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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. der angrenzenden Bohraureole_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 eine Reinigungswirkung im Ringraum und im
angrenzenden Gebirge des Brunnens 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 23 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aktivierung oder
Reinigung von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr umfasst einen
ersten und zweiten Dichtungskolben, die sich jeweils längs
zur Brunnenlängsachse erstrecken, und eine zentrale Kammer, die
zwischen dem ersten und zweiten Dichtungskolben gebildet und von
der Innenwandung des Filterrohrs begrenzt ist. Des Weiteren umfasst
die Vorrichtung einen ersten und zweiten Randdichtungskolben, die
angrenzend an den ersten bzw. zweiten Dichtungskolben und jeweils
entgegengesetzt zur zentralen Kammer angeordnet sind, wobei zwischen
dem ersten Randdichtungskolben und dem ersten Dichtungskolben eine
erste Randkammer, und zwischen dem zweiten Randdichtungskolben und
dem zweiten Dichtungskolben eine zweite Randkammer ausgebildet sind,
wobei beide Randkammern jeweils von der Innenwandung des Filterrohrs
begrenzt sind. Die Dichtungskolben und die Randdichtungskolben wirken
gegen das Filterrohr dichtend, wobei die Vorrichtung relativ zum
Filterrohr verschieblich ist. Die zentrale Kammer und die erste
und zweite Randkammer können mit einer Pumpeinrichtung
hydraulisch verbunden sein.
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Mittels
der Pumpeinrichtung kann aus der zentralen Kammer Wasser aus dem
Filterrohrbrunnen herausgesaugt bzw. entnommen werden. Gleichzeitig
kann Wasser über die beiden Randkammern in den Filterrohrbrunnen
hineingepumpt bzw. injiziert werden. Hieraus resultiert eine Zirkulationsströmung
zwischen den beiden Randkammern und der zentralen Kammer, die zumindest
einen Bereich des Filterrohrbrunnens radial angrenzend zu den Dichtungskolben
durchströmt. Es versteht sich, dass die Gesamtförderrate,
mittels der Wasser aus dem Brunnen entnommen wird, stets größer
ist als die Durchsatzrate der Zirkulationsströmung zwischen der
zentralen Kammer und den beiden Randkammern. Indem Brunnenwasser
die Zirkulationsströmung radial aussen umströmen
muss, um in die zentrale Kammer einzutreten, wird erreicht, dass
ein größerer, nämlich in radialer Richtung
erweiteter Behandlungsraum erzielt wird. In Folge dessen werden der
Filterkiesringraum in großer radialer Tiefe und auch das
angrenzende Gebirge einer intensiven Reinigung unterzogen.
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Die
Strömungsrichtung zwischen der zentralen Kammer und den
beiden Randkammern lässt sich auch umkehren, indem Wasser
aus den beiden Randkammern herausgesaugt bzw. entnommen wird, und
dabei Wasser in die zentrale Kammer hineingepumpt bzw. injiziert
wird. Eine solche Umkehr der Strömungsrichtung zwischen
der zentralen Kammer und den beiden Randkammern hat den Vorteil, dass
lokal besonders verschmutzte Teilräume des Filterrohrbrunnens
nacheinander aus verschiedenen Richtungen angeströmt und
somit einer effizienteren Reinigung unterzogen werden.
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Im
Hinblick auf die vorstehend genannte Zirkulationsströmung
ist wichtig, dass alle vier Dichtungskolben, d. h. sowohl die beiden
mittigen Dichtungskolben als auch die beiden Randdichtungskolben
gegen das Filterrohr bzw. dessen Innenwandung dichtend wirken. Dies
gewährleistet einerseits, dass das Wasser der Zirkulationsströmung
an den Dichtungskolben in deren Längsrichtung, d. h. im
wesentlichen parallel zur Brunnenlängsachse und somit durch
den Filterkiesringraum des Brunnens hindurch tritt. In Folge dessen
wird dieser Ringraum einer intensiven Reinigung unterzogen. Andererseits
gewährleistet die Zirkulationsströmung, dass Brunnenwasser
vor einem Hineinströmen in die zentrale Kammer bzw. in
die beiden Randkammern zuvor das an den Filterkiesringraum angrenzende
Gebirge durchströmt, so dass sich auch dort ein Reinigungseffekt einstellt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Zentralförderleitung
vorgesehen, mittels der die zentrale Kammer mit der Pumpeinrichtung
in Verbindung steht. Mittels der Zentralförderleitung kann die
Vorrichtung entlang des Filterrohrs des Filterrohrbrunnens verschoben
werden, wobei hierzu die Zentralförderleitung ausreichend
zug- und druckfest ausgeführt ist. Alternativ hierzu kann
die Zentralförderleitung flexibel ausgeführt sein,
z. B. als flexible Leitung in Form eines Schlauchs, wobei das Verschieben
der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs mittels eines an der Vorrichtung
befestigten Gestänges, das sich durch das Filterrohr hindurch
zu einem offenen Ende des Filterrohrbrunnens erstreckt, möglich
ist. Die Zentralförderleitung durchsetzt die zentrale Kammer in
ihrer Längsrichtung im Wesentlichen vollständig, und
ist im Bereich der zentralen Kammer perforiert ausgebildet, so dass
die Mantelfläche der Zentralförderleitung von
Wasser durchströmt werden kann und somit als Einlaufseiher
dient. Die Öffnungen bzw. Löcher dieses Einlaufseihers
sind ausreichend groß bemessen, so dass auch in dem Wasser
enthaltene Verschmutzungen dorthindurch treten können.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind eine erste und zweite
Zusatzförderleitung vorgesehen, die die erste bzw. zweite
Randkammer mit der Pumpeinrichtung verbinden. Somit kann Wasser
mittels der Pumpeinrichtung aus der ersten/zweiten Randkammer herausgesaugt
bzw. dort hinein gepumpt werden. In der ersten und zweiten Randkammer
ist jeweils ein Seiher angeordnet, durch den Wasser mitsamt eventuellen
Verschmutzungen hindurchströmen kann. Der Seiher hat den
Vorteil einer mechanisch stabilen Konstruktion und ist somit gegen
mechanische Belastungen stabil. Insgesamt verleihen die beiden Seiher
der Vorrichtung im Bereich einer jeweiligen Randkammer eine ausreichende Stabilität.
