DE19615171C1 - Pumpe zur Entnahme von Flüssigkeitsproben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zur Entnahme von Flüssigkeitsproben, insbesondere von Wasserproben.

Pumpen zum Fördern von Flüssigkeiten sind in zahlreichen Bauweisen und Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere bei einem Einsatz von Pumpen zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus Tiefen bis zu etwa 30 m besteht bei den bisher bekannten Pumpen das Problem, daß diese aufgrund ihrer Baugröße nicht in jeder Situation eingesetzt werden können. Bei zahlreichen Anwendungsfällen ist nämlich ein Zugang zu einem Reservoir, Behälter oder allgemein zu der zu entnehmenden Flüssigkeit nur über enge Schächte oder Rohre möglich. Sollen beispielsweise aus einem Pegel Wasserproben entnommen werden, steht bei einem 2′′-Pegelrohr nur etwa ein Durchmesser von 50 mm für die Entnahme von Proben zur Verfügung. Desweiteren besteht ein Nachteil bisheriger Pumpen darin, daß bei der Entnahme von Proben aus nicht einsehbarer Tiefe häufig Schlick oder andere Verunreinigungen angesaugt werden und dadurch die Probeergebnisse der Wasseruntersuchung verfälscht werden.

Schließlich besteht beim Einsatz von Pumpen zur Probenentnahme das Problem, daß zum Betreiben der Pumpen über eine externe Stromversorgung lange Kabelzuführungen erforderlich sind und, bei Einsätzen außerhalb der Erreichbarkeit von Netzanschlüssen, entsprechende Aggregate mitgeführt werden müssen.

Tauchpumpen zur Entnahme von Wasserproben aus Brunnen in einer zylindrischen, langgestreckten Bauart sind beispielsweise aus der DE 36 42 727 A1, aus der DE 38 20 005 C1 und aus einem Prospekt der Firma Grundfos zur Baureihe MP, Spezialpumpe MP1 zur Beprobung und Grundwasserüberwachung, bekannt. Diese Pumpen weisen einen externen oder integrierten Frequenzumrichter auf und werden über Kabelzuleitungen von einem externen, außerhalb der Probenentnahmestelle angeordneten Generator mit Wechselstrom betrieben. Daraus ergeben sich die Nachteile, daß im internen Wechselrichter entstehende Verlustwärme die Probenergebnisse verfälschen kann, daß die Kabelzuleitungen das Gewicht der Pumpe, die Baugröße in Durchmesserrichtung und die Leitungsverluste erheblich erhöhen und daß die Handhabung der Pumpe durch die mitzuführende umfangreiche externe Ausrüstung wie Generator, Kabel und ggf. Wechselrichter erheblich erschwert ist. Das letztgenannte Problem ist besonders dann von Bedeutung, wenn Probenentnahmen in Landschaftsschutzgebieten vorgenommen werden sollen, die nicht mit einem Transportfahrzeug erreicht werden können.

Eine kleine Pumpe-mit Batteriebetrieb zur Verwendung in einfachen Springbrunnen, in Handduschen, in Wasserpistolen oder als Strahlantrieb für Schiffsmodelle ist aus der DE 25 29 226 A1 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zur Entnahme von Flüssigkeitsproben anzugeben, die eine möglichst geringe Baugröße aufweist, um auch für Entnahmen von Proben bei schwierig zugänglichen Entnahmestellen verwendet werden zu können, wobei die Pumpe netzunabhängig einsetzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpe zur Entnahme von Flüssigkeitsproben mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Pumpe bietet den großen Vorteil, daß die gesamte, zur Probenentnahme erforderliche Ausrüstung in der Pumpe selbst integriert ist und diese daher sehr leicht beispielsweise in einem Rucksack transportiert werden kann. Dadurch werden Probenentnahmen in entlegenen und für Fahrzeuge unzugänglichen Gebieten sehr einfach möglich. Außerdem ist die für die Inbetriebnahme erforderliche Zeit sehr gering, so daß Proben an einer Vielzahl von Meßstellen in kürzester Zeit entnommen werden können.

