neue Betriebsposition in die gleiche Richtung längs
des Filterrohrs um eine Strecke verschoben wird, die im Wesentlichen
der Länge der Vorrichtung entspricht, so dass sich in der
neu eingestellten Betriebsposition die dem Entnahmeraum abgewandte Stirnseite
des zweiten Volumenkörpers an der Stelle befindet, an der
in der vorhergehenden Betriebsposition die dem Entnahmeraum abgewandte
Stirnseite des ersten Volumenkörpers angeordnet gewesen
ist. Anschließend wird in einem Schritt h die Vorrichtung in
der neuen Betriebsposition gemäß Schritt g betrieben, wobei
an den Entnahmeraum ein Saugdruck angelegt wird. Ein solches Verfahren
eignet sich insbesondere zur Reinigung bzw. Aktivierung eines Brunnenfilters
mit ausgebautem Filterkiesringraum. Da ein jeweiliger Ringraumabschnitt
nur einmal durchströmt wird, kann mit einem solchen Verfahren
eine sehr schnelle Reinigung des Brunnens entlang seiner gesamten
Länge hinsichtlich des Ringraums vorgenommen werden. Falls
ein solches Verfahren mit einer Vorrichtung durchgeführt
wird, bei der die Höhe des Entnahmeraums im Wesentlichen
der jeweiligen Längserstreckung der beiden Volumenkörper
entspricht, kann diese Vorrichtung in Schritt g um eine Strecke
verschoben werden, die im Wesentlichen der dreifachen Höhe
des Entnahmeraums entspricht.
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In
einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Vorrichtung
verwendet, bei der die Höhe des Entnahmeraums mit weniger
als in etwa 20% der Gesamtlänge der Vorrichtung entlang
der Längsachse des Filterrohrs beträgt, wobei
die Vorrichtung während der Schritte c) bis e) kontinuierlich entlang
des Filterrohrs verschoben wird und dabei fortwährend in
Betrieb ist. Durch die vergleichsweise geringe Höhe des
Entnahmeraums ist die Strömungsgeschwindigkeit radial bezüglich
des Entnahmeraums in dem daran angrenzenden Ringraum bzw. Gebirge
signifikant erhöht, so dass sowohl eine optimale Tiefenwirkungsreinigung
innerhalb des Gebirges als auch ein kontinuierliches Verschieben
der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs möglich sind.
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In
vorteilhafter Weiterbildung des zuletzt genannten Verfahrens beträgt
die Höhe des Entnahmeraums weniger als in etwa 10% der
Gesamtlänge der Vorrichtung, und insbesondere weniger als
in etwa 5% der Gesamtlänge der Vorrichtung. Hierbei nimmt der
Entnahmeraum die Form einer Spaltkammer an, wobei der Abstand der
beiden Volumenkörper zueinander klein ist. Hierbei werden
die Strömungsgeschwindigkeit radial bezüglich
des Entnahmeraums bzw. der Spaltkammer vergrößert
und dadurch die Tiefenreinigung im Gebirge weiter verbessert.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen
in der Zeichnung schematisch dargestellt, und wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit ihren wesentlichen Bauteilen,
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2 eine
Längsquerschnittansicht der Vorrichtung von 1 in
einem Filterrohr eines Brunnens mit Ringkiesschüttung,
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3a bis 3c die
Vorrichtung von 2 in verschiedenen Betriebspositionen,
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4 die
Vorrichtung von 1 bzw. 2 in einer
Ausgangsbetriebsposition und einer weiteren Betriebsposition innerhalb
des Filterrohrs,
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5 Vorrichtung
von 4 in einer weiteren Betriebsposition, wenn sie
in die gleiche Richtung längs des Filterrohrs darin verschoben
ist,
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6 eine
Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform,
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7 eine
Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform,
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8 eine
stark vereinfachte Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, bei der
der Abstand der beiden Absperrscheiben zueinander einstellbar ist.
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9 eine
vereinfachte Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
und
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10 eine
vereinfachte Längsquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 und deren Aufbau und Einsatzweise im Detail
erläutert.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst eine Förderleitung 2,
die längs in ein Filterrohr eines Brunnens eingeführt
werden kann, was nachstehend unter Bezugnahme auf 2 noch
erläutert ist. An der Förderleitung 2 sind
eine erste Absperrscheibe 3 und eine zweite Absperrscheibe 4 derart
befestigt, dass die beiden Absperrscheiben 3, 4 konzentrisch
und im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet sind. Wenn die
Vorrichtung 1 mit ihrer Förderleitung 2 und den
beiden Absperrscheiben 3, 4 in ein Brunnenfilterrohr,
das in 1 vereinfacht durch gestrichelte Linien dargestellt
und mit Bezugszeichen 5 bezeichnet ist, eingeführt
ist, wird zwischen der ersten und zweiten Absperrscheibe 3, 4 und
einer Innenwandung des Filterrohrs 5 ein Entnahmeraum 6 gebildet.
Die Höhe h dieses Entnahmeraums 6 bestimmt sich
aus dem Abstand der beiden Absperrscheiben 3, 4 zueinander.