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Die
Vorrichtung weist vorteilhaft kompakte Abmessungen auf, da die Pumpeinrichtung,
mittels der Brunnenwasser herausgesaugt als auch die vorstehend
genannte Zirkulationsströmung erzielt wird, nicht in der
Vorrichtung selbst, sondern über Tage angeordnet ist. Die
Zentralförderleitung als auch die beiden Zusatzförderleitungen
stellen hierbei eine Fluidverbindung zwischen der zentralen Kammer
bzw. den beiden Randkammern und der Pumpeinrichtung sicher.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die beiden
Randkammern und die zentrale Kammer mit der Pumpeinrichtung derart
in Verbindung stehen, dass zumindest ein Teil des Wassers, das mittels
der Pumpeinrichtung aus der zentralen Kammer herausgesaugt wird,
zurück in die erste und zweite Randkammer gefördert
wird. Das gleiche gilt für eine Umkehr der Strömungsrichtung,
wobei ein Teil des Wassers, das mittels der Pumpeinrichtung aus
der ersten und zweiten Randkammer herausgesaugt wird, zurück
in die zentrale Kammer gefördert wird. Dies hat den Vorteil,
dass weniger oder kein zusätzliches Wasser erforderlich
ist, um das Injizieren in die beiden Randkammern bzw. in die zentrale Kammer
zu gewährleisten. Hierbei kann eine externe Filtereinrichtung
vorgesehen sein, mittels der das aus der zentralen Kammer/aus den
Randkammern herausgesaugte Wasser vor einem Zurückfördern
in die Randkammern/in die zentrale Kammer gefiltert werden kann.
Eine solche externe Filtereinrichtung stellt sicher, dass Schmutzpartikel
oder dergleichen, die aus dem Filterrohrbrunnen herausgefördert
worden sind, nicht erneut in den Filterrohrbrunnen hineingepumpt
werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Längserstreckung
des ersten und zweiten Dichtungskolbens längs des Filterrohrs
im Wesentlichen gleich lang sein. Dies unterstützt die
einfache Handhabung der Vorrichtung. Von weiterem Vorteil ist, wenn
die Längserstreckung jedes Dichtungskolbens im Wesentlichen
der Höhe der zentralen Kammer entspricht. Hierbei wird
die gesamte Länge bzw. Höhe der Vorrichtung im
Wesentlichen zu einem Drittel durch die Höhe der zentralen
Kammer und zu zwei Dritteln durch die Längserstreckung
der Dichtungskolben 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 der zentralen Kammer 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 die zentrale Kammer die Form einer Spaltkammer
an, wobei der Abstand der beiden Dichtungskolben zueinander klein
ist. Hierdurch kann die Tiefenreinigung in dem an dem Bohrlochrand
angrenzenden Gebirge infolge einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers verbessert werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Randdichtungskolben
von den daran angrenzenden Dichtungskolben derart beabstandet, dass
eine Höhe der ersten bzw. zweiten Randkammer jeweils weniger
als etwa 10% der Gesamtlänge der Vorrichtung entlang der
Längsachse des Filterrohrs beträgt. Die vergleichsweise
geringe Höhe der Randkammern bewirkt, dass das aus den
Randkammern heraus geförderte bzw. injizierte Wasser möglichst
weit radial in den Filterrohrbrunnen bzw. seine Filterkiesschüttung
hineinströmt. Einerseits bewirkt dies eine ausreichende
Tiefenreinigung der Filterkiesschüttung, wobei das aus
den Randkammern injizierte Wasser in die zentrale Kammer zurückströmt. Andererseits
bewirkt diese Zirkulationsströmung zwischen den beiden
Randkammern und der zentralen Kammer eine Art hydraulische Sperre
für weiteres Grundwasser, das aus Richtung des Filterrohrs
und der beiden Randdichtungskolben in Richtung der zentralen Kammer
strömt. Dieses Grundwasser ist gezwungen, die vorstehend
genannte Zirkulationsströmung seitlich zu umströmen,
wobei es radial außen liegende Bereiche des Filterkiesringraums
oder gar des angrenzenden Gebirges durchströmt. Hierdurch
ergibt sich eine verbesserte Reinigung des Brunnens.
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Für
eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entlang der gesamten Länge eines Brunnens ist es erforderlich,
dass die Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs des Brunnens verschieblich ist
bzw. darin verschoben werden kann. Eine solche Verschieblichkeit
wird dadurch erzielt, dass die Dichtungskolben eine flexible Außenhaut
aufweisen, die entweder durch pneumatisch im Volumen modifizierbare
Dichtungen an den Kolbenmantelflächen oder durch ein flexibles
Material gebildet wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest einer der
beiden Dichtungskolben aus einem flexiblen Material hergestellt
sein und durch ein Fluid gefüllt werden. Durch eine Erhöhung des
Fluiddrucks innerhalb des Dichtungskolbens 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 Dichtungskolbens gegen die Innenwandung des Filterrohrs abgedichtet.
Es versteht sich, dass der Dichtungskolben 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
Dichtungskolbens abgebaut wird und dadurch die Aussenumfangsflächen
des Dichtungskolbens ausser Kontakt von der Innenwandung des Filterrohrs
gelangen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Versorgungsleitung
im Wesentlichen parallel zur Zentralförderleitung geführt
sein, welche mit dem Innenraum des ersten bzw. des zweiten Dichtungskolben
in Fluidverbindung steht. Dies ermöglicht ein Platz sparendes
Einspeisen von Fluid hinein in den Dichtungskolben zur Erhöhung
des Innendrucks, wenn eine Abdichtung zwischen dem Dichtungskolben
und der Innenwandung des Filterrohrs erforderlich ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Dichtungskolben,
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 Dichtungskolbens
kann eine Öffnung in Form eines Wegeventils vorgesehen
sein. Beim ersten Einführen der Vorrichtung in das Filterrohr
kann das Wegeventil geöffnet sein, so dass sich dabei der
zweite Dichtungskolben mit Brunnenwasser füllt. Nach einem
Schließen des Wegeventils wird die erläuterte
Druckerhöhung innerhalb des zweiten Dichtungskolbens allein
durch eine vergleichsweise geringe Wassermenge erzielt, die durch
die Versorgungsleitung hinein in den zweiten Dichtungskolben 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 Dichtungskolben 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
Dichtungskolben aus dem flexiblen Material bestehen. Die Versorgungsleitung
kann dabei den ersten und den zweiten Dichtungskolben durchsetzen
und innerhalb der jeweiligen Dichtungskolben perforiert ausgebildet
sein, so dass durch die Perforierung die Fluidverbindung zu dem
Dichtungskolben entsteht. Es versteht sich, dass die Versorgungsleitung
an den Verbindungsstellen zu den Stirnseiten der Dichtungskolben
geeignet abgedichtet ist, so dass ein ungewolltes Austreten von
Fluid bei einer Druckerhöhung innerhalb der Dichtungskolben
ausgeschlossen ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest einer der
beiden Dichtungskolben 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 Dichtungskolben nicht erforderlich, was den
Betrieb der Vorrichtung erleichtert.