Durch die langgestreckte Konfiguration der Pumpe, bei der die Pumpeneinheit und Antriebseinheit hintereinander angeordnet sind und Zulauf und Auslaß der Pumpe an einem Ende der Pumpe vorgesehen sind, kann eine Pumpe eines geringen Durchmessers geschaffen werden, die auch bei schwierig zugänglichen Entnahmestellen, insbesondere in engen Rohren oder Schächten, wie beispielsweise in Pegeln, eingesetzt werden kann. Da sich Zulauf und Auslaß an derselben Seite befinden, ist keine Zuleitung vom Zulauf zur Pumpeneinheit an der Antriebseinheit vorbei erforderlich, so daß die Baugröße der Pumpe in Radialrichtung sehr klein gehalten werden kann. Gleichzeitig kann mit dieser Anordnung vermieden werden, daß Schlick oder Verunreinigungen, die sich am Boden von Entnahmestellen befinden, angesaugt werden und die Qualität der Flüssigkeitsprobe beeinträchtigen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe ist das Gehäuse durch ein zylindrisches Rohrelement gebildet, dessen eines Ende abdichtend mit der Pumpeneinheit verbunden ist und dessen anderes Ende mit einer vorzugsweise lösbaren Abdeckung abdichtend verschließbar ist.

Die Pumpeneinheit weist in der bevorzugten Ausführungsform eine in einem zylindrischen Gehäuseelement ausgebildete Pumpenkammer und eine koaxial zu dieser ausgebildete Bohrung für eine Antriebswelle der Antriebseinheit auf, wobei die Antriebswelle mit einem in der Pumpenkammer angeordneten Pumpenrad verbunden ist und in der Bohrung für die Antriebswelle mindestens eine Dichtung vorgesehen ist, die die Pumpenkammer zur Antriebseinheit hin abdichtet.

Die in dem Pumpengehäuse angeordnete wiederaufladbare Stromquelle ist vorzugsweise eine Batterie oder ein Akkumulator, welche in Längsrichtung des Gehäuses hinter der Antriebseinheit angeordnet sein kann. Dadurch ist ein flexibler Einsatz der Pumpe unabhängig von einer externen Stromversorgung möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Pumpe sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Pumpe wird im folgenden anhand der Zeichnung, die eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform im Schnitt zeigt, näher erläutert.

Die Pumpe 1 umfaßt ein langgestrecktes zylindrisches Gehäuse, in dem die einzelnen Funktionseinheiten untergebracht sind. An dem in der Zeichnung oberen Ende befindet sich eine Pumpeneinheit 2. Daran anschließend sind in Längsrichtung des Gehäuses eine Antriebseinheit 15, Steuereinheiten 19, 20 und eine Stromquelle 21 angeordnet. Durch die Anordnung der Funktionseinheiten in Längsrichtung des Gehäuses ist der Aufbau einer Pumpe mit geringem Durchmesser möglich.

Die Pumpeneinheit 2 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Rotations- bzw. Kreiselpumpe. Sie umfaßt ein zylindrisches Gehäuseelement 7, in dem eine Pumpenkammer 5 von einer Stirnseite her ausgebildet ist. Koaxial zu der Pumpenkammer ist eine Durchgangsbohrung 6 für eine Antriebswelle 16 der Antriebseinheit 15 ausgebildet. In der Pumpenkammer 5 befindet sich ein (nicht dargestelltes) Pumpenrad, das mit der Antriebswelle 16 verbunden und durch diese antreibbar ist. Durch die Drehung des Pumpenrades wird Flüssigkeit über einen Zulauf 3 angesaugt und über einen Auslaß 4 nach außen gefördert. Zulauf 3 und Auslaß 4 sind in einer Deckelplatte 8 vorgesehen, die an der Stirn- bzw. Flachseite des Gehäuseelements 7 mit Schrauben 22 angeschraubt ist und die auf dieser Seite befindliche Pumpenkammer 5 abschließt.

