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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen
von Brunnen.
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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 und dem Bohrlochrand 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 eines Brunnens 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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Im
DVGW-Merkblatt W 119 sind bekannte Entnahmekammern zur Intensiv-Entsandung
beschrieben. Bezüglich dieser Entnahmekammern wird eine
ausreichende radiale Anströmung der Kammeröffnung
angenommen. Zur geometrischen Begrenzung der Kammeröffnung
im Filterrohr werden an deren Enden Dichtungskörper benötigt,
die entweder als Dichtungsscheiben oder als volumenveränderliche
(aufblasbare) Ringschläuche ausgebildet sind. Hierbei wird
einer Längserstreckung dieser Dichtungskörper
bzw. ihrer Länge in Relation zur Länge der offenen
Kammer keine Bedeutung beigemessen. Stattdessen wird bezüglich
dieser Dichtungskörper lediglich deren Dichtwirkung innerhalb
des Filterrohrs zur Begrenzung der Arbeits- bzw. Entnahmekammern
als wichtig eingestuft.
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Herkömmliche
Vorrichtungen zur Reinigung von Brunnen, 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. Weitere bekannte
Vorrichtungen, zum Beispiel nach
DE 40 17 013 C2 oder auch
DE 38 44 499 C1 , dienen
zur Reinigung einer Kieshinterfüllung und des angrenzenden
Gebirges im radialen Umfeld eines Bohrbrunnens, wobei durch Verwendung
von Pumpen und voneinander abgegrenzten Kammern eine Zirkulationsströmung
zwischen mehreren Kammern erzeugt wird. Dies verfolgt den Zweck,
zwischen den im Brunnenfilterrohr abgegrenzten Kammern außerhalb
eine Durchspülung des Porenraums in Filterkies und im angrenzenden
Gebirge zu bewirken, um dadurch an den Kieskörnern anhaftende
Verschmutzungen und Ablagerungen aufzulösen. Dies kann
bei Bedarf durch Zugabe von chemischen Reinigungsmitteln begleitet
sein.
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Bei
allen Entnahmekammern von bekannten Vorrichtungen ergibt sich unabhängig
davon, mit welcher Art von Dichtungskörpern sie begrenzt
sind, ein Problem aus dem Sachverhalt, dass die Kammerförderrate
nicht automatisch immer in zwei gleich große Anteile QO und QU sowie einen
geringeren radial zuströmenden Anteil Qr aufgeteilt
wird. Die Aufteilung der Kammerförderrate ausschließlich
des radial zuströmenden Anteils Qr in
zwei gleich große Anteile QO =
QU tritt näherungsweise nur dann
selbständig ein, wenn sich die Entnahmekammer genau in
der Mitte eines Brunnenfilters befindet und außerdem auch
der Filter sich in der Mitte einer hydraulisch zusammenhängend
wirkenden Grundwasserleiterschicht mit annähernd einheitlicher
Durchlässigkeit befindet. Eine solche Situation ist in 1 dargestellt.
Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass sich diese Situation praktisch
selten bzw. überhaupt nicht einstellt. Grundsätzlich
ist davon auszugehen, dass natürliche Grundwasserleiter
infolge ihrer erdgeschichtlichen Genese immer geschichtet und demzufolge
schichtweise durch unterschiedliche Durchlässigkei ten gekennzeichnet
sind. Die Länge von Brunnenfiltern wird regelmäßig
in Abhängigkeit davon gewählt, wie dies zur Entnahme
der gewünschten Wassermenge technisch erforderlich ist.
Zweckmäßigerweise werden diese Filterlängen
dann im Bereich der am besten durchlässigen Schichten des
Brunnens angeordnet. Folglich ist nur ein Teil eines vom Grundwasser
hydraulisch zusammenhängend durchströmten Grundwasserleiters
als Brunnenfilter ausgebaut, wobei ein restlicher Teil des Grundwasserleiters
unausgebaut bleibt. Bei der Entnahme von Grundwasser durch einen
solchen, auch als ”unvollkommen ausgebaut” bezeichneten
Brunnenfilter wird dieser über seine Längserstreckung
unterschiedlich intensiv angeströmt. Falls sich in der
Mitte dieses Filters eine Entnahmekammer befindet, die den im oberen
Abschnitt des Brunnenfilters eintretenden Wasserstrom von dem im
unteren Abschnitt einströmenden Wasserstrom trennt, wobei
diese Teilströme erst nach dem Umströmen der Kammerbegrenzungen
vereint werden, so versteht sich von selbst, dass aufgrund der Asymmetrie
der Strömungsräume und auch der unterschiedlichen
Durchlässigkeiten im Gebirge diese Teilströme
QO und QU immer
verschieden voneinander sind. Diese Situation ist in 2 dargestellt.
Diese Unterschiedlichkeit zwischen den Teilströmen QO und QU kann extreme
Werte dahingehend annehmen, dass jeweils einer der beiden Teilströme
einen situationsspezifischen Maximalwert annimmt und der andere
Teilstrom sich dem Wert Null nähert.
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Entsprechend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aktivieren
oder Reinigen von Brunnen zu schaffen, bei der sich eine automatische
Steuerung von Volumenströmen oberhalb und unterhalb einer
Entnahmekammer einstellt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aktivieren oder
Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr umfasst einen
ersten und einen zweiten Volumenkörper, die mit ihrem Außendurchmesser
im Wesentlichen an den Innen durchmesser des Filterrohrs angepasst
und an ihrer Außenumfangsfläche radial bezüglich
der Brunnenlängsachse flexibel ausgebildet sind, so dass
eine Dichtwirkung zwischen den Außenumfangsflächen
der jeweiligen Volumenkörper und der Innenwandung des Filterrohrs steht.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Volumenkörper und der
Innenwandung des Filterrohrs ist eine Entnahmekammer gebildet, die
mit einer Pumpeinrichtung hydraulisch verbunden werden kann. Die Vorrichtung
weist zumindest ein Ausgleichsrohr auf, das die Entnahmekammer in
Längsrichtung der Vorrichtung vollständig durchsetzt,
so dass eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen gegeben ist,
die jeweils an die zur Entnahmekammer entgegengesetzten äußeren
Stirnseiten der beiden Volumenkörper angrenzen.