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Beide
Varianten der Dichtungskolben, 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 Dichtungskolben gegen eine Wasserströmung zwischen
den Filterdrahtstäben geeignet abgedichtet wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann bei der Variante
des Dichtungskolbens 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. Zweckmäßigerweise
kann die flexible Schicht, z. B. in Form eines offenporigen Schaumstoffs,
auf einer Hülse verklebt sein, wobei dann diese Hülse
auf den zylindrischen Körper aufgeschoben und mit letzterem
fest verbunden wird. Hierdurch ist die flexible Schicht fest mit
dem zylindrischen Körper verbunden und gegen ein axiales
Verschieben gesichert, wobei für ein Austauschen der flexiblen
Schicht die Hülse von dem zylindrischen Körper
demontiert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die beiden
Dichtungskolben einstückig aus einem ringförmigen
Zylinder gebildet sein, dessen Aussenwandung zumindest im Bereich
des Entnahmeraums perforiert ausgebildet ist. Somit bilden die beiden
Dichtungskolben jeweils den oberen und unteren Teil der Vorrichtung.
Ein unterer Teil der Vorrichtung, d. h. der zweite Dichtungskolben
ist hierbei an seiner unteren Stirnseite geschlossen, wobei ein oberer
Teil der Vorrichtung, d. h. der erste Dichtungskolben an seiner
oberen Stirnseite eine Öffnung aufweist, in der die Zentralförderleitung
hineinführt bzw. darin befestigt ist. Auf der Aussenumfangsfläche
des ringförmigen Zylinders können angrenzend an
die zentrale Kammer, 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 zentralen Kammer bzw.
deren Höhe durch eine Länge der auf der Aussenumfangsfläche
des ringförmigen Zylinders aufgebrachten Dichtungskörper
eingestellt werden.
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In
gleicher Weise wie die Dichtungskolben können auch die
Randdichtungskolben entweder aus einem flexiblen Material hergestellt
sein, dessen Aussendurchmesser durch eine Veränderung eines
Fluiddrucks innerhalb des Dichtungskolbens verändert werden
kann. Alternativ können die Randdichtungskolben auch als
starrer Zylinderkörper ausgebildet sein, der von einer
flexiblen Schicht in Form von Schaumgummi, Schaumstoff oder dergleichen
ummantelt ist. Beide Varianten ermöglichen sowohl eine ausreichende
Abdichtung gegenüber einer Innenwandung des Filterrohrs
als auch eine klemmfreie Verschieblichkeit innerhalb des Filterrohrs.
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Es
versteht sich, dass die Dichtungskolben, die zwischen sich die zentrale
Kammer eingrenzen, und die beiden Randdichtungskolben ein starr
zusammenhängendes Gebilde der Vorrichtung bilden. Somit
werden bei einer Verschiebung der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs
stets die beiden Dichtungskolben und die beiden Randdichtungskolben
gleichzeitig miteinander bewegt.
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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 die zentrale Kammer oder an die
erste und zweite Randkammer mittels der Pumpeinrichtung erfolgt, so
dass Wasser aus der zentralen Kammer oder aus den Randkammern gefördert
und damit Partikel aus dem Filterrohrbrunnen ausgetragen werden,
- b) Einführen der Vorrichtung in ein Filterrohr eines Filterrohrbrunnens,
bis die Vorrichtung vollständig in Brunnenwasser eingetaucht
ist,
- c) Betrieb der Vorrichtung in einem ersten Betriebsmodus oder
in einem zweiten Betriebsmodus, bei dem die Vorrichtung in einer
bestimmten Position bezüglich der Brunnenlängsachse
angeordnet ist und ein Bereich des Filterrohrbrunnens angrenzend
an die zentrale Kammer einer Reinigung oder Aktivierung unterzogen
wird,
- d) Verschieben der Vorrichtung um eine Strecke in eine weitere
Betriebsposition, welche Strecke im Wesentlichen einer Höhe
der zentralen Kammer entspricht, und
- e) Betrieb der Vorrichtung in der weiteren Betriebsposition.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich mittels
der Vorrichtung strömungsmechanisch verschiedene Betriebsmodi
realisieren lassen. Der erste bzw. zweite Betriebsmodus wird in
Abhängigkeit der Art des Filterrohrbrunnens und des Grades
seiner Verschmutzung, und auch der zur Verfügung stehenden
Zeit für die Aktivierung oder Reinigung gewählt.
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Im
ersten Betriebsmodus wird zumindest ein Teil des mittels der Pumpeinrichtung
aus der zentralen Kammer/aus den Randkammern herausgesaugten Wassers
zurück in die erste und zweite Randkammer/in die zentrale
Kammer gefördert, so dass zwischen der zentralen Kammer
und den Randkammern zusätzlich eine Zirkulationsströmung
entsteht, die einen Bereich des Filterrohrbrunnens radial angrenzend
zu den Dichtungskolben durchströmt. Hierbei ist die Gesamtförderrate,
mittels der Brunnenwasser durch die Vorrichtung aus dem Brunnen
entnommen wird, größer als Durchsatzrate der Zirkulationsströmung.
Die vorteilhaften Wirkungen dieser Zirkulationsströmungen
sind vorstehend bereits erläutert. Während die
Zirkulationsströmung durch den inneren Ringraum, der an
das Filterrohr angrenzt, strömt und diesen reinigt, strömt
Brunnenwasser vor dem Eintreten in die zentrale Kammer radial aussen an
der Zirkulationsströmung vorbei, so dass dadurch ein größerer
Behandlungsraum erzielt wird, der in radialer Richtung erweitert
ist und auch das angrenzende Gebirge mit einschließen kann.
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Im
ersten Betriebsmodus kann dem Wasser, das zur Einrichtung der Zirkulationsströmung
wieder in die zentrale Kammer bzw. die beiden Randkammern injiziert
wird, ein chemisches Reinigungsmittel beigemischt sein. Da diese
Zirkulationsströmung aussen von einer Schutzströmung
umschlossen ist, nämlich von Brunnenwasser, das von weiter
aussen in die zentrale Kammer bzw. die beiden Randkammern strömt,
ist ein Abdriften des Reingungsmittels in den Grundwasserleiter
nicht möglich.
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Durch
ein geeignetes Ansteuern der zentralen Kammer und der beiden Randkammern
mittels der Pumpeinrichtung lässt sich die Strömungsrichtung
zwischen der zentralen Kammer und den beiden Randkammern in gewünschter
Weise umkehren. Eine Einsparung an zusätzlichem erforderlichen Wasser
kann dadurch erzielt werden, dass das aus der zentralen Kammer/aus
den Randkammern herausgesaugte Wasser zumindest teilweise wieder
zurück in die Randkammern/in die zentrale Kammer gefördert
wird. Zweckmäßigerweise wird hierbei das in die
Vorrichtung zurück geförderte Wasser vorher durch
eine externe Filtereinrichtung geleitet, um Verschmutzungen und
dergleichen nicht erneut in den Filterrohrbrunnen einzutragen.
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Der
zweite Betriebsmodus wird für das erfindungsgemäße
Verfahren dann gewählt, wenn die Verschmutzungen des Filterrohrbrunnens
verhältnismäßig groß sind und
mit dem ersten Betriebsmodus nicht ohne weiteres herauszulösen
sind. In der ersten Phase des zweiten Betriebsmodus wird Wasser
aus der ersten und zweiten Randkammer heraus radial nach außen
in den Filterrohrbrunnen injiziert. Gleichzeitig wird aus der zentralen
Kammer eine Reinigungslösung radial nach außen
in den Filterrohrbrunnen bzw. seinen Filterkiesringraum injiziert,
wobei die Strömungsbereiche des Wassers, das aus den Randkammern
heraus injiziert wird, für die aus der zentralen Kammer
injizierte Reinigungslösung eine hydraulische Sperre bewirken.