Zwischen den beiden Absperrscheiben 3, 4 ist die
Förderleitung 2 mit Aussparungen und somit perforiert
ausgebildet, so dass eine Fluidverbindung zwischen Förderleitung 2 und
Entnahmeraum 6 vorliegt. Durch Anlegen eines Saugdrucks
an die Förderleitung 2 kann Wasser aus dem Entnahmeraum 6 heraus
gefördert werden, was in 1 durch
einen Pfeil F angedeutet ist.
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Oberhalb
der ersten Absperrscheibe 3 und außerhalb des
Entnahmeraums 6 ist ein erster Volumenkörper 7 angeordnet,
der von der Förderleitung 2 durchgriffen wird.
Unterhalb der zweiten Absperrscheibe 4 und außerhalb
des Entnahmeraums 6 ist ein zweiter Volumenkörper 8 angeordnet.
Beide Volumenkörper 7, 8 sind aus einem
flexiblen Material hergestellt, was in 1 durch
gewellte Linien symbolisiert ist. Durch das flexible Material sind
die beiden Volumenkörper 7, 8 radial
bezüglich zur Brunnenlängsachse 9 flexibel.
Die Volumenkörper 7, 8 sind jeweils an
der ersten bzw. zweiten Absperrscheibe 3, 4 befestigt
und erstrecken sich entgegengesetzt zum Entnahmeraum 6 längs
zur Brunnenlängsachse 9. Die beiden Volumenkörper 7, 8 sind
in ihrem Außendurchmesser R im Wesentlichen an einen Innendurchmesser
des Filterrohrs 5 angepasst.
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Beide
Volumenkörper 7, 8 können mit
einem Fluid befüllt werden, wobei durch eine Erhöhung
des Drucks innerhalb der Volumenkörper deren Außenumfangsfläche
sich in Richtung der Innenwandung des Filterrohrs 5 ausdehnt.
Dies ist in 1 durch strichpunktierte Linien
angedeutet. Falls die Außenumfangsfläche der bei den
Volumenkörper 7, 8 infolge der genannten
Druckerhöhung mit der Innenwandung des Filterrohrs 5 in
Kontakt gelangt und sich daran anlegt, lässt sich eine
Dichtwirkung dazwischen erzielen.
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2 zeigt
eine Längsquerschnittansicht der Vorrichtung 1 von 1,
wenn diese in ein Filterrohr 5 eines Brunnens vollständig
eingeführt ist. Der Brunnen weist einen Bohrlochrand 10 auf,
der einen Ringraum 11 umschließt. Der Ringraum 11 ist
mit Filterkies bzw. -sand ausgebaut, wobei außerhalb des Ringraums 11 natürliches
Gebirge 12 bzw. der Grundwasserleiter angrenzt. Innerhalb
des Ringraums 11 ist das Filterrohr 5 eingesetzt,
das für eine erforderliche Wasserdurchlässigkeit
z. B. mit Schlitzen ausgebildet ist. Parallel zur Förderleitung 2 ist eine
Versorgungsleitung 13 geführt, die sowohl den ersten
Volumenkörper 7 als auch den zweiten Volumenkörper 8 durchsetzt.
Innerhalb der Volumenkörper 7, 8 ist
die Versorgungsleitung 13 mit perforierten Abschnitten 13a versehen,
so dass eine Fluidverbindung zwischen der Versorgungsleitung 13 und
einem Innenraum der jeweiligen Volumenkörper 7, 8 besteht.
An einer dem Entnahmeraum 6 entgegengesetzten Stirnseite
des zweiten Volumenkörpers 8 ist ein Wegeventil 14 vorgesehen.
Die Förderleitung 2 ist zwischen den beiden Absperrscheiben 3, 4 perforiert
ausgebildet, nämlich in Form eines Einlaufseihers 2a.
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Bei
einem ersten Einführen der Vorrichtung 1 in das
Filterrohr 5 gelangt der zweite Volumenkörper 8 und
damit auch das Wegeventil 14 zuerst in Kontakt mit Brunnenwasser.
Hierbei wird das Wegeventil 14 geöffnet, so dass
Brunnenwasser von unten durch die Versorgungsleitung 13 bzw.
dessen perforierten Abschnitten 13a hindurch in den Innenraum
des ersten und zweiten Volumenkörpers 7, 8 hineinströmen kann.
Falls die Vorrichtung 1 in eine Ausgangsbetriebsposition
innerhalb des Filterrohrs 5 verschoben ist, wird das Wegeventil 14 wieder
verschlossen. Falls nun, wie durch den Doppelpfeil von 2 angedeutet,
von oben ein Fluid (z. B. Wasser) in die beiden Volumenkörper 7, 8 hineingepumpt
und damit der Innendruck innerhalb der Volumenkörper erhöht wird,
dehnen sich die Außenumfangsflächen der Volumenkörper 7, 8 radial
nach außen aus und gelangen dichtend in Kontakt mit der
Innenwandung des Filterrohrs 5. Zum Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb
des Filterrohrs 5 in eine neue Betriebsposition wird der Innendruck
innerhalb des ersten und zweiten Volumenkörpers 7, 8 geeignet
vermindert, so dass die Außenumfangsflächen der
beiden Volumenkörper 7, 8 außer
Kontakt von der Innenwandung des Filterrohrs 5 gelangen.