Der Zulauf 3 ist bei einer Pumpeneinheit mit zentraler Ansaugung in die Pumpenkammer bzw. das Pumpenrad, beispielsweise bei einer Kreiselpumpe, wie in der dargestellten Ausführungsform als Bohrung koaxial zu der Antriebswelle ausgebildet. Bei der dargestellten Pumpe ist der Zulauf 3 daher koaxial zur Bohrung 6 für die Antriebswelle 16 ausgebildet. Bei einer anderen Pumpeneinheit mit einem anderen Funktionsprinzip können Zulauf und Auslaß aber auch an entsprechend anderer Stelle angeordnet sein.

Zulauf und/oder Auslaß liegen in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform auf derselben Seite des Pumpengehäuses, wodurch eine kompakte Ausgestaltung, insbesondere in radialer Richtung möglich ist. Sie können aber auch seitlich aus der Pumpenkammer herausgeführt werden. Durch die Anordnung von Zulauf und Auslaß im Bereich des einen Endes der Pumpe, insbesondere auf der Stirnseite der Pumpeneinheit entfällt außerdem die Notwendigkeit, Verbindungs- bzw. Steigleitungen vom Einlaß zur Pumpenkammer an weiteren Funktionseinheiten wie dem Antrieb vorbei zuführen, wodurch eine Baugröße der Pumpe in radialer Richtung verringert sein kann. Schließlich wird damit auch verhindert, daß der Zulauf in Schlick oder andere Verunreinigungen am Boden einer Probenentnahmestelle eintaucht und solche Verunreinigungen mit der Flüssigkeit angesaugt werden, da sich der Zulauf im Einsatz stets am oberen Ende der Pumpe befindet.

Von der Pumpenkammer 5 erstrecken sich mehrere Bohrungen 9 in Längsrichtung des Gehäuseelements 7. Durch diese Bohrungen verlaufen Schrauben, mit denen die Antriebseinheit 15 an der Unterseite der Pumpeneinheit 2 befestigbar ist. Die Bohrungen können aber auch außerhalb der Pumpenkammer 5 liegen, wodurch allerdings die Baugröße der Pumpeneinheit in radialer Richtung vergrößert sein kann. Die (nicht dargestellten) Schrauben zur Befestigung der Antriebseinheit sind, falls erforderlich, im Bereich der Pumpenkammer abgedichtet, um ein Austreten von Flüssigkeit zur Antriebseinheit zu verhindern.

Die Antriebseinheit 15 ist vorzugsweise ein (bürstenloser) Elektromotor mit einer Antriebswelle 16. Bei befestigter Antriebseinheit erstreckt sich die Antriebswelle 16 durch die dafür vorgesehene Bohrung 6 im Gehäuseelement 7 der Pumpeneinheit um das Pumpenrad in der Pumpenkammer 5 anzutreiben. In der Durchgangsbohrung sind eine oder mehrere Dichtelemente 17a/17b, beispielsweise Radial-Wellendichtringe bzw. O-Ringe vorgesehen, die an der Antriebswelle 16 anliegen und durch die die Pumpenkammer 5 zur Antriebseinheit 15 hin abgedichtet wird, um ein Austreten von Flüssigkeit durch die Durchgangsbohrung 6 zu verhindern. Ausgestaltung und Materialwahl der Dichtelemente richten sich nach den Einsatzbedingungen wie Pumpendruck, chemische Eigenschaften der zu fördernden Flüssigkeiten oder auftretende Temperaturen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Entlastungsbohrung 23 in Radialrichtung quer zur Bohrung 6 für die Antriebswelle durch das Gehäuseelement 7 hindurch vorgesehen. Sie schneidet die Bohrung 6 zwischen den zwei Dichtelementen 17a/17b und dient als Entlastungsbohrung für einen Druckausgleich. Diese Durchgangsbohrung 23 kann gegebenenfalls auch entfallen, wenn sie für die Funktion der Pumpeneinheit nicht erforderlich ist.