Dies hat zur Folge, dass die Reinigungslösung nach dem
Austreten aus der zentralen Kammer nicht axial nach oben bzw. unten
entweichen kann, sondern gezwungen ist, radial nach außen
in den Filterkiesringraum und ggf. auch in das angrenzende Gebirge
einzuströmen. Somit wird eine ausreichend radiale Tiefenwirkung
für die Reinigungslösung erzielt.
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In
der zweiten Phase des zweiten Betriebsmodus wird Wasser bzw. die
Reinigungslösung zumindest über die zentrale Kammer
angesaugt und über die Zentralförderleitung aus
der Vorrichtung ausgetragen. Optional kann in der zweiten Phase
des zweiten Betriebsmodus ein Saugdruck auch an die beiden Randkammern
angelegt werden, so dass ein Ansaugen von Wasser bzw. Reinigungsmittel
sowohl über die zentrale Kammer als auch die beiden Randkammern
erfolgt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Reinigungslösung
einen Wirkstoff zur chemischen Behandlung von Verschmutzungen des
Filterrohrbrunnens enthalten. Hierdurch wird die erzielte Reinigungswirkung
nochmals verbessert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass
die Vorrichtung nach einem ersten Reinigungszyklus im Wesentlichen
um die Höhe der zentralen Kammer 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 Dichtungskolbens an der Stelle befindet, an der in der
vorhergehenden Betriebsposition die dem Entnahmeraum abgewandte
Stirnseite des ersten Dichtungskolbens angeordnet gewesen ist. Anschließend
wird in einem Schritt h die Vorrichtung in der neuen Betriebsposition
gemäß Schritt g betrieben, wobei an die zentrale
Kammer 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 der zentralen Kammer im Wesentlichen der
jeweiligen Längserstreckung der beiden Dichtungskolben
entspricht, kann diese Vorrichtung in Schritt g um eine Strecke
verschoben werden, die im Wesentlichen der dreifachen Höhe
der zentralen Kammer entspricht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einer
Vorrichtung in einer Ausführungsform betrieben werden,
bei der die beiden Dichtungskolben und die beiden Randdichtungskolben
aus im Wesentlichen starren zylindrischen Körpern bestehen,
deren Außendurchmesser geringfügig kleiner als
der Innendurchmesser des Filterrohrs ist und die an ihrer Außenumfangsfläche
eine flexible Schicht aufweisen. Eine solche Vorrichtung wird im
ersten Betriebsmodus des Verfahrens während der Schritte
c) bis e) kontinuierlich entlang des Filterrohrs verschoben und bleibt
dabei fortwährend in Betrieb. Hierdurch wird zur Behandlung
des Filterrohrbrunnens (Aktivierung oder Reinigung) weniger Zeit
beansprucht. Falls bei einer solchen Vorrichtung eine Höhe
der zentralen Kammer einen vergleichsweise geringen Wert in Bezug
zur Gesamtlänge der Vorrichtung entlang der Längsachse
des Filterrohrs aufweist, ist die Strömungsgeschwindigkeit
des aus der zentralen Kammer injizierten Wassers 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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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern 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.
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Es
zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
im zusammengebauten Zustand,
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2 eine
Längsquerschnittansicht der Vorrichtung von 1,
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3 eine
Explosionsansicht der Vorrichtung von 1 mit ihren
wesentlichen Bestandteilen,
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4 eine
Längsquerschnittansicht der Vorrichtung von 1 in
einem Filterrohr eines Brunnens mit Ringkiesschüttung,
-
5 die
Vorrichtung von 4 beim Betrieb in einem ersten
Betriebsmodus,
-
6a, 6b die
Vorrichtung von 4 beim Betrieb in einem zweiten
Betriebsmodus, und
-
7 die
Vorrichtung bei einem Betrieb in einem horizontalen Filterstrang
eines Brunnens.
-
Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 und deren Aufbau im Detail erläutert.
-
Die
Vorrichtung 1 ist in 1 in einer
Perspektivansicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei
Dichtungskolben, nämlich einen ersten Dichtungskolben 2 und
einen zweiten Dichtungskolben 4. Die Dichtungskolben 2, 4 sind
durch eine Zentralförderleitung 6 miteinander
verbunden, wobei die Zentralförderleitung 6 durch
den ersten Dichtungskolben 2 hindurch verläuft
und mit ihrem stirnseitigen Ende an dem zweiten Dichtungskolben 4 befestigt
ist. Angrenzend an den ersten Dichtungskolben 2 ist ein erster
Randdichtungskolben 8 angeordnet, der von dem ersten Dichtungskolben
entlang einer Längsachse 9 der Vorrichtung 1 geringfügig
beabstandet ist. In gleicher Weise ist angrenzend an den zweiten Dichtungskolben 4 ein
zweiter Randdichtungskolben 10 angeordnet, der von dem
zweiten Dichtungskolben 4 ebenfalls geringfügig
beabstandet ist.
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In 2 ist
die Vorrichtung 1 von 1 in einer
Längsquerschnittansicht dargestellt, wobei die jeweiligen
Einzelteile in einer Explosionsansicht von 3 dargestellt
sind. Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Zusatzförderleitung 12,
die den ersten Randdichtungskolben 8 durchsetzt und mit
ihrer Stirnseite zwischen dem ersten Randdichtungskolben 8 und
einer Stirnseite des ersten Dichtungskolbens 2 mündet.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 eine zweite Zusatzförderleitung 14,
die sowohl den ersten Randdichtungskolben 8 und beide Dichtungskolben 2, 4 durchsetzt,
und mit ihrer offenen Stirnseite vor dem zweiten Randdichtungskolben 10 mündet.
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Die
vorstehend genannten Bauteile der Vorrichtung 1 sind in
der Perspektivansicht von 3 dargestellt.