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Mittels
des Ausgleichsrohrs wird ein Wasservolumenstrom, der einen im Filterrohr
des Brunnens angeordneten Volumenkörper anströmt,
auf einen Bereich des Filterrohrs hinter dem entgegengesetzten anderen
Volumenkörper verteilt, der ggf. mit einem geringeren Wasservolumenstrom
angeströmt wird. Falls sich im Extremfall infolge einer
Position eines Volumenkörpers an einer undurchlässigen
Begrenzungsschicht des Grundwasserleiters die Anströmung
dieses Volumenkörpers dem Wert Null nähert, so
wird der Wasservolumenstrom, mittels dessen der entgegengesetzte
andere Volumenkörper angeströmt wird, im Wesentlichen
halbiert, indem das Ausgleichsrohr zur Erzielung eines Strömungsausgleichs
die jeweils an die zur Entnahmekammer entgegengesetzten äußeren
Stirnseiten der beiden Volumenkörper hydraulisch miteinander
verbindet. Anders ausgedrückt, bewirkt das Ausgleichsrohr
bei einer ungleichmäßigen Anströmung
der Vorrichtung einen selbsttätigen Druck- bzw. Volumenstromausgleich
zwischen den Bereichen des Filterrohrs oberhalb und unterhalb der
Vorrichtung, wobei die Teilströme oberhalb bzw. unterhalb
des ersten/zweiten Volumenkörpers in etwa den gleichen
Wert annehmen.
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Die
Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
dem vorstehend erläuterten Ausgleichsrohr für
eine Porenreinigung des ein Filterrohr umgebenden Korngemisches
gewährleistet in jeder Arbeitsposition der Vorrichtung
innerhalb des Filters und in jedem beliebig im Grundwasserleiter
angeordneten Filterrohr eine nahezu gleichartig intensive Reinigungswirkung
gegenüber beiden Kammerbegrenzungen, indem das Ausgleichsrohr
eine selbsttätige Saugstromsteuerung zwischen den Bereichen angrenzend
an die äußeren Stirnseiten der beiden Volumenkörper
bewirkt. Eine solche selbsttätige Saugstromsteuerung gewährleistet
ohne weitere Maßnahmen, dass die Teilströme, welche
die beiden Kammerbegrenzungen in Form der Volumenkörper vertikal
im Filterkiesringraum umströmen, stets annähernd
gleich groß sind. Anders ausgedrückt, wird die für
diese beiden Teilströme insgesamt im Brunnenfilterrohr
zur Verfügung stehende Wassermenge in jeder Betriebssituation
der Vorrichtung annähernd gleichartig auf die beiden Teilströme
QO und QU aufgeteilt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Förderleitung
in die Entnahmekammer münden, welche Förderleitung
mit der Pumpeinrichtung verbunden werden kann. Die Pumpeinrichtung erzeugt
in der Förderleitung einen Unterdruck, so dass Wasser aus
der Entnahmekammer heraus und durch die Förderleitung über
Tage gefördert wird. Somit gewährleistet die Pumpeinrichtung
in Verbindung mit der Förderleitung, dass es zu einem Wasseraustrag
aus der Entnahmekammer der Vorrichtung kommt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Förderleitung
den ersten Volumenkörper durchsetzen, so dass der erste
Volumenkörper die Förderleitung umschließt.
Dies hat den Vorteil einer besonders platzsparenden Anordnung der
Förderleitung innerhalb des ersten Volumenkörpers. Überdies wird
die Förderleitung durch den ersten Volumenkörper
gegenüber dem Filterrohr radial nach außen abgeschirmt,
so dass eventuellen Schädigungen oder dergleichen vorgebeugt
ist.
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Das
Ausgleichsrohr, welches die Entnahmekammer in Längsrichtung
der Vorrichtung vollständig durchsetzt, führt
neben dem erläuterten Druckausgleich im Betrieb der Vorrichtung
zu dem weiteren Vorteil, dass sich die Vorrichtung vor ihrer Inbetriebnahme
leichter bzw. mit geringerem Widerstand in das Filterrohr des Filterrohrbrunnens
einführen lässt. In Folge der hydraulischen Verbindung
zwischen den Bereichen angrenzend an die äußeren
Stirnseiten der beiden Volumenkörper erfolgt eine Bewegung bzw.
Verschiebung der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs nicht gegen
einen Wasserwiderstand, sondern lediglich gegen einen Reibungswiderstand,
der aus dem Kontakt der Außenumfangsflächen der
beiden Vo lumenkörper mit dem Filterrohr resultiert. Wegen
des Durchlasses des Ausgleichsrohrs entsteht nämlich keine
Kolbenfunktion der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs, wodurch
der Wasserwiderstand bei einer Verschiebung der Vorrichtung erheblich
vermindert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der erste Volumenkörper
an seiner zur Entnahmekammer entgegengesetzten äußeren
Stirnseite offen sein. Gleiches gilt für den zweiten Volumenkörper,
der an seiner zur Entnahmekammer entgegengesetzten äußeren
Stirnseite offen sein kann. Hierdurch sind der Aufbau der Vorrichtung
bzw. die Herstellung der beiden Volumenkörper vereinfacht
und damit auch kostengünstiger.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Ausgleichsrohr
innerhalb des ersten Volumenkörpers verlaufen und in einem
Abstand zur offenen Stirnseite des ersten Volumenkörpers
enden, so dass der erste Volumenkörper von seiner offenen Stirnseite
bis zur Öffnung des Ausgleichsrohrs eine Art Auffangschale
bildet. Dies führt dazu, dass bei einem Vertikalbrunnen
Schmutzpartikel, die durch Schlitze des Filterrohrs in dieses eindringen
und auf den ersten Volumenkörper herabfallen, sich nicht
auf der oberen Stirnseite des Volumenkörpers ablagern, sondern
statt dessen in der Auffangschale aufgenommen werden. Somit ist
wirkungsvoll verhindert, dass die genannten Schmutzpartikel oder
dergleichen in die Grenzschicht zwischen der Außenumfangsfläche
des ersten Volumenkörpers und der Innenwandung des Filterrohrs
eindringen, was den Reibungswiderstand bei einer Verschiebung der
Vorrichtung innerhalb des Filterrohrs nachteilig erhöhen würde.