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Die
Länge L der Vorrichtung 1 setzt sich aus der Höhe
h der Entnahmekammer 6 und der Längserstreckung
der jeweiligen Volumenkörper 7, 8 zusammen.
Wie in 2 gezeigt, bilden die Höhe der Entnahmekammer 6 und
die jeweiligen Längserstreckungen der beiden Volumenkörper 7, 8 jeweils
gleiche Drittel. Hiernach wird die Vorrichtung in dieser Ausführungsform
als "symmetrische Doppelkolbenkammer" bezeichnet.
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Bezüglich
der Ausführungsform gemäß 1 bzw. 2 versteht
sich, dass die Absperrscheiben 3, 4 optional sind,
so dass die Funktionsweise dieser Ausführungsform auch
ohne Absperrscheiben gegeben ist. Bei einem Auslassen der Absperrscheiben 3, 4 sind
die Stirnseiten der Volumenkörper 7, 8 angrenzend
zum Entnahmeraum 6 zweckmäßigerweise
versteift ausgeführt.
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Nachstehend
ist anhand der 3a bis 3c ein
Betrieb der Vorrichtung 1 und ihre Wechselwirkung mit dem
Brunnen bezüglich eines bestimmten Brunnenabschnitts im
Detail erläutert. Dieser Brunnenabschnitt ist in den 3a bis 3c mit einem
Doppelpfeil kenntlich gemacht.
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Bezüglich
der 3a wird die Annahme getroffen, dass hierin die
Vorrichtung 1 in eine Ausgangsbetriebsposition gebracht
ist und in den beiden Volumenkörpern 7, 8 ein Überdruck
derart eingestellt ist, dass die beiden Volumenkörper dichtend
an der Innenwandung des Filterrohrs 5 anliegen. Sodann wird
ein Saugdruck an die Förderleitung 2 angelegt, so
dass Brunnenwasser aus dem Entnahmeraum 6 herausgefördert
wird. In dem konkreten Brunnenabschnitt gemäß des
Doppelpfeils von 3a ist das Filterrohr 5 durch
den ersten Volumenkörper 7 abgesperrt. Deshalb
strömt Brunnenwasser durch eben diesen Brunnenabschnitt
im Wesentlichen parallel zur Brunnenlängsachse 9 von
oben in Richtung des Entnahmeraums 6 der Vorrichtung 1,
was zu einer Reinigung des Ringraums 11 in diesem Bereich
führt. Die vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit,
die sich in dem ge nannten Bereich des Ringraums 11 einstellt,
führt zu einem gründlichen Austrag von Schmutzpartikeln
und dergleichen.
-
Nach
einem Betrieb der Vorrichtung 1 in der Betriebsposition
von 3a für eine ausreichend lange Zeit wird
die Vorrichtung 1 anschließend in eine weitere
Betriebsposition innerhalb des Filterrohrs 5 verschoben,
nämlich ungefähr um eine Strecke, die der Höhe
h des Entnahmeraums 6 entspricht. Dies ist in 3b gezeigt.
Bei einem erneuten Betrieb der Vorrichtung 1, wenn nach
einem Erhöhen des Innendrucks in den beiden Volumenkörpern 7, 8 ein
Saugdruck an die Förderleitung 2 angelegt wird,
kommt es in dem durch den Doppelpfeil markierten Brunnenabschnitt
zu einer ausgeprägten radialen Einströmung von
Brunnenwasser hinein in den Entnahmeraum 6. In 3b ist
dies durch entsprechende Pfeile kenntlich gemacht. Hiermit einher
geht nicht nur eine Reinigung des Ringraums 11, sondern
auch eine Reinigung in dem an den Ringraum 11 angrenzenden Grundwasserleiter 12.
Die Reinigung des Grundwasserleiters 12 hängt
mit der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in dem
fraglichen Brunnenabschnitt zusammen, die darauf zurückgeht,
dass wegen der Sperrwirkung des ersten und zweiten Volumenkörpers 7, 8 angrenzend
an den Entnahmeraum 6 Brunnenwasser nicht unmittelbar aus
dem Filterrohr 5 nachströmen kann und deshalb
der Strömungsanteil in dem Ringraumbereich radial angrenzend
zum Entnahmeraum 6 erhöht wird.
-
Ausgehend
von der Betriebsposition gemäß 3b wird
die Vorrichtung 1 dann erneut innerhalb des Filterrohrs 5 um
eine Strecke verschoben, die im Wesentlichen der Höhe des
Entnahmeraums 6 entspricht. Dies ist in 3c gezeigt.