Sowohl die beiden Dichtungskolben 2, 4 als auch
die beiden Randdichtungskolben 8, 10 sind jeweils
aus einem im Wesentlichen starren zylindrischen Körper
ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der Dichtungskolben
und der Randdichtungskolben gleich gewählt ist. Auf den
beiden Dichtungskolben 2, 4 und den beiden Randdichtungskolben 8, 10 ist
jeweils eine mantelförmige flexible Schicht befestigt,
die aus einem offenzelligen Schaumgummi hergestellt ist. Die Schicht 16 für
einen entsprechenden Dichtungskolben 2, 4 und
die Schicht 18 für einen entsprechenden Randdichtungskolben 8, 10 werden
auf einem jeweiligen Dichtungskolben bzw. auf einem jeweiligen Randdichtungskolben
dadurch befestigt, dass die stirnseitigen Randplatten 3 der
Dichtungskolben bzw. der Randdichtungskolben in Bezug auf eine mittige
Mantelfläche einen leicht erhöhten Durchmesser
aufweisen. Somit sind die flexiblen Schichten 16, 18 axial
(bezüglich der Längsachse 9 der Vorrichtung 1)
auf den Dichtungskolben fixiert. In 3 nicht
zu erkennen sind Hülsen, auf denen die genannten flexiblen
Schichten 16, 18 jeweils verklebt sind. Die Befestigung
der flexiblen Schichten 16, 18 auf den jeweiligen
Dichtungskolben 2, 4 erfolgt geeignet durch ein
Aufschieben dieser Hülsen auf die Dichtungskolben, wobei
ein Innendurchmesser dieser Hülsen an den Aussendurchmesser
der Dichtungskolben angepasst ist. Es ist vorgesehen, dass die stirnseitigen
Randplatten 3 von den Dichtungskolben 2, 4 abgenommen
werden können, so dass ein Aufschieben der Hülsen
auf die Dichtungskolben möglich ist. Ein anschließendes
Befestigen der Randplatten 3 an dem jeweiligen Dichtungskolben 2, 4 gewährleistet
eine axiale Befestigung der Hülse bzw. der flexiblen Schicht
auf dem Dichtungskolben 2, 4. Sollte ein Austauschen
einer flexiblen Schicht 16, 18 erforderlich sein,
so kann dies einfach dadurch erfolgen, dass nach einer Demontage
der Randplatte 3 die Hülse, mit der die flexible
Schicht verklebt ist, von dem Dichtungskolben heruntergeschoben
wird.
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Die
Vorrichtung 1 dient dazu, in ein Filterrohr eines Filterrohrbrunnens
eingeführt zu werden, um den Filterrohrbrunnen geeignet
zu reinigen und/oder zu aktivieren. In 2 ist ein
solches Filterrohr vereinfacht mit gestrichelten Linien angedeutet
und mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Es ist zu erkennen,
dass zwischen den beiden Dichtungskolben 2, 4 eine
zentrale Kammer 22 gebildet ist, die von einer Innenwandung
des Filterrohrs 20 begrenzt ist. In gleicher Weise sind
zwischen dem ersten Randdichtungskolben 8 und dem ersten
Dichtungskolben 2 eine erste Randkammer 24, und
zwischen dem zweiten Randdichtungskolben 10 und dem zweiten
Dichtungskolben 4 eine zweite Randkammer 26 ausgebildet,
wobei diese Randkammern 24, 26 ebenfalls von der
Innenwandung des Filterrohrs 20 begrenzt werden. Die Zentralförderleitung 6 ist
im Bereich der zentralen Kammer 22 perforiert ausgebildet
(3) und dient dabei als Einlaufseiher, wenn Wasser
aus der zentralen Kammer 22 herausgesaugt wird. Zwischen dem
ersten Randdichtungskolben 8 und dem ersten Dichtungskolben 2,
d. h. innerhalb der ersten Randkammer 24, ist ein ringförmiger
Seiher 28 angeordnet, wobei die erste Zusatzförderleitung 12 mit
ihrem offenen Ende in diesen Seiher 28 mündet.
Falls mittels der ersten Zusatzförderleitung 12 Wasser
aus der ersten Randkammer 24 herausgesaugt wird, durchströmt
das Wasser diesen Seiher 28. In gleicher Weise ist zwischen
dem zweiten Randdichtungskolben 10 und dem zweiten Dichtungskolben 4, d.
h. innerhalb der zweiten Randkammer 26, ebenfalls ein Seiher 28 angeordnet.
Die offene Stirnseite der zweiten Zusatzförderleitung 14 mündet
in diesen Seiher 28. Die beiden Seiher 28, die
in den jeweiligen Randkammern angeordnet sind, verfügen über
ausreichend große Öffnungen bzw. Durchgangsöffnungen,
so dass auch Schmutzpartikel, die in dem Wasser enthalten sein können,
dort hindurch treten können.
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In 4 ist
die Vorrichtung 1 in einem Zustand gezeigt, wenn sie vollständig
in das Filterrohr 20 eines Filterrohrbrunnens eingeführt
ist. Die flexiblen Schichten 16, 18, die außen
auf den beiden Dichtungskolben 2, 4 und den beiden
Randdichtungskolben 8, 10 befestigt sind, sind
mit ihrem Außendurchmesser geringfügig größer
als der Innendurchmesser des Filterrohrs 20 ausgebildet.
Bei einem Einführen der Vorrichtung 1 in das Filterrohr 20 werden
die flexiblen Schichten 16, 18 leicht zusammengedrückt,
so dass sie sich dicht an eine Innenwandung des Filterrohrs 20 anschmiegen.
Bei einem Kontakt mit Brunnenwasser füllen sich die Poren
der flexiblen Schichten 16, 18, so dass sich eine
ausreichende Dichtwirkung zwischen einer Außenumfangsfläche
der beiden Dichtungskolben 2, 4 bzw. der beiden
Randdichtungskolben 8, 10 und der Innenwandung
des Filterrohrs 20 einstellt.
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Alternativ
zu der in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsform können zumindest einer oder beide
Dichtungskolben 2, 4 und zumindest einer oder
beide Randdichtungskolben 8, 10 auch als zylinderförmige
Schlauchkörper ausgebildet sein, die aus einem flexiblen
Material bestehen. Diese Schlauchkörper lassen sich mit
einem Fluid, z. B. Druckluft oder Wasser befüllen. Zweckmäßigerweise
erfolgt ein Befüllen dieser Schlauchkörper durch
geeignete Leitungen für Druckluft oder Wasser, die mit
den Dichtungskolben bzw. den Randdichtungskolben verbunden sind.
Eine Veränderung des Drucks innerhalb der Schlauchkörper
bewirkt eine Veränderung des Aussendurchmessers der Dichtungskolben
bzw. der Randdichtungskolben. Durch eine Erhöhung des Innendrucks
in den Schlauchkörpern wird ein geeignetes Abdichten gegenüber
dem Filterrohr 20 erzielt, wobei eine Verminderung des
Innendrucks in den Schlauchkörpern ein Verschieben der
Vorrichtung relativ zum Filterrohr 20 ermöglicht.
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4 verdeutlicht,
dass sich die Gesamtlänge L der Vorrichtung 1 von
einer äußeren Stirnseite des ersten Randdichtungskolbens 8 bis
zu einer äußeren Stirnseite des entgegengesetzten
zweiten Randdichtungskolbens 10 bemisst. Eine Länge
l1 der beiden Dichtungskolben 2, 4 ist
im Wesentlichen gleich. Eine Höhe h der zentralen Kammer 22 entspricht
im Wesentlichen der Länge l1 eines
jeweiligen Dichtungskolbens 2, 4. Die beiden Randdichtungskolben 8, 10 weisen
jeweils eine Länge l2 auf, die
in Bezug zur Gesamtlänge L der Vorrichtung 1 einen nur
geringen Wert annimmt. Gleiches gilt für eine Höhe
h' einer jeweiligen Randkammer 24, 26. Die Höhe
h' beträgt weniger als in etwa 10% der Gesamtlänge
L der Vorrichtung 1.
