Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpanlage und ein Verfahren zum Betrieb der Pumpanlage.
Beim Absenken des Grundwasserspiegels zum Durchführen von Bauarbeiten wird aus einer Anzahl Löcher, die nach Bedarf in den Erdboden niedergebracht werden, mittels Pumpen Grundwasser angesaugt und damit der Grundwasserspiegel abgesenkt.
Zweck der Erfindung ist es, eine Pumpanlage zu schaffen, die insbesondere bei Brunnen mit kleinem Durchmesser und grossen Tiefen anwendbar ist, die keinen Elektromotor als Antrieb benötigt und die sonst üblichen Voraushübe wegfallen lässt.
Dieser Zweck wird erfindungsgemäss durch eine Pumpanlage erfüllt, die gekennzeichnet ist durch eine Pumpe mit einem Gehäuse, das an der Unterseite einen mit einem Rückschlagventil versehenen Einlass und an der Oberseite einen mit einem Rückschlagventil versehenen Auslass und eine Öffnung zum taktweisen Zuführen eines Druckmediums aufweist, durch ein im Auslass des Gehäuses befestigtes Steigrohr, das in das Gehäuse hineinragt, und durch ein in die Öffnung eingeführtes Rohr, das das Gehäuse mit einer Druckquelle verbindet, wobei im Gehäuse Mittel vorgesehen sind, um das Druckmedium pro Arbeitstakt mengenmässig zu begrenzen, so dass kein Druckmedium in das Steigrohr eindringt.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Pumpe;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Pumpe, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Absenken eines Grundwasserspiegels.
Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe weist ein zylinderförmiges Gehäuse 1 auf. Das Gehäuse 1 hat an der Unterseite einen mit einem Rückschlagventil 2 versehenen Einlass 3 und an der Oberseite einen mit einem weiteren Rückschlagventil 4 versehenen Auslass 5 und eine Öffnung 6. Im Auslass 5 ist ein Steigrohr 7 befestigt, das sich in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 erstreckt. Das freie Ende 9 des Steigrohres ist um 1800 abgebogen. Der Rand 10 des Steigrohres ist so erweitert, dass dieser eine Auflagefläche für eine Kugel 11 bildet. Am um 1800 abgebogenen Rohrende ist ein Korb 12 befestigt, der als Käfig für die Kugel 11 dient. Die Kugel 11 ist aus einem schwimmfähigen Material hergestellt und gibt somit die Öffnung des Steigrohres 7 frei.
Die Pumpe ist über ein Anschlussrohr 13 mit einer Sammelleitung (nicht dargestellt) verbunden. In der Öffnung 6 ist ein Rohr 14 angeordnet, welches das Gehäuse 1 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbindet.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Pumpe beschrieben. Bei der in einen Brunnen eingeführten Pumpe wird Flüssigkeit durch den Einlass 3 in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 einströmen, indem sie das Rückschlagventil 2 öffnet.
Durch die steigende Flüssigkeit wird der schwimmfähige Ventilkörper 11 vom Rand 10 des Steigrohres 9 abgehoben, wodurch der Auslauf für die Flüssigkeit freigegeben wird. Über das Rohr 14 wird der Innenraum 8 von der nicht dargestellten Druckquelle in einstellbaren Zeitabständen mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird die Flüssigkeit durch das Steigrohr 7 in die Anschlussleitung gehoben und der Flüssigkeitsspiegel im Innenraum 8 abgesenkt, bis der schwimmfähige Ventilkörper 11 wieder am Rand 10 des Steigrohres 9 aufliegt und somit den Auslauf wieder schliesst. Während diesem Zeitraum wird das Rückschlagventil 2 im Einlass 3 ebenfalls geschlossen, so dass keine Flüssigkeit in den Brunnen ausgetragen wird. Somit wird verhindert, dass die Druckluft über das Steigrohr in das Anschlussrohr oder in das Loch entweicht.
Das Rückschlagventil 4, das im Auslass 5 des Gehäuses 1 angeordnet ist, ist dazu bestimmt, die in die Anschlussleitung 13 gehobene Flüssigkeit daran zu hindern; in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 zurückzufliessen.
Die in Fig. 2 dargestellte Pumpe weist ein Gehäuse 16 auf, das wie das Gehäuse 1 in Fig. 1 an der Unterseite einen mit einem Rückschlagventil 17 versehenen Einlass 18 und an der Oberseite einen mit einem weiteren Rückschlagventil 19 versehenen Auslass 20 hat. Im Gehäuse 16 ist eine Membrane 21 angeordnet. Die Membrane 21 ist schlauchförmig ausgebildet und aus flexiblem Material, wie Gummi oder Kunststoff, hergestellt. Die schlauchförmige Membrane 21 ist an zylindrischen Vorsprüngen befestigt, die an der Ober- und Unterseite des Gehäuses 16 zentrisch angeordnet sind und sich in den Innenraum hineinerstrecken. Die Membran 21 wird durch geeignete Mittel seitlich an den Vorsprüngen befestigt.
Die Membrane 21 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 16 in eine erste Kammer 22 und eine zweite Kammer 23, welche die erste Kammer 22 ringförmig umschliesst. Im Auslass 20 ist ein gerades Steigrohr 24 befestigt, welches sich über die Länge der zweiten Kammer 23 erstreckt und mit seinem freien Ende in die Öffnung hineinragt, in welcher das Rückschlagventil 17 für den Einlass 18 angeordnet ist. Im Steigrohr 24 ist ein Entlüftungsloch 24a vorgesehen. Die erste Kammer 22 ist über ein Rohr 25 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Pumpe beschrieben. Im Gegensatz zur Pumpe nach Fig. 1 kann die Flüssigkeit bei dieser Pumpe frei einlaufen oder angesaugt werden.