Bei einem erneuten Betrieb der Vorrichtung 1 strömt
aus dem durch den Doppelpfeil markierten Brunnenabschnitt von unten
Brunnenwasser durch den Ringraum 11 hindurch nach oben
in den Entnahmeraum 6 hinein. Hierdurch wird der Ringraum 11 dieses
Brunnenabschnitts erneut gereinigt. Ein Vergleich der 3a bis 3c verdeutlicht,
dass der durch den Doppelpfeil markierte Brunnenabschnitt zweimal
bezüglich seines Ringraums (3a und 3c)
gereinigt wird, und in der Betriebsposition von 3b nicht
nur dessen Ringraum, sondern auch der daran angrenzende Grundwasserleiter
gereinigt wird. Die Betriebspositionen der 3a bzw. 3c haben
die Wirkung einer Vorreinigung und einer Nachreinigung bezüglich
des Brunnenringraums.
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Nach
einer Beendigung der Brunnenreinigung bzw. -aktivierung und vor
einer Brunnenausfahrt der Vorrichtung kann das Wegeventil 14 geöffnet
werden, um das Wasser aus den beiden Volumenkörpern 7, 8 nach
unten in den Brunnen abzulassen. Dies vermindert das Gewicht der
Vorrichtung 1 und erleichtert ein Herausziehen der Vorrichtung
aus dem Filterrohr 5.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 und 5 ist nachstehend
ein Ablauf dargestellt, mit dem der Brunnen mittels der Vorrichtung
gemäß 1 hauptsächlich bezüglich
seines Ringraums 11 effizient gereinigt werden kann.
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Die 4 und 5 zeigen
jeweils eine Längsquerschnittansicht durch den Brunnenausbau und
die Vorrichtung 1. In 4 links
ist die Vorrichtung 1 in einer Ausgangsbetriebsposition
gezeigt, analog zur Position von 3a. Bei
einem Betrieb der Vorrichtung 1 in dieser Position werden
die Ringraumabschnitte I gründlich gereinigt,
da in diesen Abschnitten Brunnenwasser im Wesentlichen parallel
zur Brunnenlängsachse 9 (1) in den
Entnahmeraum 6 einströmt. Die Ringraumabschnitte I grenzen
seitlich an den ersten bzw. zweiten Volumenkörper 7, 8 an.
Nachdem die Ringraumabschnitte I ausreichend gereinigt
bzw. aktiviert worden sind, wird die Vorrichtung 1 um eine
Strecke, die im Wesentlichen der Höhe des Entnahmeraums 6 entspricht,
in dem Filterrohr 5 verschoben, was in 4 rechts
dargestellt ist. In dieser neuen Betriebsstellung werden bei einem
erneuten Betrieb der Vorrichtung 1 dann die Ringraumabschnitte II gereinigt,
die entsprechend seitlich an den ersten und zweiten Volumenkörper 7, 8 angrenzen.
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Neben
der Reinigung der Ringraumabschnitte I und II infolge
der axialen Strömung von Brunnenwasser hinein in den Entnahmeraum 6 werden
der Ringraum II (in der in 4 links
gezeigten Betriebsposition) bzw. der Ringraum I (in der
in 4 rechts gezeigten Betriebsposition) zusätzlich
durch die radiale Strömung des Brunnenwassers gereinigt,
analog zur Darstellung von 3b.
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Im
Anschluss an einen Betrieb der Vorrichtung in der Position gemäß der
Darstellung in 4 rechts wird die Vorrichtung 1 innerhalb
des Filterrohrs 5 in die gleiche Richtung um eine Strecke
verschoben, die im Allgemeinen der Gesamtlänge der Vorrichtung
bzw. für die Ausführungsform gemäß 4 der
dreifachen Höhe h des Entnahmeraums 6 entspricht,
vgl. 5. Hierdurch gelangt die von dem Entnahmeraum 6 abgewandte
Stirnseite des zweiten Volumenkörpers 8 an die
Stelle, an der in der vorhergehenden Betriebsposition (4 rechts)
die dem Entnahmeraum 6 abgewandte Stirnseite des ersten Volumenkörpers 7 angeordnet
gewesen ist. Ausgehend von der in 5 gezeigten
neuen Betriebsposition der Vorrichtung 1 werden die anhand
der 4 erläuterten Vorgänge wiederholt.
Durch ein solches Versetzen der Vorrichtung 1 innerhalb
des Filterrohrs 5 wird vermieden, dass ein betreffender
Ringraumabschnitt mehrfach von den Volumenkörpern der Vorrichtung 1 überstrichen
wird. Somit ist ein schnelles und dennoch effizientes Reinigen des
Ringraums 11 des Brunnens entlang seiner gesamten Länge
möglich.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung 1 erläutert. Gleiche Bauteile
im Vergleich zur vorstehend erläuterten Vorrichtung von 1 bzw. 2 sind
hierin mit gleichen Bezugszeichen versehen und zur Vermeidung von
Wiederholungen nicht nochmals erläutert.
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Die
Vorrichtung von 6 weist einen axial verkürzten
Einlaufseiher 2a' auf, wobei die Absperrscheiben 3 und 4 einen
geringeren Abstand zueinander aufweisen. Entsprechend ist die Höhe
h des Entnahmeraums 6 geringer. Gleiches gilt für
die Gesamtlänge L der Vorrichtung, die sich aus der Höhe
h des Entnahmeraums 6 und der Längserstreckung
der beiden Volumenkörper 7, 8 zusammensetzt.
Die Vorrichtung gemäß 6 ist als
"verkürzte symmetrische Doppelkolbenkammer" bezeichnet.