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4 zeigt
die Vorrichtung 1 von 2, wenn
diese in das Filterrohr 20 eines Filterrohrbrunnens vollständig
eingeführt ist. Der Brunnen weist einen Bohrlochrand 30 auf,
der einen Ringraum 32 umschließt. Der Ringraum 32 ist
mit Filterkies bzw. -sand ausgebaut, wobei außerhalb des
Ringraums 32 natürliches Gebirge 34 bzw.
der Grundwasserleiter angrenzt. Innerhalb des Ringraums 32 ist
das Filterrohr 20 eingesetzt, das für eine erforderliche
Wasserdurchlässigkeit zum Beispiel mit Schlitzen ausgebildet
ist. Die Vorrichtung 1 wird innerhalb des Filterrohrs 20 mittels
der Zentralförderleitung 6 längsverschieblich
bewegt, wobei hierzu die Zentralförderleitung 6 ausreichend
druck- und zugfest ausgebildet ist. Die Zentralförderleitung 6 ist
zusammen mit den beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 zentrisch
innerhalb des Filterrohrs 20 gebündelt geführt,
so dass ein Scheuern oder dergleichen an einer Innenwand des Filterrohrs 20 verhindert
ist. Die Zentralförderleitung 6 ist zusammen mit
den beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 aus
dem Filterrohr 20 nach außen geführt und
steht dort mit einer (nicht gezeigten) Pumpeinrichtung in Verbindung.
Mittels der Pumpeinrichtung kann Wasser über die Zentralförderleitung 6 bzw.
die beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 aus
der zentralen Kammer 22 bzw. aus den beiden Randkammern 24, 26 herausgefördert
oder aber dort hineingepumpt werden, was nachstehend noch im Detail
erläutert ist.
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In 2 nicht
dargestellt sind ein oder mehrere starre oder flexible Rohre, welche
durch die gesamte Vorrichtung 1 in Längsrichtung
geführt sind und als Durchlass für im Brunnenrohr
befindliches Wasser beim Ein- und Ausfahren der Vorrichtung 1 aus
dem Filterrohr 20 dienen, sofern die Dichtungen passgerecht
aus flexiblem Dichtungsgummi oder Material mit ähnlichen
Eigenschaften hergestellt sind. Sofern die Dichtungskolben 2, 4 und
ggf. auch die Randdichtungskolben 8, 10 als druckhaltende
formveränderliche zylinderringförmige Gummiblasen
ausgeführt sind, sind die Durchlassrohre oder -schläuche
nicht erforderlich.
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf 5 ein Verfahren mit einem ersten
Betriebsmodus erläutert, mittels dessen der Filterrohrbrunnen
mit der Vorrichtung 1 gereinigt bzw. aktiviert wird.
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Nachdem
die Vorrichtung 1 vollständig in den Filterrohrbrunnen
eingeführt und damit in Brunnenwasser eingetaucht ist,
wird mittels der Pumpeinrichtung an die Zentralförderleitung 6 ein
Unterdruck angelegt, infolgedessen aus der zentralen Kammer 22 Wasser
herausgesaugt wird (Pfeil A in 5). Wie
in 5 durch Pfeile I kenntlich gemacht, strömt
hierbei Grundwasser aus dem anstehenden Gebirge 34 direkt
in radialer Richtung durch den Ringraum 32 bzw. die darin
enthaltene Filterkiesschicht bis hinein in die zentrale Kammer 22,
um nach Durchtritt durch den perforierten Abschnitt der Zentralförderleitung 6 nach oben
bzw. aussen ausgetragen zu werden.
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Gleichzeitig
mit dem Heraussaugen von Wasser aus der zentralen Kammer 22 wird
Wasser durch die beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 (5:
Pfeile B) aus den beiden Randkammern 24, 26 in
den Filterrohrbrunnen hinein injiziert. Hierdurch entsteht zwischen
einer jeweiligen Randkammer 24, 26 und der zentralen
Kammer 22 eine Zirkulationsströmung, bei der das
aus der entsprechenden Randkammer 24, 26 injizierte
Wasser den Filterkiesringraum, der an eine jeweilige Randkammer
bzw. einen jeweiligen Dichtungskolben angrenzt, durchströmt,
und gleichzeitig die Durchströmung dieses Filterkiesringraums
mit dem oberhalb und unterhalb der Vorrichtung 1 in das
Filterrohr 20 eingetretenen Grundwassers, das unmittelbar
vor dem Randdichtungskolben 8, 10 wieder in den
Filterkiesringraum 32 austritt, behindert. Die vorstehend
genannte Zirkulationsströmung zwischen den Randkammern 24, 26 und
der zentralen Kammer 22 bilden dabei eine hydraulische
Sperrschicht, die in 5 mit strichpunktierten Linien
dargestellt und mit Pfeilen II bezeichnet ist. Entsprechend wird
wie in 5 durch den Pfeil III angedeutet das Grundwasser,
welches von oberhalb und unterhalb der jeweiligen Randdichtungskolben 8, 10 zusätzlich
in die zentrale Kammer 22 eintritt, radial nach außen
gedrängt, und spült dadurch radial weiter entfernt
liegende Bereiche der Filterkiesschüttung und/oder den
daran angrenzenden Grundwasserleiter in Form des Gebirges 34.
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Das
zusätzliche Wasser, welches über die beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 in
die beiden Randkammern 24, 26 hineingefördert
bzw. injiziert wird, kann anteilig aus dem Wasser bestehen, welches
zuvor mittels der Zentralförderleitung 6 aus der zentralen
Kammer 22 herausgesaugt worden ist. Das mittels der Zentralförderleitung 6 heraus
geförderte Wasser wird durch eine (nicht gezeigte) externe
Filtereinrichtung geeignet gefiltert und anschließend durch
die beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 in
die Vorrichtung 1 zurückgepumpt. Hierdurch lässt
sich vorteilhaft der erforderliche Gesamtwasserbedarf verringern.
Mittels der externen Filtereinrichtung, die ausserhalb der Vorrichtung 1 und über
Tage angeordnet ist, werden Verschmutzungen bzw. Schmutzpartikel
aus dem Wasser, das aus dem Brunnen heraus gepumpt wird, herausgelöst.
Entsprechend wird dadurch ein erneutes Eintragen dieser Schmutzpartikel hinein
in den Brunnen verhindert.