Alternativ kann das Ausgleichsrohr in einer an die Entnahmekammer
angrenzenden Stirnplatte des ersten Volumenkörpers münden,
so dass der erste Volumenkörper im Wesentlichen entlang
seiner gesamten Länge eine Auffangschale bildet. Dies hat
neben einer Gewichtseinsparung den Vorteil, dass das Volumen dieser
Auffangschale vergrößert ist, wodurch darin eine
größere Anzahl von Schmutzpartikeln oder dergleichen
aufgenommen werden können. Somit ist eine längere
Betriebsdauer der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrbrunnens möglich, ohne
dass die Gefahr eines Eindringens von Schmutzpartikeln in die Grenzfläche
zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Volumenkörpers und
der Innenwandung des Filterrohrs besteht. Ein Entleeren der Auffangschale – ungeachtet
ihrer Ausgestaltung – erfolgt zweckmäßigerweise
dann, wenn die Vorrichtung für Wartungszwecke oder dergleichen
aus dem Filterrohrbrunnen über Tage ausgebracht wird. Ein
Entleeren dieser Auffangschale ist zusätzlich durch das
Ausgleichsrohr gewährleistet, indem die darin abgelagerten
Feststoffe bzw. Schmutzpartikel über das Ausgleichsrohr
durch die Entnahmekammer hindurch in den Brunnensumpf nach unten
abtransportiert werden. Falls die offene Querschnittsfläche
des Ausgleichsrohrs einen relativ großen Anteil an der
Bodenfläche der Auffangschale bzw. der Stirnplatte des
ersten Volumenkörpers, die an die Entnahmekammer angrenzt,
einnimmt, so bedarf es keiner besonderen Leitvorrichtungen, um die auftreffenden
Feststoffpartikel in das Ausgleichsrohr zu befördern.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Förderleitung
innerhalb des ersten Volumenkörpers durch radiale Stützrippen
gehalten sein. Dies bewirkt einen stets gleichmäßigen
Abstand der Förderleitung zur Wandung des ersten Volumenkörpers
und verhindert somit wirkungsvoll eine Schädigung der Vorrichtung
und des Brunnenfilterrohrs.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Ausgleichsrohr
in einer an die Entnahmekammer angrenzenden Stirnplatte des zweiten
Volumenkörpers münden. Dies hat den Vorteil, dass
das Ausgleichsrohr eine vergleichsweise kurze Länge aufweist.
Dies gilt insbesondere für den Fall, dass das Ausgleichsrohr
in den jeweiligen Stirnplatten der beiden Volumenkörper
angrenzend an die Entnahmekammer mündet.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Mehrzahl von
Ausgleichsrohren vorgesehen sein, die die Entnahmekammer in Längsrichtung der
Vorrichtung vollständig durchsetzen. Durch eine solche
Mehrzahl von Ausgleichsrohren kann ein größerer
bzw. effizienterer Volumenstromausgleich zwischen den Bereichen
erzielt werden, die an die äußeren Stirnseiten
der beiden Volumenkörper angrenzen. Ein solcher Strömungsausgleich
wird dadurch weiter verbessert, dass die Ausgleichsrohre mit ihrer Innenumfangsfläche
hydraulisch möglichst glatt ausgebildet sind. Zusätzlich
sind die Anzahl und der Durchmesser der Ausgleichsroh re geeignet
so gewählt, dass zwischen den Ausgleichsrohren im zylindrischen
Raum der zentralen Kammeröffnung ein ausreichend großer
Durchströmungsquerschnitt verbleibt, der die ungehinderte
Förderung des über das Brunnenfilterrohr in die
Kammeröffnung eintretenden Wassers in die Förderleitung
gestattet. Zweckmäßigerweise entspricht hierbei
ein Abstand der Außenflächen von aneinander angrenzenden
Ausgleichsrohren zumindest einer Schlitzweite des Filterrohrs, und
insbesondere einem zweifachen Wert der Schlitzweite des Filterrohrs.
Hierdurch ist gewährleistet, dass die Feststoffpartikel,
die durch die Schlitze des Filterrohrs in die Entnahmekammer eintreten, auch
problemlos über die Förderleitung abgefördert werden
können. Der Abtransport von Feststoffpartikeln durch die
Förderleitung wird weiter dadurch verbessert, dass ein
minimaler freier Strömungsquerschnitt zwischen den Ausgleichsrohren
radial zur Längsachse der Vorrichtung zumindest einem Querschnitt
der Förderleitung entspricht. Im Ergebnis ist ein Festklemmen
von Feststoffpartikeln zwischen den Ausgleichsrohren bzw. ein Verstopfen
der Entnahmekammer zwischen den jeweiligen Ausgleichsrohren verhindert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Ausgleichsrohre
um die zentrische Mitte der Entnahmekammer herum angeordnet, wobei
diese Mitte der Entnahmekammer frei bleibt. Durch eine koaxiale
Anordnung der Förderleitung innerhalb des ersten Volumenkörpers
bezüglich der zentrischen Mitte der Entnahmekammer ist
sichergestellt, dass ein an die Förderleitung angelegter
Unterdruck sich ohne Verluste auf die Entnahmekammer überträgt, um
ein Herausfördern von Brunnenwasser sicherzustellen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung lässt sich der
Abstand der beiden Volumenkörper relativ zueinander verstellen,
so dass eine Höhe der Entnahmekammer in Richtung der Längsachse
der Vorrichtung eingestellt bzw. verändert werden kann. Zweckmäßigerweise
erfolgt dies dadurch, dass sich der erste Volumenkörper
und/oder der zweite Volumenkörper bezüglich des
Ausgleichsrohrs verschieben lassen. Durch geeignete Klemmeinrichtungen oder
dergleichen ist hierbei gewährleistet, dass der erste bzw.
zweite Volumenkörper nach einer Verschiebung bezüglich
des Ausgleichsrohrs wieder eine vorbestimmte und arretierte Posi tion
bezüglich des Ausgleichsrohrs einnehmen. Im Betrieb der
Vorrichtung ist somit sichergestellt, dass sich ein gewählter
Abstand der beiden Volumenkörper zueinander bzw. die Höhe
der Entnahmekammer nicht selbsttätig verstellen.