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Infolge
der geringeren Höhe h des Entnahmeraums 6 nimmt
bei einem Betrieb der Vorrichtung 1 die radiale Strömung
seitlich angrenzend zum Entnahmeraum 6 innerhalb des Ringraums 11 und
in dem Grundwasserleiter 12 zu. Hierdurch ist nicht nur die
Reinigung innerhalb des Ringraums 11 in diesem Bereich
verbessert, sondern auch eine Reinigung mit Tiefenwirkung innerhalb
des Gebirges bzw. des Grundwasserleiters 12 besser möglich.
Bei einem Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 5 ist
der Versatz der Vorrichtung auf die Höhe des Entnahmeraums 6 beschränkt.
Dem hieraus resultierenden Mehraufwand beim Betrieb der Vorrichtung
steht der erläuterte tief wirkende Austrag von Partikeln
aus dem an den Ringraum 11 angrenzenden Grundwasserleiter 12 gegenüber.
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Unter
Bezugnahme auf 7 ist eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung 1 erläutert, die besonders für
den Einsatz in Brunnen ohne Filterringraum, d. h. ohne eingebaute
Filterkiesschüttung geeignet ist. 7 zeigt
eine Längsquerschnittansicht durch den Brunnenausbau und
die Vorrichtung 1, deren Aufbau nachstehend im Detail erläutert
ist.
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Die
Vorrichtung 1 weist in der Ausführungsform von 7 eine
Förderleitung 2 auf, die in einer ersten Absperrscheibe 3' mündet.
Unterhalb der ersten Absperrscheibe 3' ist eine zweite
Absperrscheibe 4' mittels Distanzstegen 15 konzentrisch
und im Wesentlichen parallel dazu befestigt. Der erste Volumenkörper 7' ist
in Form eines starren zylindrischen Körpers ausgebildet.
Die Förderleitung 2 durchgreift den ersten Volumenkörper 7',
der an der ersten Absperrscheibe 3 befestigt ist. Der zweite
Volumenkörper 8' ist ebenfalls in Form eines starren
zylindrischen Körpers ausgebildet, der unterhalb der zweiten
Absperrscheibe 4 befestigt ist. Die beiden Absperrscheiben 3', 4' sind
analog zur Ausführungsform von 1 mit ihrem
Außendurchmesser an einem Innendurchmesser des Filterrohrs 5 abgestimmt.
Die beiden Volumenkörper 7', 8' sind
mit ihren jeweiligen Außendurchmessern geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser des Filterrohrs ausgebildet. An
den Außenumfangsflächen des ersten bzw. zweiten
Volumenkörpers 7', 8' ist jeweils eine
flexible Schicht 17 befestigt, die aus einem offenzelligen
Schaumgummi hergestellt ist. Die Schicht 17 ist mit ihrem
Außendurchmesser geringfügig größer
als der Innendurchmesser des Filterrohrs 5 ausgebildet.
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Bei
einem Einführen der Vorrichtung von 7 in das
Filterrohr 5 werden die flexiblen Schichten 17 an
dem ersten bzw. zweiten Volumenkörper 7', 8' leicht
zusammengedrückt, so dass sie sich dicht an eine Innenwandung
des Filterrohrs 5 anschmiegen. Bei einem Kontakt mit Brunnenwasser
füllen sich die Poren der fle xiblen Schicht 17,
so dass eine Dichtwirkung zwischen einer Außenumfangsfläche
des ersten bzw. zweiten Volumenkörpers 7', 8' und
der Innenwandung des Filterrohrs 5 bildet.
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Durch
die Einmündung der Förderleitung 2 in eine
entsprechende Ausnehmung der ersten Absperrscheibe 3' ist
eine Fluidverbindung zwischen der Förderleitung 2 und
dem zwischen der ersten und zweiten Absperrscheibe 3', 4' gebildeten
Entnahmeraum 6' gegeben. Ein Anlegen eines Saugdrucks an die
Förderleitung 2 bewirkt ein Fördern von
Brunnenwasser heraus aus dem Entnahmeraum 6', was gleichzeitig
zu einem Austrag von Partikeln aus dem Brunnen führt. Die
Höhe h des Entnahmeraums 6' beträgt ungefähr
10% der Gesamtlänge der Vorrichtung 1. Analog
zur Ausführungsform von 6 wird bei
der Vorrichtung in der Ausführungsform von 7 wegen
der Dichtwirkung der Volumenkörper 7', 8' der
Ringraumbereich, der radial an den Entnahmeraum 6' angrenzt,
einschließlich des benachbarten Grundwasserleiters 12 mit
Tiefenwirkung gereinigt. Dies wird durch die hohe radiale Strömungsgeschwindigkeit
insbesondere in dem angrenzenden Gebirge im Bereich zwischen den
Volumenkörpern 7', 8' erreicht.