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Das
gleichzeitige Heraussaugen von Wasser aus der zentralen Kammer 22 und
das Hineinfördern von Wasser aus den Randkammern 24, 26 hinein
in den Filterrohrbrunnen bewirkt eine verstärkte radiale Tiefenwirkung
der Reinigung bzw. Aktivierung des Brunnens. Diese Reinigungswirkung
wird zusätzlich durch die verhältnismäßig
große Länge l1 der beiden Dichtungskolben 2, 4 unterstützt,
welche Länge l1 ungefähr
ein Drittel der Gesamtlänge L der Vorrichtung 1 betragen
kann. Hierdurch ist das Grundwasser gezwungen, zumindest eine Strecke,
die der Länge l1 entspricht, an
den Dichtungskolben 2, 4 vorbeizuströmen
und dabei den Filterkiesringraum 32 zu reinigen. Im Ergebnis
wird hierdurch ein intensives Austragen von transportfähigen
Feststoffen aus dem Porenraum des Korngerüsts von Kiesschüttungen
an einem Brunnen und des angrenzenden Gebirges mit radial besonders
großer Reichweite erzielt.
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In
Bezug auf die Zirkulationsströmung II von 5 versteht
sich, dass diese auch bei einer Strömungsumkehr zwischen
der zentralen Kammer 22 und den beiden Randkammern 24, 26 realisierbar
ist. Anders ausgedrückt, kann mittels der Pumpeinrichtung
Brunnenwasser auch aus den beiden Randkammern 24, 26 über
die beiden Zusatzförderleitungen 12, 14 herausgesaugt
werden, wobei gleichzeitig Wasser durch die Zentralförderleitung 6 aus
der zentralen Kammer 22 in den Brunnen hineingepumpt wird.
Die in 5 gezeigten Pfeile A, B gelten dann in umgekehrter
Richtung. Auch hierbei kann ein Anteil des Wassers, welches aus
den beiden Randkammern 24, 26 herausgesaugt worden
ist, nach einer geeigneten Filterung wieder über die Zentralförderleitung 6 in
die zentrale Kammer 22 hineingepumpt werden.
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Das
Betreiben der Vorrichtung 1 in dem ersten Betriebsmodus
gemäß 5 kann derart durchgeführt
werden, dass dabei die Vorrichtung 1 kontinuierlich innerhalb
des Filterrohrs 20 verschoben wird. Dies setzt voraus,
dass an den Außenumfangsflächen der Dichtungskolben 2, 4 und
der Randdichtungskolben 8, 10 die flexiblen Schichten 16, 18 befestigt
sind, durch die ein fortwährender Gleitkontakt mit der
Innenwandung des Filterrohrs 20 möglich ist.
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Alternativ
kann der erste Betriebsmodus dergestalt durchgeführt werden,
dass die Vorrichtung 1 bei eingestellter Zirkulationsströmung
wie in 5 gezeigt in Ruhe verbleibt und nicht innerhalb
des Filterrohrs 20 verschoben wird. Nach einer vorbestimmten
Zeit wird dann die Vorrichtung 1 in Richtung der Brunnenlängsachse
um eine Strecke verschoben, die zumindest der Höhe h der
zentralen Kammer 21 entspricht. Nach dem Verschieben in
diese neue Betriebsposition wird anschließend erneut die
Zirkulationsströmung wie vorstehend erläutert
eingestellt.
-
Nach
einer weiteren Alternative, falls z. B. zur Behandlung des Brunnens
weniger Zeit zur Verfügung steht, kann die Vorrichtung 1 ausgehend
von einer ersten Betriebsposition, bei der die Zirkulationsströmung
gemäß 5 eingestellt worden ist, entlang
der Brunnenlängsachse um eine Strecke verschoben werden,
die ungefähr dem dreifachen Betrag der Höhe h
der zentralen Kammer 22 entspricht. In dieser neu eingestellten
Betriebsposition gelangt die der zentralen Kammer 22 abgewandte
Stirnseite des zweiten Dichtungskolbens 4 an die Stelle,
an der in der vorhergehenden Betriebsposition die der zentralen
Kammer 22 abgewandte Stirnseite des ersten Dichtungskolbens 2 angeordnet
gewesen ist. Infolge der Zirkulationsströmung ist auch
hierbei eine ausreichende Behandlung eines jeden Abschnitts des
Filterkiesringraums 32 des Filterrohrbrunnens gewährleistet.
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Beim
ersten Betriebsmodus kann dem zur Einrichtung der Zirkulationsströmung
injizierten Wasser eine chemische Reinigungslösung beigemischt werden,
um chemisch auflösbare Anhaftungen an den Filterkörnern
und/oder am Filterrohr oder die Poren verklebende Ablagerungen aufzulösen
und auszutragen. Dies kann z. B. mittels einer Dosiereinrichtung
in der Pumpeinrichtung erfolgen. Das Beimischen einer solchen chemischen
Reinigungslösung ist insbesondere bei der Reinigung von
Sanierungsbrunnen von Vorteil, die zum Abpumpen im Grundwasser befindlicher
fluider Verschmutzungen, die teils auch sehr zähflüssig
sein können, betrieben werden. Der besondere Vorteil und
die Abgrenzung zu herkömmlichen Brunnenreinigungsverfahren
ergibt sich daraus, dass die reinigende Zirkulationsströmung
mit dem beigefügten chemischen Reinigungsmittel außen
von einer Wasser-Schutz-Strömung umschlossen wird, welche
verhindert, dass das chemische Reinigungsmittel in den Grundwasserleiter
abdriftet und ggf. nicht wieder rückgefördert
werden kann.
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Mittels
der Vorrichtung 1 ist es nicht nur möglich, Feststoffe
aus dem Filterkiesringraum 32 auszutragen, sondern auch
eine Auflösung von Kornanhaftungen zu bewirken, insbesondere
in dem an den Ringraum 32 angrenzenden Gebirge 34.
Hierzu wird die Vorrichtung 1 in einem zweiten Betriebsmodus des
erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben, wie nachstehend
unter Bezugnahme auf die 6a und 6b erläutert.
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In 6a ist
eine erste Phase (”Phase 1”) des zweiten Betriebsmodus
dargestellt. Hierbei wird Wasser aus der ersten und zweiten Randkammer 24, 26 radial
nach außen in den Filterrohrbrunnen injiziert. Die Strömungen,
die sich hierdurch radial aus den Randkammern 24, 26 heraus
einstellen, sind in 6a jeweils durch die Bereiche
IV kenntlich gemacht. Diese Strömungsbereiche IV bilden
in Bezug auf den Bereich des Filterrohrbrunnens, der radial an die
beiden Dichtungskolben 2, 4 und an die zentrale Kammer 22 angrenzt,
eine hydraulische Begrenzung in axialer Richtung, d. h. parallel
zur Brunnenlängsachse. Zusätzlich wird durch die
Zentralförderleitung 6 aus der zentralen Kammer 22 heraus
eine Reinigungslösung in den Brunnen injiziert (in 6a durch die
Pfeile V angedeutet), der eine chemische Substanz zur Auflösung
von Kornanhaftungen beigemischt sein kann. Infolge der durch die
Strömungsbereiche IV bewirkte hydraulischen Sperren wird
die Reinigungslösung, die aus der zentralen Kammer 22 in
Phase 1 ausgetragen wird, radial sehr weit in den Filterkiesringraum 32 und
das Gebirge 34 hineingedrückt, da ein axiales
Abdriften infolge der hydraulischen Sperrwirkung durch die Strömungsbereiche
IV nicht möglich ist.