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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. Es zeigen:
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1 Strömungsverhältnisse
für eine herkömmliche Reinigungsvorrichtung bei
idealisierten Bedingungen eines Filterrohrbrunnens,
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2 die
Vorrichtung von 1 bei tatsächlichen
Bedingungen eines Filterrohrbrunnens, die zu ungleichmäßigen
Strömungsverhältnissen führen,
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3 eine
seitliche Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
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4 eine
perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung von 3,
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5 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 3 bzw. von 4 in
montiertem Zustand,
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6A eine
erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Perspektivansicht
von schräg oben,
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6B die
Vorrichtung von 6A in einer freigeschnittenen
Darstellung,
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6C die
Vorrichtung von 6A in einer Perspektivansicht
von schräg unten,
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7 eine
seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei Strömungsanteile in einem Filterrohrbrunnen
dargestellt sind,
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8 ein
Ersatzschaltbild bezüglich der erfindungsgemäßen
Vorrichtung von 7, zur Darstellung von hydraulischen
Widerständen,
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9 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
senkrecht zu deren Längsachse,
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10A eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Perspektivansicht
von schräg oben,
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10B die Vorrichtung von 10A in
einem Halbschnitt entlang der Längsachse,
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10C die Vorrichtung von 10A in
einer Perspektivansicht von schräg unten, und
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11 eine
seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß 10,
wobei Strömungsanteile in einem Filterrohrbrunnen dargestellt
sind.
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In
den 3 bis 5 ist der prinzipielle Aufbau
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. 3 zeigt
die Vorrichtung 10 mit ihren wesentlichen Bauteilen in
einer seitlichen Explosionsansicht. Die Vorrichtung 10 umfasst
einen ersten Volumenkörper 12 und einen zweiten
Volumenkörper 14. In Bezug auf ein Filterrohr 16 (5)
eines Filterrohrbrunnens übernehmen die beiden Volumenkörper 12, 14 die
Funktion eines Dichtungskolbens und werden nachfolgend stets als
solche bezeichnet. Die Dichtungskolben 12, 14 sind
zweckmäßigerweise jeweils aus einem im Wesentlichen
starren zylindrischen Körper ausgebildet. Jeder der beiden
Dichtungskolben 12, 14 weist an einer seiner äußeren Stirnseiten
eine Ringscheibe 17 auf. Auf den beiden Dichtungskolben 12, 14 ist
jeweils eine mantelförmige flexible Schicht 18 angeordnet,
die aus einem offenzelligen Schaumgummi hergestellt ist. Die flexible Schicht 18 ist
auf den beiden Dichtungskolben jeweils durch die Ringscheibe 17 arretiert.
Der Außendurchmesser der beiden Dichtungskolben 12, 14 ist im
Wesentlichen an einen Innendurchmesser des Filterrohrs 16 angepasst.
Der Außendurchmesser der flexiblen Schicht 18 ist
geringfügig größer bemessen als der Innendurchmesser
des Filterrohrs 16. Die Funktionsweise der flexiblen Schicht 18 ist
nachstehend noch im Detail erläutert.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst auch zumindest ein Ausgleichsrohr 20,
das an einander gegenüberliegenden Stirnplatten 22, 24 der
beiden Dichtungskolben 12, 14 befestigt ist bzw.
in diese Stirnplatten mündet. Die Stirnplatte 24 des
zweiten Dich tungskolbens 14 weist hierzu eine Öffnung 26 (4)
auf, mit der ein freies Ende des Ausgleichsrohrs 20 verbunden
ist. In gleicher Weise weist die Stirnplatte 22 des ersten
Dichtungskolbens 12 eine Öffnung 28 (5) auf,
mit der das entgegengesetzte freie Ende des Ausgleichsrohrs 20 verbunden
ist.
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5 zeigt
die Vorrichtung 10 in einer seitlichen Querschnittsansicht
im montierten Zustand, wenn beide Dichtungskolben 12, 14 an
dem Ausgleichsrohr 20 befestigt sind. Die Vorrichtung 10 dient dazu,
in ein Filterrohr 16 eines Filterrohrbrunnens eingeführt
zu werden, um den Filterrohrbrunnen geeignet zu reinigen und/oder
zu aktivieren. In 5 ist ein solches Filterrohr
vereinfacht mit gestrichelten Linien angedeutet und mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet.
Es ist zu erkennen, dass zwischen den beiden Dichtungskolben 12, 14 eine
so genannte Entnahmekammer 30 gebildet ist, die von einer
Innenwandung des Filterrohrs 16 begrenzt ist. Eine Höhe dieser
Entnahmekammer entspricht dabei einem Abstand der beiden Dichtungskolben 12, 14 mit
ihren jeweiligen gegenüberliegenden Stirnplatten 22, 24 und ist
mit h bezeichnet.