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Die
Reinigung bzw. Aktivierung des Brunnens mittels der Vorrichtung
von 7 erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess, bei
dem die Vorrichtung während ihres Betriebs fortwährend
innerhalb des Filterrohrs 5 verschoben wird. Die optimale
Verschiebungsgeschwindigkeit kann derart gewählt werden,
dass austragfähige Partikel von einem in bestimmter radialer
Entfernung vom Filter im Ringraum gelegenen Ort während
der Zeit, in der die Brunnenwasserströmung auf diesen Ort
wirkt, in den Entnahmeraum 6' hineintransportiert werden
können. Der erzielte Stoffaustrag kann kontinuierlich gemessen und
damit die Effizienz der Brunnenreinigung bzw. -aktivierung kontrolliert
werden. Falls der Stoffaustrag keinen Soll-Wert erreicht, kann der
Betrieb der Vorrichtung 1 an dieser Stelle des Brunnens
wiederholt werden, wobei gegebenenfalls die Verschiebungsgeschwindigkeit
der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs 5 zusammenhängend
ist. Somit wird die Tiefenwirkung der Reinigungsmaßnahme über
die Höhe der Förderrate geregelt.
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Die
Vorrichtung gemäß 7 wird als
"bewegte Doppelkolbenspaltkammer" bezeichnet und eignet sich insbesondere
zur Aktivierung und Regenerierung von Brunnenbauwerken ohne eingebaute Filterkiesschüttung.
Ein solcher Brunnentyp ist in 7 gezeigt,
bei dem an dem Bohrlochrand 10 des Brunnens direkt das
Gebirge bzw. der Grundwasserleiter 12 angrenzt.
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Es
versteht sich, dass die schaumgummiartige flexible Schicht 17 auch
bei der Vorrichtung nach einer der 1 bis 6 eingesetzt
werden kann. Dies hat den Vorteil, dass ein Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb
des Filterrohrs 5 ohne eine Veränderung des Innendrucks
innerhalb der Volumenkörper 7, 8 möglich
ist und entsprechend schneller erfolgen kann. Demgegenüber
empfiehlt sich eine Druckbeaufschlagung der Volumenkörper 7, 8 für den
Fall, dass eine besonders gute Dichtwirkung zwischen den Außenumfangsflächen
der Volumenkörper 7, 8 und der Innenwandung
des Filterrohrs 5 notwendig ist, bzw. wenn die inneren
Oberfläche des Filterrohrs ein so starkes Relief aufweist,
dass die flexible Schicht bei einem Verschieben der Vorrichtung innerhalb
des Filterrohrs stark beansprucht würde.
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In 8 ist
in einer prinzipiell stark vereinfachten Darstellung eine weitere
Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt. Die
Förderleitung 2 mündet hierbei in einer
entsprechenden Ausnehmung der ersten Absperrscheibe 3''.
Unterhalb der ersten Absperrscheibe 3'' ist konzentrisch
und im Wesentlichen parallel dazu eine zweite Absperrscheibe 4'' befestigt,
nämlich mittels einer Mehrzahl von Teleskopstempeln 18.
Mittels dieser Teleskopstempel kann der Abstand der beiden Absperrscheiben 3'', 4'' eingestellt
und damit die Höhe des Entnahmeraums zwischen den beiden
Absperrscheiben verändert werden. In 8 ist
ein geringer Abstand der beiden Absperrscheiben zueinander mit dicken
Volllinien dargestellt. Mit strichpunktierten Linien ist eine veränderte
Position für die zweite Absperrscheibe 4'' gezeigt,
in der sie einen größeren Abstand zur ersten Absperrscheibe 3'' aufweist.
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An
der ersten und zweiten Absperrscheibe 3'', 4'' sind
jeweils ein Volumenkörper 7'', 8'' befestigt,
wobei die zweite Absperrscheibe 8'' zur Vereinfachung nur
teilweise dargestellt ist. Bei einem Einführen der Vorrichtung 1 dichten
die Volumenkör per 7'', 8'' das Filterrohr 5 ab.
Die Volumenkörper 7'', 8'' können
entweder aus einem flexiblen Material (vgl. 1) hergestellt
sein, um durch eine Innendruckerhöhung ein Anschmiegen
an die Innenwandung des Filterrohrs 5 zu erzielen. Alternativ
können die Volumenkörper 7'', 8'' auch
mit einer flexiblen Schicht (vgl. 7) ummantelt
sein, die eine ausreichende Dichtwirkung mit der Innenwandung des
Filterrohrs 5 sicherstellt. Die flexible Schicht ermöglicht
ein Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 5,
ohne dass eine Druckmittelregelung bezüglich der Volumenkörper
erforderlich ist. Des Weiteren ermöglicht die flexible
Schicht ein Verstellen der beiden Absperrscheiben 4'' zueinander
zur Veränderung der Höhe des Entnahmeraums 6.
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In 9 ist
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 in
einer Längsquerschnittansicht gezeigt. Im Vergleich zu
den vorstehend genannten Ausführungsformen sind hierin
Bauteile in gleicher Ausführung bzw. gleicher Funktion
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der erste und zweite Volumenkörper 7''', 8''' sind
beide als im Wesentlichen starre zylindrische Körper ausgebildet,
deren Aussendurchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser
des Filterrohrs 5 gewählt ist. Auf den Aussenumfangsflächen
der Volumenkörper 7''', 8''' sind jeweils
Dichtungselemente in Form der flexiblen Schichten 17 angebracht,
analog zur Erläuterung gemäß 7.