In einer nicht dargestellten vorteilhaften Ausführungsform der Pumpe ist die Antriebseinheit 15 nur über eines oder mehrere untere Dichtelemente 17b in der Bohrung 6 für die Antriebswelle 16 zur Pumpenkammer 5 abgedichtet, so daß die quer verlaufende Bohrung 23 über den Abschnitt der Bohrung 6 zwischen dem oder den unteren Dichtelementen 17b und der Pumpenkammer 5 mit dieser in Verbindung steht, da die durch die Bohrung 6 verlaufende Antriebswelle 16 die Bohrung 6 nicht vollständig ausfüllt. Eine vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die quer verlaufende Bohrung 23 beim Betrieb der Pumpe als zusätzliche(r) Ansaugöffnung bzw. Zulauf dient, so daß die Fördermenge der Pumpe erhöht ist. Wird die Pumpe nach Beendigung der Entnahme aus der Entnahmestelle, beispielsweise einem Rohr herausgezogen, fließt üblicherweise die noch in einem Förderschlauch befindliche Flüssigkeit durch die Pumpeneinheit ab und tritt beim Zulauf der Pumpe aus. Bei der zuvor beschriebenen Abwandlung kann daher diese Restflüssigkeit auch über die Durchgangsbohrung 23 und damit noch schneller ablaufen.

Die Stromversorgung des Antriebsmotors erfolgt über Stromleitungen, die zusammen mit einem Schlauch für die Förderung der Flüssigkeit an der Pumpe angeschlossen werden.

In Längsrichtung des Gehäuses ist vorzugsweise hinter der Antriebseinheit 15 eine Stromquelle 21 zur Versorgung der Antriebseinheit sowie weiterer elektrischer Komponenten angeordnet. Als Stromquelle sind wiederaufladbare Batterien bzw. Akkumulatoren besonders geeignet. Die Größe und Auswahl der Stromquelle richtet sich nach der gewünschten Kapazität und der jeweiligen Bauart. Sie ist jedoch vorzugsweise in einer längszylindrischen Konfiguration ausgestaltet, so daß die Baugröße der Pumpe zumindest in Radialrichtung klein gehalten werden kann.

Durch die Verwendung einer Stromquelle in der Pumpe kann auf eine externe Stromversorgung mit langen Zuleitungskabeln verzichtet werden, so daß die erfindungsgemäße Pumpe unabhängig von einer externen Stromversorgung an jedem Standort flexibel eingesetzt werden kann. Bei Verwendung geeigneter Batterien ist beispielsweise eine Aufladung mittels Autobatterien oder ein einfacher Austausch durch Ersatzbatterien möglich. Außerdem sind durch die Integration im Gehäuse die Leitungsverluste minimal.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwischen dem Antriebsmotor 15 und der Stromquelle 21 verschiedene Steuereinheiten 19, 20 angeordnet. Diese Steuereinheiten werden ebenfalls von der Stromquelle versorgt und dienen beispielsweise der Steuerung des Antriebsmotors, der Aufladung der Stromquelle oder der Überwachung des Ladezustands sowie gegebenenfalls der Verarbeitung von Signalen von an der Pumpe vorgesehenen zusätzlichen Sensoren.

Bei der Pumpe ist ein Sensor 18 zur Feststellung von Flüssigkeit an dem Ende angeordnet, an dem sich die Pumpeneinheit 2 befindet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 18 in der Zulaufbohrung 3 der Pumpeneinheit angeordnet und die elektrischen Zuleitungen zu und vom Sensor 18 sind durch die Antriebswelle 16 des Elektromotors 15 geführt, die dafür als Hohlwelle ausgebildet ist. Dadurch kann die Baugröße der Pumpe weiter verringert sein, da die Leitungen nicht außen an dem Motor vorbeigeführt werden müssen.