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In 5 ist
die Vorrichtung 10 in einem Zustand gezeigt, wenn sie vollständig
in das Filterrohr 16 eingeführt ist. Die flexiblen
Schichten 18, die außen auf den beiden Dichtungskolben 12, 14 befestigt sind,
sind wie vorstehend erläutert mit ihrem Außendurchmesser
geringfügig größer als der Innendurchmesser
des Filterrohrs 16 ausgebildet. Bei einem Einführen
der Vorrichtung 10 in das Filterrohr 16 werden
die flexiblen Schichten 18 infolge ihrer flexiblen Eigenschaft
radial bezüglich der Brunnenlängsachse 32 leicht
zusammengedrückt, so dass sie sich dicht an die Innenwandung
des Filterrohrs 16 anschmiegen. Bei einem Kontakt mit Brunnenwasser
füllen sich die Poren der flexiblen Schichten 18,
so dass sich eine ausreichende Dichtwirkung zwischen einer Außenumfangsfläche
der beiden Dichtungskolben 12, 14 und der Innenwandung
des Filterrohrs 16 einstellt.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst eine Förderleitung 32,
die den ersten Dichtungskolben 12 in dessen Längsachse
durchsetzt und in einer Öffnung 34 mündet,
die in der Stirnplatte 22 des ersten Dichtungskolbens 12 ausgebildet
ist. Die Förderleitung 32 ist durch radial verlaufende
Stützrippen 36 (5) innerhalb
des ersten Dich tungskolbens 12 gehalten. Die Förderleitung 32 verläuft
durch das gesamte Filterrohr 16 und ist mit einer Pumpeinrichtung 38 geeignet
hydraulisch verbunden. Bei einem Betrieb dieser Pumpeinrichtung 38 wird
innerhalb der Förderleitung 32 ein Unterdruck
erzeugt. Indem die Förderleitung 32 wie vorstehend
erläutert in der Stirnplatte 22 des ersten Dichtungskolbens 12 und
damit auch innerhalb der Entnahmekammer 30 mündet, überträgt sich
dieser Unterdruck auch auf die Entnahmekammer 30, so dass
entsprechend Brunnenwasser aus der Entnahmekammer 30 und
durch die Förderleitung 32 hindurch gefördert
werden kann. Die Pumpeinrichtung 38 kann nach verschiedenen
Förderprinzipien funktionieren und entweder über
Tage (gemäß der Darstellung von 5)
oder im Brunnen angeordnet sein.
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Sowohl
der erste Dichtungskolben 12 als auch der zweite Dichtungskolben 14 sind
an ihren äußeren Stirnseiten, die jeweils der
Entnahmekammer 30 entgegengesetzt sind, offen ausgebildet.
Dies führt dazu, dass mittels des Ausgleichsrohrs 20,
welches die Entnahmekammer 30 vollständig durchsetzt und
mit seinen beiden Enden in eine jeweilige Stirnplatte des ersten
bzw. zweiten Dichtungskolbens 12, 14 mündet,
eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen gegeben ist,
die jeweils an die äußeren Stirnseiten der beiden
Dichtungskolben 12, 14 münden. Somit
kann ein Wasservolumenstrom von der offenen Stirnseite des ersten
Dichtungskolbens 12 durch das Ausgleichsrohr 20 zur
offenen Stirnseite des zweiten Dichtungskolbens 14 strömen,
und umgekehrt.
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Die
in 5 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10 ist dahingehend vereinfacht dargestellt,
dass lediglich ein Ausgleichsrohr 20 gegeben ist. Es kann
auch eine Mehrzahl an Ausgleichsrohren 20 vorgesehen sein,
die parallel zueinander verlaufen und die Entnahmekammer 30 entlang
der Längsachse 11 der Vorrichtung 10 durchsetzen,
um eine hydraulische Verbindung zwischen den äußeren
Stirnseiten der beiden Dichtungskolben 12, 14 zu
schaffen. Bei einer Mehrzahl von Ausgleichsrohren versteht es sich,
dass diese in jeweiligen Öffnungen münden, die
entsprechend in den Stirnplatten 22, 24 ausgebildet
sind.
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In
den 6A, 6B und 6C ist
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von Ausgleichsrohren 20 dargestellt. 6A zeigt diese
Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht von schräg
oben. Es ist deutlich zu erkennen, dass der erste Dichtungskolben 12 an
seiner oberen Stirnseite offen ausgebildet ist. Die Förderleitung 32 ist
durch die Mehrzahl von radial verlaufenden Stützrippen 36 innerhalb
des ersten Dichtungskolbens 12 gehalten und verläuft
in Längsrichtung bzw. parallel zur Längsachse 11 der Vorrichtung 10.
Die Entnahmekammer 30 zwischen den beiden Dichtungskolben 12, 14 wird
von insgesamt sechs Ausgleichsrohren 20 durchsetzt. In 6B,
die die Vorrichtung von 6A in
einem Halbschnitt entlang der Längsachse 11 zeigt,
wird deutlich, dass die Ausgleichsrohre 20 jeweils in den Dichtungskolben 12, 14 im
Bereich ihrer Stirnplatten 22, 24 münden.
Indem die Dichtungskolben 12, 14 als zylindrische
Hohlkörper ausgebildet sind, gewährleisten die
Ausgleichsrohre 20 eine hydraulische Verbindung der Bereiche,
die jeweils an die offenen äußeren Stirnseiten
der beiden Dichtungskolben angrenzen. Schließlich ist die
Vorrichtung von 6A in 6C in
einer perspektivischen Ansicht von unten gezeigt, woraus hervorgeht,
dass der zweite Dichtungskolben 14 an seiner äußeren
Stirnseite offen ausgebildet ist.
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Nachstehend
sind unter Bezugnahme auf 7 der Einsatz
der Vorrichtung 10 innerhalb eines Filterrohrbrunnens bzw.
dessen Filterrohr 16 und die dabei resultierenden Strömungsverhältnisse
im Detail erläutert. Zur Vereinfachung ist die Vorrichtung 10 in
der 7 lediglich in einem Halbschnitt entlang ihrer
Längsachse 11 dargestellt.
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In
der Darstellung von 7 ist die Vorrichtung 10 vollständig
in einen Filterrohrbrunnen bzw. dessen Filterrohr 16 eingebracht.
Das Filterrohr 16 ist von einem Ringraum 40 umgeben,
der mit einer Kiesschüttung gefüllt ist. Der Ringraum 40 ist
wiederum durch angrenzendes Gebirge 42 umgeben. Die Vorrichtung 10 wird
aus dem Gebirge 42 heraus oberhalb des ersten Dichtungskolbens 12 von
einem Wasservolumen Zu angeströmt.
Gleiches gilt für einen Bereich unterhalb des zweiten Dichtungskolbens 14,
der aus dem Gebirge 42 heraus von einem Wasservolumen Zo angeströmt wird. Mittels der Ausgleichsrohre 20 kommt
es innerhalb der Vorrichtung 10 entlang ihrer Längsachse 11 zu
einem Ausgleichsstrom QAR. Ein solcher Ausgleichsstrom
QAR durchsetzt die Ausgleichsrohre 20 und
auch die bei den als Hohlzylinder ausgebildeten Dichtungskolben 12, 14 und
schafft dadurch eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen,
die an die äußeren offenen Stirnseiten der Dichtungskolben 12, 14 angrenzen.