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Der
erste Volumenkörper 7''' ist von einer Durchgangsöffnung 19 durchsetzt.
Die Förderleitung 2 ist durch diese Durchgangsöffnung 19 hindurchgeführt,
wobei der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 19 und
der Aussendurchmesser der Förderleitung derart aneinander
angepasst sind, dass sich der erste Volumenkörper 7''' klemm-
und spielfrei auf der Förderleitung 2 in Brunnenlängsachse 9 verschieben
lässt. Der zweite Volumenkörper 8''' ist
an einem freien Ende der Förderleitung 2 befestigt,
z. B. durch Verschweißen oder dergleichen. Die Förderleitung 2 ist
in ihrem Bereich angrenzend an den zweiten Volumenkörper 7''' perforiert
ausgebildet. In gleicher Weise wie bei der Ausführungsform
gemäß 1 ist zwischen den beiden Volumenkörpern 7''', 8''' der
Entnahmeraum 6 ausgebildet, wobei ein Abstand der beiden
Volumenkörper 7''', 8''' die Höhe
h des Entnahmeraums 6 bestimmt.
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Durch
ein Verschieben des ersten Volumenkörpers 7''' relativ
zur Förderleitung 2 kann die Höhe h des
Entnahmeraums 6 verändert werden. An dem ersten
Volumenkörper 7''' ist eine Arretiervorrichtung 20 angebracht,
mittels der sich der erste Volumenkörper 7''' bezüglich
der Förderleitung festlegen lässt. Die Arretiervorrichtung 20 legt
eine Position des ersten Volumenkörpers 7''' bezüglich
der Förderleitung 2 fest, woraus eine vorbestimmte
Höhe h des Entnahmeraums 6 resultiert. Je nach
Beschaffenheit des Brunnens, bei dem die Vorrichtung 1 zum
Einsatz kommt, kann die Höhe h des Entnahmeraums 6 entweder
vergrößert oder verkleinert werden. Die flexiblen
Schichten 17, die jeweils an einer Aussenumfangsfläche
der Volumenkörper 7''', 8''' angebracht sind,
ermöglichen sowohl ein Verschieben des ersten Volumenkörpers 7''' bezüglich
der Förderleitung 2 als auch, wenn der erste Volumenkörper 7''' an
der Förderleitung arretiert ist, eine Verschiebung der
Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 5. Alternativ
zu der flexiblen Schicht 17 kann an den Aussenumfangsflächen
der Volumenkörper jeweils ein druckgesteuerter Dichtungskörper
zum Einsatz kommen, der bei einem erforderlichen Dichtsitz analog
zur Ausführungsform gemäß 1 mit
einem Fluid unter Druck gesetzt wird. Bei einem Verschieben des
ersten Volumenkörpers 7''' bzw. der gesamten Vorrichtung 1 wird
der Innendruck dieses Dichtungskörper entsprechend abgesenkt,
damit er sich von der Innenwandung des Filterrohrs 5 geeignet
löst. Zur Einspeisung eines Fluids in den Dichtungskörper
können geeignete Drucksteuerleitungen in den Dichtungskörper
geführt sein. Für ein erleichtertes Eintauchen
bzw. Herausfahren der Vorrichtung 1 in bzw. aus dem Brunnen
kann der zweite, d. h. der untere Volumenkörper 8''' mit
einem Wegeventil 14 ausgerüstet sein, analog zur
Ausführungsform von 2.
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Die
Vorrichtung 1 in der Ausführungsform gemäß 9 zeichnet
sich durch Einfachheit und Robustheit aus, wobei mit einfachen Mitteln
die Höhe h des Entnahmeraums 6 veränderlich
ist. Die Höhe h des Entnahmeraums kann auch dann eingestellt
werden, wenn die Vorrichtung 1 bereits in das Filterrohr 5 hinein
eingeführt ist. Obschon in 9 nicht
dargestellt, können an den Volumenkörpern 7''', 8''' angrenzend
zum Entnahmeraum 6 Absperrscheiben angeordnet sein, analog
zur Ausführungsform gemäß 1.
Hierbei versteht sich, dass sich an dem ersten Volumenkörper 7''' angebrachte
Absperrscheibe eine Durchgangsöffnung auf weist, durch die die
Förderleitung 2 hindurch geführt ist,
um ein Verschieben des ersten Volumenkörpers 7''' in
Verbindung mit dieser Absperrscheibe zu ermöglichen.
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In 10 ist
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 in
einer Längsquerschnittansicht gezeigt. Im Vergleich zu
den vorstehend genannten Ausführungsformen sind hierin
Bauteile in gleicher Ausführung bzw. gleicher Funktion
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der erste und zweite Volumenkörper 7''', 8''' sind
einstückig aus einem ringförmigen Zylinder 21 hersgestellt,
wobei der erste Volumenkörper 7'''' einen oberen
Teil dieses Zylinders 21 und der untere Volumenkörper 8'''' einen
unteren Teil dieses Zylinders 21 bilden. Der Zylinder 21 ist
an seinem unteren Ende, d. h. an einer unteren Stirnseite des zweiten
Volumenkörpers 8'''' geschlossen, und weist an
seinem oberen Ende, d. h. an einer oberen Stirnseite des ersten
Volumenkörpers 7'''' eine Öffnung 22 auf.