Bei frei zulaufender Flüssigkeit wird diese durch den Einlass 18 an die zweite Kammer 23 einströmen, indem sie das Rückschlagventil 17 öffnet. Über das Rohr 25 wird die erste Kammer 22 von der Druckquelle (nicht dargestellt) in einstellbaren Zeitabständen mit Druck beaufschlagt. Die schlauchförmige Membrane 21 wird dadurch das Volumen der zweiten Kammer 23 verringern und die darin angesammelte Flüssigkeit über das Steigrohr 24 in ein Anschlussrohr austragen.
Das im Auslass 20 angeordnete Rückschlagventil 19 verhindert, dass die in das Anschlussrohr ausgetragene Flüssigkeit in die zweite Kammer 23 zurückfliessen kann.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Flüssigkeit auch angesaugt werden, indem man die erste Kammer 22 mit einem Unterdruck beaufschlagt. Dadurch wird in der zweiten Kammer 23 ein Unterdruck erzeugt, welcher die Flüssigkeit über den Einlass 18 aus dem Loch absaugt.
Um das Füllen der zweiten Kammer zu beschleunigen oder zu erleichtern, werden mit Vorteil formbeständige Schläuche verwendet. Bei Anwendung von derartigen Elementen kann erreicht werden, dass nur Druckluft von der Druckluftquelle zum Betätigen der Pumpe benötigt wird.
Ebenso wie bei der Pumpe in Fig. 1 kann auch bei der Pumpe nach Fig. 2 die Druckluft nicht in das Anschlussrohr bzw. in den Brunnen entweichen. Wodurch es möglich ist, sowohl beim Betrieb mittels Vakuum als auch mittels Druck eine Anzahl Pumpen parallel zu schalten.
Mit der Pumpe nach Fig. 2 können auch andere Medien, wie Gase, Luft usw., gepumpt werden. Ausserdem ist es von Vorteil, dass die Zeiträume zwischen den einzelnen Druckphasen kürzer sein können als bei den Pumpen mit freiem Zulauf. Dadurch wird die Fördermenge der Pumpe gesteigert.
In der Fig. 3 ist ein Beispiel einer Anlage zum Absenken des Grundwasserspiegels dargestellt. Um den Grundwasserspiegel in einer Zone abzusenken, werden eine Anzahl von Filterbrunnen mit einem Filterrohr 26 und einer Sandschicht 27 zwischen Filterrohr und gewachsenem Erdboden 28 angelegt. In die einzelnen Filterbrunnen wird je eine Pumpe eingeführt, die dann parallel zu den anderen Pumpen mit einer Druckquelle verbunden werden.
21) vorgesehen sind, um das Druckmedium pro Arbeitstakt mengenmässig zu begrenzen, so dass kein Druckmedium in das Steigrohr (7, 24) eindringt.
II. Verfahren zum Betrieb der Pumpanlage nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Gehäuses (1, 16) intermittierend einem Druck ausgesetzt wird, der sich vom Atmosphärendruck unterscheidet.
UNTERANSPRÜCHE
1. Pumpanlage nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (7) an seinem dem Auslass (5) entfernten Ende um 1800 umgebogen ist, dass an diesem Ende ein Korb (12) angeordnet ist, und ein schwimmfähiger Ventilkörper (11) im Korb (12) vorgesehen ist, der dazu bestimmt ist, das Steigrohr (9) in Abhängigkeit des Flüssigkeitsniveaus im Gehäuse zu öffnen oder zu schliessen.
2. Pumpanlage nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Membran den Innenraum des Gehäuses (16) in eine erste und eine zweite Kammer (22, 23) unterteilt, wobei der Einlass (18) und der Auslass (20) in die erste Kammer (22) münden und die Öffnung (25a) zum Zuführen des Druckmediums in die zweite Kammer (23) mündet.
3. Pumpanlage nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (21) schlauchförmig ist.
4. Pumpanlage nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (24) gerade ist und dass es mit seinem dem Auslass (20) entfernten Ende in eine Öffnung in der Unterseite des Gehäuses (16) ragt.
Die Druckquelle weist einen Kompressor 29, einen Vakuumbehälter 30 und einen Druckbehälter 31 auf. Der Kompressor 29 ist über Rohrleitungen, in denen Ventile 32, 33 eingebaut sind, mit den Behältern verbunden. Die Behälter sind ausserdem mit einer Sammelleitung verbunden, an der die einzelnen Pumpen anschliessbar sind. Zwischen den Behältern und der Sammelleitung sind Ventile 34, 35 vorgesehen, welche dem Betrieb entsprechend geöffnet oder geschlossen sind. Eine Steuereinrichtung 36 überwacht den Druck in den Behältern und steuert die einzelnen Ventile.
Der Kompressor 29 saugt aus dem Vakuumbehälter Luft an und fördert sie in den Druckbehälter. Wenn entweder der eingestellte Vakuumwert oder der Luftdruck erreicht ist, wird das Ventil 32 oder 33 so lange geöffnet, bis auch im anderen Behälter der eingestellte Wert erreicht ist. Danach öffnen sich die beiden Ventile. Wenn nun z. B. der Druck im Druckbehäl ter 31 durch Entnahme absinkt, schliesst das Ventil 33 wieder und der Kompressor 29 baut den Druck wieder auf.