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Die
Dichtungskolben 12, 14 werden ausgehend von den
Bereichen, die an ihre äußeren Stirnseiten angrenzen,
entlang ihrer Längsachse in Richtung der Entnahmekammer 30 umströmt,
wobei diese Umströmung die Filterkiesschicht innerhalb
des Ringraums 40 durchsetzt und in 7 durch
Qo bzw. Qu bezeichnet
ist. Die Umströmung Qo und Qu entlang der Dichtungskolben 12, 14 tritt
deshalb ein, weil die flexible Schicht 18 an den Außenumfangsflächen der
Dichtungskolben 12, 14 eine Dichtwirkung gegenüber
einer Innenwandung des Filterrohrs 16 hervorruft. Die vorstehend
erläuterte hydraulische Verbindung mittels der Ausgleichsrohre 20 führt
dazu, dass die Strömungsanteile Qo (zur
Umströmung des oberen ersten Dichtungskolbens 12)
und QU (zur Umströmung des unteren
zweiten Dichtungskolbens 14) in etwa gleiche Werte annehmen.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Grundwasserleiter im Bereich
des Gebirges 42 ober- und unterhalb der Entnahmekammer 30 aufgrund
unregelmäßiger Gesteinszusammensetzung unterschiedliche
Strömungswiderstände vorherrschen, so dass die
Wasservolumenströme Zo und Zu unterschiedlich groß sind.
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Die
Umströmungen Qo und Qu gelangen nach
einem Vorbeiströmen an den beiden Dichtungskolben 12, 14 hinein
in die Entnahmekammer 30. Zusätzlich gelangt ein
direkter radialer Zufluss Qr aus dem Gebirge 42 durch
den Ringraum 40 hinein in die Entnahmekammer. Mittels eines
an die Förderleitung 32 angelegten Unterdrucks
wird aus der Entnahmekammer 30 ein Entnahmestrom Qk (7) entnommen
und über Tage gefördert.
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Die
Ausgleichsrohre 20 bewirken eine selbsttätige
Saugstromsteuerung, wonach eventuell unterschiedlich große
Wasservolumenströme Zo und Zu, die die Vorrichtung 10 oberhalb
bzw. unterhalb der beiden Dichtungskolben 12, 14 anströmen,
auf gleich große Umströmungen Qo und
Qu aufgeteilt werden, die außerhalb
entlang der beiden Dichtungskolben durch den Ringraum 40 in
die Entnahmekammer 30 eintreten. Dies gewährleistet
eine nahezu gleichartig intensive Reinigungswir kung im Bereich der
beiden Dichtungskolben. Die Wassermenge, die insgesamt im Brunnenfilterrohr
zur Verfügung steht, wird somit in jeder Betriebssituation
und insbesondere ohne zusätzliche Maßnahmen annähernd
gleichartig auf die beiden Teilströme in Form der Umströmungen
Qo und Qu aufgeteilt.
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Beim
Betrieb der Vorrichtung 10 ist es möglich, dass
durch die Schlitze des Filterrohrs 16 Feststoffpartikel
zusammen mit dem Grundwasser eingetragen werden. Unterhalb der Vorrichtung 10,
d. h. unterhalb des zweiten Dichtungskolbens 14 sinken solche
Feststoffe nach unten in den Brunnensumpf und können zu
einem späteren Zeitpunkt problemlos entfernt werden. Feststoffpartikel,
die oberhalb der Vorrichtung 10 in das Filterrohr 16 eingetragen
werden, sinken von oben in Richtung des ersten Dichtungskolbens 12.
Da der Dichtungskolben 12 an seiner äußeren
Stirnseite offen ist, gelangen die eingetragenen Feststoffe in das
Innere des ersten Dichtungskolbens 12, wobei sie von dort
durch das zumindest eine Ausgleichsrohr 20 hindurch in
den Brunnensumpf transportiert werden. Da die Querschnittsflächen
der Ausgleichsrohre einen relativ großen Anteil des Querschnitts
der Dichtungskolben ausmachen, bedarf es keiner besonderen Leitvorrichtungen,
um die eintretenden Feststoffpartikel in die Ausgleichsrohre und
damit hinein in den Brunnensumpf zu befördern. Das Hindurchleiten
der Feststoffpartikel durch die Ausgleichsrohre 20 nach
unten in den Brunnensumpf führt vorteilhaft dazu, dass
diese Feststoffpartikel den Betrieb der Vorrichtung 10 und
beispielsweise ein axiales Verschieben der Vorrichtung 10 innerhalb
des Filterrohrs 16 nicht beeinträchtigen.
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Die
Ausgleichsrohre 20 und die damit einhergehende hydraulische
Verbindung zwischen den äußeren offenen Stirnseiten
der beiden Dichtungskolben 12, 14 führen
zu dem weiteren Vorteil, dass sich die Vorrichtung 10 mit
geringerem Widerstand in das Filterrohr 16 des Filterrohrbrunnens
einführen lässt. Infolge der hydraulischen Verbindung
tritt nämlich keine Kolbenfunktion des unteren zweiten
Dichtungskolbens 14 innerhalb des Filterrohrs 16 ein,
so dass weniger oder kein Wasser beim Verschieben der Vorrichtung 10 innerhalb
des Filterrohrs 16 verdrängt wird. Gleiches gilt
in Bezug auf den oberen ersten Dichtungskolben 12 bei einem
axialen Verschieben der Vorrichtung 10 innerhalb des Filterrohrs 16 nach oben,
wenn die Vorrichtung 10 bereits vollständig in den
Filterrohrbrunnen eingebracht ist. Eine Bewegung der Vorrichtung 10 innerhalb
des Filterrohrs 16 erfolgt somit nicht gegen einen Wasserwiderstand, sondern
vornehmlich nur gegen einen Reibungswiderstand, der aus dem Kontakt
der flexiblen Schicht 18 mit der Innenwandung des Filterrohrs 16 resultiert.