Der Zylinder 21 ist innen hohl ausgeführt und
bildet somit eine Entnahmekammer 6, wobei eine Aussenwandung
des Zylinders 21 im Bereich seines mittleren Drittels perforiert
ausgebildet ist. Durch diese Perforierung kann Brunnenwasser von aussen
in den Zylinder 21 hinein einströmen, was in 10 durch
Pfeile kenntlich gemacht ist.
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An
einer Aussenumfangsfläche des Zylinders 21 sind
in dessen oberen und unteren Bereich jeweils flexible Schichten 17 angebracht,
die in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß 9 eine
Abdichtung der Vorrichtung 1 gegenüber der Innenwandung
des Filterrohrs 5 sicherstellen. Die Höhe bzw.
Länge der Entnahmekammer 6 kann durch die Länge
der flexiblen Schichten eingestellt werden, die auf die Aussenumfangsfläche
des Zylinders 21 aufgebracht sind. Perforierte Bereiche
der Aussenwandung des Zylinders 5 können hierbei
von den flexiblen Schichten 17 verschlossen werden. Alternativ
zu den flexiblen Schichten 17 kann die Aussenumfangsfläche
des Zylinders 21 im Bereich des ersten und zweiten Volumenkörpers 7'''', 8'''' gegenüber
der Innenwandung des Filterrohrs 5 auch durch innendruckgesteuerte
Dichtungskörper abgedichtet werden.
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Die
Förderleitung 2 ist von oben durch die Öffnung 22 in
die Entnahmekammer 6, d. h. in den Innenraum des Zylinders 21 eingeführt
und an eine Unterwassermotor pumpe 23 angeschlossen. Die
Unterwassermotorpumpe 23 ist innerhalb des Zylinders 21 aufgenommen
und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse
des Zylinders 21. Die Länge der Unterwassermotorpumpe 23 bzw.
die Anzahl ihrer Motorstufen ist an die notwendige Förderleistung der
Vorrichtung 1 angepasst. Die Unterwassermotorpumpe 23 weist
einen Einlaufseiher 24 auf, der vor einem Einlass der Förderleitung
angeordnet ist und als Filter wirkt. Die Unterwassermotorpumpe 23 ist
in Längsrichtung von einem Mantelrohr 24 umhüllt,
das an seiner unteren Stirnseite, dort, wo die Unterwassermotorpumpe 23 endet,
offen ist. Das Mantelrohr 24 ist angrenzend zum Einlaufseiher 24 fest
mit einer Aussenum fangsfläche der Förderleitung 2 verbunden.
Das Mantelrohr 24 erfüllt im Wesentlichen zwei Aufgaben:
einerseits das von der Unterwassermotorpumpe 23 geförderte
Wasser gezielt in Richtung des Einlaufseihers 24 zu leiten,
und des weiteren hierbei eine Kühlung der Unterwassermotorpumpe 23 durch das
daran vorbeigeleitete Brunnenwasser sicherzustellen. Hierzu ist
es wichtig, dass das Mantelrohr 24 in seiner Längsertreckung
bis unterhalb der letzten Stufe der Unterwassermotorpumpe 23 reicht.
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Im
Betrieb der Unterwassermotorpumpe 23 wird Brunnenwasser
wie in 10 gezeigt von aussen durch
die Perforierung der Aussenwandung des Zylinders 21 in
den Entnahmeraum 6 hinein gesaugt, wobei das Brunnenwasser
anschließend zur unteren offenen Stirnseite des Mantelrohrs 24 strömt.
Nach Eintritt in das Mantelrohr wird das Brunnenwasser an der Unterwassermotorpumpe 23 vorbei
nach oben in Richtung des Einlaufseihers 24 gefördert,
und wird schließlich in der Förderleitung 2 wie
durch den Pfeil F angedeutet aus dem Brunnen herausgefördert.
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Die
Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist
wegen der Einteiligkeit des ersten und zweiten Volumenkörpers 7'''', 8'''' in
Form des Zylinders 21 sehr robust und lässt sich
preiswert herstellen. Alternativ zur Darstellung von 10 kann
die Unterwassermotorpumpe 23 auch ausserhalb des Zylinders 21 bzw.
des Entnahmeraums 6 angeordnet sein, insbesondere dann,
wenn wegen einer erforderlichen großen Pumpenleistung die
Unterwassermotorpumpe 23 einen größeren
Durchmesser aufweist.
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Die
Ausführungsformen gemäß der 9 und 10 lassen
sich zur Reinigung bzw. Aktivierung eines Brunnens in gleicher Weise
betreiben wie die Ausführungsformen gemäß der 2 und
der 6 und weisen die gleiche Qualität der
Reinigungswirkung auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich
des Betriebs der Vorrichtung auf die Erläuterung oben zu 2 bis 6 verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 8120151
U [0004]
- - DE 8120151 [0005]