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In
einer zweiten Phase (6b: ”Phase 2”) des
zweiten Betriebsmodus wird die Strömungsrichtung in Bezug
auf die zentrale Kammer 22 umgekehrt. Dies bedeutet, dass
nun mittels der Pumpeinrichtung ein Unterdruck an die Zentralförderleitung 6 angelegt
wird, infolge dessen Wasser und damit auch die zuvor eingebrachte
Reinigungslösung aus der zentralen Kammer 22 herausgesaugt
werden. In 6b ist das Hineinströmen
von Wasser (bzw. Reinigungslösung) radial hinein in die
zen trale Kammer 22 durch Pfeile kenntlich gemacht. Obschon
in 6b nicht gezeigt, ist es zusätzlich möglich,
in der zweiten Phase 2 Wasser aus dem Filterrohrbrunnen gleichzeitig
auch über die Randkammern 24, 26 abzusaugen.
Hierdurch ist ein zuverlässigeres Entfernen des zuvor eingebrachten
Reinigungsmittels einschließlich einer eventuell beigemischten
chemischen Substanz gewährleistet.
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Bezüglich
der ersten Phase des zweiten Betriebsmodus versteht sich, dass die
Injektionsraten, in denen Wasser aus den beiden Randkammern 24, 26 und
die Reinigungslösung aus der zentralen Kammer 22 in
den Brunnen hinein befördert werden, in Abhängigkeit
von der Brunnengeometrie, der Durchlässigkeitskontrastwerte
und der Position der Vorrichtung 1 innerhalb des Brunnenfilters
relativ zu dessen Ober- und Unterkante zu bemessen sind. Die Menge an
Reinigungsmittel richtet sich nach der vorgesehenen radialen Eindringtiefe,
die dafür erzielt werden soll. Sofern die gesamte Menge
an Reinigungsmittel bzw. des damit angereicherten Wassers in der
zweiten Phase 2 des zweiten Betriebsmodus zurückgefördert
werden soll, ist ebenfalls das natürliche Fließgefälle
im Grundwasserleiter bei der Bemessung der Injektionswassermenge
und ggf. einer Einwirkzeit vor Beginn des Rückpumpens sowie
die mögliche Rückpumprate zu beachten.
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Die
Behandlung des Filterbrunnens nach dem Betriebsmodus gemäß 6 kann in gleicher Weise wie nach dem
ersten Betriebsmodus gemäß 5 abschnittsweise
durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung 1 zur
Durchführung der ersten und zweiten Phase des zweiten Betriebsmodus
an einer bestimmten Position innerhalb des Filterrohrs 20 verbleibt.
Anschließend kann die Vorrichtung 1 in eine neue
Betriebsposition innerhalb des Filterrohrs verschoben werden, nämlich
zumindest um eine Strecke, die einer Höhe h der zentralen Kammer 22 entspricht.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Vorrichtung 1 gezielt
zu einem bestimmten Abschnitt des Filterrohrbrunnens zu verschieben, für
den ein besonders hoher Verschmutzungsgrad vermutet wird bzw. festgestellt
worden ist.
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Insbesondere
bei der Regenerierung von Brunnenfiltern kann es zweckmäßig
sein, die Vorrichtung 1 nacheinander in dem ersten Betriebsmodus und
dem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, um hierdurch unterschiedliche
Ursachen der Alterung des Brunnenfilters nacheinander oder auch
gleichzeitig zu beseitigen.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt,
die sich zur Verwendung in einem horizontalen Filterstrang 35 eignet.
Durch ein auf die Spitze gestelltes Dreieck 41 ist in 7 der Grundwasserspiegel
markiert. Der grundsätzliche Aufbau dieser Ausführungsform
und ihre Funktionsweise entsprechen der Ausführungsform
gemäß der 1–6. Der horizontale Filterstrang 35 mündet
in einem Schachtbrunnen 36. In gleicher Weise wie der in den 4 bis 6 erläuterte Brunnen weist der
Filterstrang 35 ein Filterrohr 20 auf, in welchem
die Vorrichtung 1 längsverschieblich ist.
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Wegen
der räumlichen Abmessungen des Brunnenschachtes 36 ist
die Länge der in das Filterrohr 20 einführbaren
Teile der Vorrichtung 1 begrenzt. Falls die räumlichen
Abmessungen des Brunnenschachtes 36 es erfordern, kann
die Vorrichtung 1 aus geeigneten Teilstücken bestehen,
die erst beim Einführen in das Filterrohr miteinander montiert
werden. Diese Teilstücke können aus den Dichtungskolben 2, 4 und
den Randdichtungskolben 8, 10 gebildet sein, wobei
geeignete Verbindungmittel vorgesehen sind, die einen definierten
Abstand der Kolben zueinander gewährleisten. Die Zentralförderleitung
besteht hierbei aus einer flexiblen Leitung 6', die aus dem
Schachtbrunnen heraus zu dessen Öffnung geführt
ist. Über Tage ist die flexible Leitung 6' mit
der (in 7 vereinfacht gezeigten) Pumpeinrichtung 37 verbunden.
Ungeachtet der flexiblen Eigenschaft erfüllt die Zentralförderleitung 6' die
gleiche Funktion wie bei der Ausführungsform gemäß der 1–6, nämlich die Bereitstellung
einer Fluidverbindung zwischen der zentralen Kammer 22 und
der Pumpeinrichtung 37.
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An
der Vorrichtung 1 ist ein Gestänge 38 befestigt,
mittels dessen die Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 20 bzw.
in Längsrichtung des horizontalen Filterstrangs 35 verschoben
werden kann. Das Gestänge 38 ist an einer äusseren
Stirnseite des Randdichtungskolbens 8 mittels einer Kupplung 39 angebracht.
Mittels der Kupplung 39 kann das Gestänge 38 an
dem Randdichtungskolben 8 montiert bzw. davon demontiert
werden. Die Kupplung 39 gewährleistet eine zug-
und druckstabile Verbindung des Gestänges 38 mit
der Vorrichtung 1, wobei sich das Gestänge 38 bei
Bedarf von der Vorrichtung 1 abmontieren lässt.
Beim Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb des horizontalen
Filterstrangs 35 wird die flexible Zentralförderleitung 6' geeignet
mitgeführt.
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Das
Gestänge 38 kann aus einzelnen Gestängeelementen
bestehen, die sich starr miteinander verbinden lassen, z. B. mittels
Schraubmuffen 40. Der Aufbau des Gestänges 38 aus
solchen einzelnen Gestängeelementen erleichtert das Einführen
in den horizontalen Filterstrang.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 8120151
U [0004]
- - DE 8120151 [0005]