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Bezüglich
der Darstellung in 7 ist zu verstehen, dass die
gezeigten Wasservolumenströme Zo und
Zu nur zum Zwecke der Vereinfachung im Wesentlichen
gleich groß darsgestellt sind. In der Praxis werden diese
Wasservolumenströme Zo und Zu wegen unterschiedlicher Widerstände
innerhalb des Grundwasserleiters in Form des Gebirges 42 zumeist unterschiedlich
große Werte annehmen, so dass es wie vorstehend erläutert
zu einem Druck- bzw. Strömungsausgleich durch die Ausgleichsrohre 20 kommt.
Je nach den vorherrschenden Bedingungen innerhalb des Grundwasserleiters
stellt sich eine Ausgleichsströmung durch die Ausgleichsrohre 20 nach
oben oder nach unten ein.
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8 zeigt
ein prinzipielles Ersatzschaltbild der wesentlichen hydraulischen
Widerstände von 7 und dient zum besseren Verständnis
der Strömungsverhältnisse gemäß 7.
In 8 ist die Druckhöhe im Grundwasserleiter
in Form des Gebirges 42 in größerer Entfernung
zur Vorrichtung 10 (zum Beispiel in radialem Abstand der
1,5- bis 2-fachen Mächtigkeit des Grundwasserleiters) vom
Brunnen mit HR,GWL bezeichnet und stellt
das größte für die Brunnenanströmung
anzunehmende Druckpotential dar. Die Saugwirkung der Pumpeinrichtung 38 ist
mit HK bezeichnet und beschreibt im Bereich
der Entnahmekammer 30 das niedrigste Druckpotential. Ho,BF und Hu,BF bezeichnen
jeweils die Druckpotentiale am oberen und unteren Ende der Vorrichtung 10,
d. h. angrenzend an die äußeren Stirnseiten der
jeweiligen Dichtungskolben 12, 14. Die Anströmwiderstände
im Grundwasserleiter oberhalb bzw. unterhalb der Entnahmekammer
sind jeweils mit Ro,GWL und Ru,GWL bezeichnet.
Die Strömungswiderstände für die Umströmung
der Dichtungskolben 12, 14 entlang der Längsachse 11 sind
jeweils mit RoK (in Bezug auf den oberen
ersten Dichtungskolben 12) bzw. mit RuK (in Bezug
auf den unteren zweiten Dichtungskolben 14) bezeichnet.
Der gesamte hydraulische Widerstand über die Länge
der Vorrichtung 10 ist mit RAR bezeichnet
und stellt den tatsächlichen Widerstand der Ausgleichsrohre 20 dar.
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Falls
Ru,GWL größer ist als
Ro,GWL, wird zunächst Hu,BF kleiner sein als Ho,BF,
und es stellt sich ein Ausgleichsstrom über die Ausgleichsrohre 20 mit dem
hydraulischen Widerstand RAR von oben nach unten,
d. h. von dem ersten Dichtungskolben 12 in Richtung des
zweiten Dichtungskolbens 14 ein. Ist aufgrund der spezifischen
Asymmetrie der Anströmung der Entnahmekammer 30 Ro,GWL größer als Ru,GWL, so stellt sich ein Ausgleichsstrom über
RAR von unten nach oben durch die Ausgleichsrohre 20 ein.
Es versteht sich, dass sich die optimale Ausgleichsströmung über
die Ausgleichsrohre 20 bei geringstem hydraulischem Widerstand
RAR einstellt. Der tatsächliche
Widerstand RAR der Ausgleichsrohre 20 bewirkt
folglich immer einen verbleibenden geringen Unterschied der Kolbenumströmungen,
dessen absolute Größe auch von der tatsächlichen
Asymmetrie der Anströmung in Form der Wasservolumenströme Zo, Zu abhängt.
Der Strömungswiderstand der Ausgleichsrohre 20 kann
dadurch minimiert werden, indem ihre innere Oberfläche
hydraulisch möglichst glatt ausgebildet ist. Die Anzahl
und der Durchmesser der Ausgleichsrohre 20 sind unter Beachtung
des geforderten Entnahmestroms Qk geeignet
zu wählen, der aus der Entnahmekammer 30 durch
die Förderleitung 32 herausgefördert
wird.
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Bezüglich
der Anordnung einer Mehrzahl von Ausgleichsrohren 20 innerhalb
der Entnahmekammer 30 ist zu beachten, dass der minimale
freie Durchströmungsquerschnitt zwischen den Ausgleichsrohren
nicht kleiner ist als die offene Querschnittsfläche der
Förderleitung 32. Außerdem sollte ein
Abstand wAR der Außenflächen
der Ausgleichsrohre 20 jeweils am Ort ihrer größten
Annäherung zumindest dem Betrag der Schlitzweite des Filterrohrs 16 aufweisen
und vorzugsweise größer als diese Schlitzweite
sein, z B. den zweifachen Wert hiervon annehmen. Hierdurch ist sichergestellt,
dass Feststoffpartikel auch problemlos zwischen den Außenflächen
der Ausgleichsrohre 20 in die Entnahmekammer 30 hindurch
treten und über die Förderleitung 32 abgefordert
werden können. Es ist zweckmäßig, dass
die Ausgleichsrohre 16 jeweils einen kreisrunden Rohrquerschnitt
aufweisen, im Hinblick auf preiswerte Herstellungskosten der Vorrichtung 10.
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In 9 ist
ein Querschnitt durch die Ausgleichsrohre 20 im Wesentlichen
senkrecht zur Längsachse 11 der Vorrichtung 10 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform weisen die Ausgleichsrohre einen
Querschnitt auf, der nicht kreisrund ist. Der hydraulische Widerstand
der Ausgleichsrohre 20 kann gemäß der
Ausführungsform von 9 durch
eine Maximierung des Durchströmungsquerschnitts minimiert
werden, wobei der hydraulische Radius der Ausgleichsrohre als Formfaktor
bei Abweichung vom Kreisprofil zu berücksichtigen ist.