Durch Auswertung der Signale des Flüssigkeitssensors steuert die entsprechende Steuereinheit den Antriebsmotor automatisch an, sobald das Vorhandensein einer Flüssigkeit festgestellt wird und schaltet den Motor dann ab, wenn sich keine Flüssigkeit im Bereich der Pumpeneinheit befindet. Dadurch kann der Ladezustand der Stromquelle verlängert und auf zusätzliche manuell zu bedienende Schalter verzichtet werden. Desweiteren kann mittels der Steuerschaltung veranlaßt werden, daß der Motor bei Tiefentladung der Stromquelle in jedem Fall abgeschaltet wird.

Bei Verwendung des Flüssigkeitssensors zum Steuern des Motors auf die zuvor beschriebene Weise bei der abgewandelten Ausführungsform, bei der nur untere Dichtelemente verwendet werden und ein Zulauf bzw. Ablauf der Flüssigkeit auch über die Quer- bzw. Entlastungsbohrung 23 erfolgen kann, bietet sich noch ein weiterer Vorteil dahingehend, daß beim Herausziehen der Pumpe aus einer Probenstelle ein geringerer Teil der Restflüssigkeit über den zentralen Zulauf mit dem Flüssigkeitssensor abläuft. Durch zusätzlich entsprechende Positionierung des Sensors kann erreicht werden, daß die üblicherweise pulsierend rücklaufende Flüssigkeit den Sensor nicht mehr benetzt. Damit kann ein Aktivieren des Antriebsmotors über den Sensors durch die ablaufende Flüssigkeit während des Herausziehens der Pumpe vermieden werden.

In Weiterbildungen der Pumpe können zusätzliche Sensoren an der Pumpe sowie entsprechende Schaltungen für die Auswertung und Speicherung von weiteren für die Probenentnahme wichtigen Parametern wie Temperatur, Druck etc. vorgesehen werden.

Das längliche zylindrische Gehäuse der Pumpe wird in der dargestellten Ausführungsform durch ein zylindrisches Rohrelement 11 gebildet, in dem der Antriebsmotor, die Stromquelle und die Steuereinheiten untergebracht sind. Das zylindrische Rohrelement kann beispielsweise aus einem Edelstahl oder Kunststoffrohr eines Durchmessers von 50 mm gefertigt sein, um eine Einführung der Pumpe in 2′′-Rohre zu ermöglichen. Je nach Anwendungsgebiet der Pumpe und je nach Ausgestaltung oder Baugröße des Antriebsmotors oder der Pumpeneinheit können auch Rohre oder beispielsweise stranggepreßte Hohlprofile anderer Größe bzw. Querschnittskonfiguration verwendet werden.

Ein rundzylindrisches Rohr kann auf einfache Weise durch Vorsehen eines Innengewindes am einen Ende mit einem entsprechenden Außengewinde des zylindrischen Gehäuseelements der Pumpeneinheit verschraubt und durch Vorsehen von Dichtelementen abgedichtet werden, nachdem es auf den bereits mit der Pumpeneinheit verbunden Antriebsmotor aufgesteckt worden ist. Die Pumpeneinheit kann aber auch in das zylindrischen Gehäuse eingesetzt und darin befestigt werden. Das andere Ende des Rohrelements ist durch eine lösbare Abdeckung 12, vorzugsweise einen mit dem Rohrelement verschraubten Deckel abdichtend verschlossen. Dadurch sind Stromquelle und Steuereinheiten zugänglich und austauschbar.

Um eine einfache Aufladung der Stromquelle zu ermöglichen ohne diese aus dem Gehäuse herausnehmen zu müssen ist bei der dargestellten Ausführungsform an der unteren Abdeckung ein weiterer lösbarer und abgedichteter Schraubverschluß 13 vorgesehen, über den innerhalb des Gehäuses liegende Anschlüsse, beispielsweise in Form von Steckverbindungen zum Aufladen der Stromquelle von außen zugänglich sind.