Die Ausgleichsrohre verlaufen mit ihren dem Zentrum der Entnahmekammer 30 zugewandten
Randflächen konzentrisch zum Außenumfang der Entnahmekammer 30 bzw. zum
Außenumfang des Filterrohrs 16. Zwischen den Aussenflächen
der Ausgleichsrohre 20 können ausgeprägte
Spaltströmungen entstehen. Zur Vermeidung von nachteilig
großen Strömungswiderständen empfiehlt
sich eine Spaltweite wAR zwischen den Aussenflächen
der Ausgleichsrohre, die einem mehrfachen Betrag der Schlitzweite
des Filterrohrs 16 entspricht. In Abweichung von der Darstellung
gemäß 9 können zur weiteren
Minimierung des hydraulischen Widerstands die vier Kanten jedes
Ausgleichsrohrs abgerundet ausgeführt sein.
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In
den 10A, 10B und 10C ist eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung 10 gezeigt, nämlich in einer perspektivischen
Darstellung von schräg oben (10A)
bzw. schräg unten (10C),
wobei 10B einen Halbschnitt der Vorrichtung
entlang ihrer Längsachse 11 darstellt. Gleiche
Bauteile im Vergleich zur Ausführungsform gemäß der 6 sind hierin mit gleichen Bezugszeichen
versehen und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals erläutert.
Im Unterschied zur Ausführungsform von 6 sind
bei der Ausführungsform der 10 die
Ausgleichsrohre 20 länger ausgebildet: im Halbschnitt
gemäß 10B ist
zu erkennen, dass die Ausgleichsrohre 20 den unteren zweiten
Dichtungskolben 14 im Wesentlichen vollständig
durchsetzen. Des Weiteren durchsetzen die Ausgleichsrohre 20 einen
Teil des ersten Dichtungskolbens 12 und münden
innerhalb dieses Dichtungskolbens in einem Bereich, der an die offene äußere Stirnseite
dieses Dichtungskolbens angrenzt (erkennbar in 10A bzw. 10B).
Hierbei bildet der erste Dichtungskolben 12 eine Art Auffangschale 43, in
der in das Filterrohr 16 eingetragene Feststoffpartikel
aufgefangen werden. In gleicher Weise wie bei der Ausführungsform
gemäß 6 werden die
Feststoffpartikel durch die Ausgleichsrohre 20 nach unten in
den Brunnensumpf transportiert. Innerhalb der Entnahmekammer 30 ist
radial innen bezüglich der Ausgleichsrohre 20 ein
perforiertes Rohr 44 angeordnet (vgl. 10B bzw. 10C).
Ein solches perforiertes Rohr 44 dient lediglich der Wasseraufnahme in
die Entnahmekammer und damit in die Förderleitung 32.
Das perforierte Rohr 44 kann an seinen beiden axialen Enden
mit den Stirnplatten 22, 24 der Dichtungskolben 12, 14 verbunden
sein und stellt insbesondere dann, wenn nur eine geringe Anzahl
an Ausgleichsrohren 20 innerhalb der Entnahmekammer 30 vorgesehen
sind, eine sichere konstruktive Verbindung zwischen den beiden Dichtungskolben 12, 14 sicher.
Ungeachtet der vorstehend genannten Modifikationen basiert die Vorrichtung 10 in
der Ausführungsform gemäß der 10A–10C auf
dem gleichen Funktionsprinzip wie die zuvor erläuterte Ausführungsform,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen vollumfänglich
darauf verwiesen wird.
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Die
Vorrichtung nach 10 ist in 11 in einer
seitlichen Querschnittsansicht entlang ihrer Längsachse
gezeigt, ähnlich zur Darstellung von 7. 11 verdeutlicht
einen Druck- bzw. Strömungsausgleichs mittels des Ausgleichsrohrs 20 für den
Fall, dass wegen unterschiedlicher Widerstände innerhalb
des Grundwasserleiters in Form des Gebirges 42 z. B. der
Wasservolumenstrom Zo oberhalb des oberen
Dichtungskolbens 12 größer ist als der Wasservolumenstrom
Zu unterhalb des zweiten Dichtungskolbens 14. Entsprechend
kommt es zu einem Druck- bzw. Strömungsausgleich durch
die Ausgleichsrohre 20 nach unten, was in 11 durch Pfeile
entsprechend kenntlich gemacht ist. Am Beispiel des Wasservolumenstrom
Zo ist zu erkennen, dass dieser ausgehend
von dem Gebirge 42 radial durch den Filterkies-Rringraum 40 in
das Filterrohr 16 eintritt, um dann im Filterrohr 16 senkrecht
nach unten bis zur oberen Stirnseite des Dichtungskolbens 12 zu
strömen. Nun tritt ein Teil dieses Wasservolumenstroms
Zu in die Ausgleichsrohre 20 ein,
um nach Durchströmen dieser Ausgleichsrohre an der unteren Stirnseite
des zweiten Dichtungskolbens 14 wieder aus diesen auszutreten.
Auf kurzem Weg gelangt dann dieser Strömungsanteil radial
nach aussen durch das Filterrohr 16 hindurch in den Ringraum 40, um
dort wieder aufwärts in Richtung der Entnahmekammer 30 zu
eilen, bevor eine Vereinigung mit den übrigen Strö mungsanteilen
(QR, Qo, Qu) in der Entnahmekammer erfolgt. Schließlich
bewirkt der durch die Pumpeinrichtung 38 erzeugte Unterdruck
ein Herausfördern des Brunnenwassers aus der Entnahmekammer 30 durch
die Förderleitung 32. Es versteht sich, dass für
hier erläuterten Fall, wonach der Wasservolumenstrom Zo größer als der Wasservolumenstrom
Zu ist, die Vorrichtung in der Ausführungsform von 7 in
gleicher Weise einen Druck- bzw. Strömungsausgleich durch
die Ausgleichsrohre 20 gewährleistet. Die Länge
der Ausgleichsrohre 20 nimmt hierauf keinen Einfluss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8120151
U [0004]
- - DE 8120151 [0006]
- - DE 4017013 C2 [0006]
- - DE 3844499 C1 [0006]