Am Auslaß 4 der Pumpeneinheit ist ein Auslaßstutzen vorgesehen, an dem wiederum ein (nicht dargestellter) Schlauch, über den die Flüssigkeit aus der jeweiligen Entnahmetiefe nach oben befördert wird, befestigt werden kann. Normalerweise ist es ausreichend, die Pumpe nur an dem Schlauch zu befestigen, um sie in die jeweilige Entnahmetiefe herabzulassen und wieder heraufzuholen. Für die Anbringung von zusätzlichen Halteseilen sind bei der dargestellten Ausführungsform Ösen 14 an der Oberseite der Pumpeneinheit 2 vorgesehen.

Claims (10)

1. Pumpe zur Entnahme von Flüssigkeitsproben,
mit einem zylindrischen, langgestreckten, flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Gehäuse,
mit einer Pumpeneinheit (2), die an einem Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei Zulauf (3) und Auslaß (4) der Pumpeneinheit (2) im Bereich dieses Endes, vorzugsweise an der Stirnseite, angeordnet sind,
mit einem als Antriebseinheit zum Antreiben der Pumpeneinheit (2) dienenden Elektromotor (15), wobei der Elektromotor (15) in Längsrichtung des Gehäuses hinter der Pumpeneinheit (2) angeordnet ist,
mit einer wiederaufladbaren Stromquelle (21) für amen Elektromotor (15), die in Längsrichtung des Gehäuses hinter dem Elektromotor (15) angeordnet ist, und
mit einem Sensor (18), der im Bereich der Pumpeneinheit (2) angeordnet und mit einer Steuereinheit (19,20) verbunden ist, welche den Elektromotor (15) in Abhängigkeit des Vorhandenseins einer Flüssigkeit ansteuert.

2. Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein zylindrisches Rohrelement (11) umfaßt, dessen eines Ende abdichtend mit der Pumpeneinheit (2) verbunden ist und dessen anderes Ende mit einer vorzugsweise lösbaren Abdeckung (12) abdichtend verschließbar ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pumpeneinheit (2) eine in einem zylindrischen Gehäuseelement (7) ausgebildete Pumpenkammer (5) und eine koaxial zu dieser ausgebildete Bohrung (6) für eine Antriebswelle (16) des Elektromotors (15) aufweist, wobei die Antriebswelle (16) mit einem in der Pumpenkammer (5) angeordneten Pumpenrad verbunden ist und in der Bohrung (6) für die Antriebswelle (16) mindestens ein Dichtelement (17a, b) angeordnet ist, das die Pumpenkammer (5) zur Antriebseinheit (2) hin abdichtet.

4. Pumpe nach Anspruch 3, wobei der Sensor im Zulauf (3) angeordnet und eine Zuleitung zum Sensor (18) in Axialrichtung durch die Antriebswelle (16) des Elektromotors (15) geführt ist.

5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Elektromotor (15) an dem Gehäuseelement (7) der Pumpeneinheit (2) befestigt ist und das Gehäuse der Pumpe mit dem zylindrischen Gehäuseelement (7) der Pumpeneinheit (2) abdichtend verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.

6. Pumpe nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei zwischen dem Elektromotor (15) und der Pumpenkammer (5) eine zusätzliche Bohrung (23) im Gehäuseelement (7) angeordnet ist, über die Flüssigkeit in die Pumpenkammer (5) angesaugt werden oder aus dieser austreten kann.

7. Pumpe nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei zwischen dem Dichtelement (17b) und der Pumpenkammer (5) eine zusätzliche Bohrung (23) im Gehäuseelement (7) vorhanden ist, die mit der Bohrung (6) für die Antriebswelle (16) in Verbindung steht, so daß über diese zusätzliche Bohrung (23) und die Bohrung (6) für die Antriebswelle Flüssigkeit in die Pumpenkammer (5) angesaugt werden bzw. aus dieser austreten kann.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die wiederaufladbare Stromquelle (21) eine Batterie oder ein Akkumulator ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Anschluß zum Aufladen der Stromquelle (21) vorhanden ist, der über eine mit einer lösbaren abdichtenden Abdeckung (13) verschließbare Öffnung des Gehäuses zugänglich ist.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Pumpeneinheit (2) eine Kreiselpumpe ist.