DE102009018383B4

DE102009018383B4 - Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen

Info

Publication number: DE102009018383B4
Application number: DE102009018383A
Authority: DE
Inventors: Peter Nillert
Original assignee: Nillert Peter Dr Ing
Current assignee: Hoelscher Wasserbau De GmbH
Priority date: 2009-04-26
Filing date: 2009-04-26
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: US20120097387A1; US9249560B2; DE102009018383A1; WO2010124674A2; WO2010124674A3; DE112010001767A5

Abstract

Vorrichtung (1) zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr (16), umfassend
einen ersten und einen zweiten Volumenkörper (12, 14), die mit ihrem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs (16) angepasst und an ihrer Außenumfangsfläche radial bezüglich der Brunnenlängsachse flexibel ausgebildet sind, so dass eine Dichtwirkung zwischen den Außenumfangsflächen der jeweiligen Volumenkörper (12, 14) und der Innenwandung des Filterrrohrs (16) besteht,
wobei zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12, 14) und der Innenwandung des Filterrohrs (16) eine Entnahmekammer (30) gebildet ist, die mit einer Pumpeinrichtung (38) hydraulisch verbindbar ist, gekennzeichnet durch
zumindest ein Ausgleichsrohr (20), das die Entnahmekammer (30) in Längsrichtung (11) der Vorrichtung vollständig durchsetzt, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen gegeben ist, die jeweils an die zur Entnahmekammer (30) entgegengesetzten äußeren Stirnseiten der beiden Volumenkörper (12, 14) angrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 herauszufordern. 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.
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.
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 U1 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.
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.
Herkömmliche Vorrichtungen zur Reinigung von Brunnen, wie zum Beispiel nach der DE 81 20 151 U1 , 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.
DE 20 2008 014 113 U1 zeigt eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr. Eine solche Vorrichtung umfasst einen ersten und einen zweiten Volumenkörper, die mit ihrem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser 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 Filterrrohrs besteht. Zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper und der Innenwandung des Filterrohrs ist eine Entnahmekammer gebildet, die mit einer Pumpeinrichtung hydraulisch verbunden werden kann. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass bei einer ungleichmäßigen radialen Anströmung der Vorrichtung entlang ihrer Längsachse die Reinigungswirkung in dem Bereich des Brunnens, in den der kleinere Strömungsanteil fällt, weniger intensiv ist.
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 Q_O und Q_U sowie einen geringeren radial zuströmenden Anteil Q_r aufgeteilt wird. Die Aufteilung der Kammerförderrate ausschließlich des radial zuströmenden Anteils Q_r in zwei gleich große Anteile Q_O = Q_U 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 Durchlässigkeiten 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 Q_O und Q_U immer verschieden voneinander sind. Diese Situation ist in 2 dargestellt. Diese Unterschiedlichkeit zwischen den Teilströmen Q_O und Q_U kann extreme Werte dahingehend annehmen, dass jeweils einer der beiden Teilströme einen situationsspezifischen Maximalwert annimmt und der andere Teilstrom sich dem Wert Null nähert.
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, um dadurch eine gleichmäßig intensive Aktivierungs- oder Reinigungswirkung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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 Innendurchmesser 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. 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.
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 Q_O und Q_U aufgeteilt.
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.
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.
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 Volumenkörper 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.
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.
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.
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.
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.
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 Ausgleichsrohre 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.
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.
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 Position 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.
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.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt, und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 Strömungsverhältnisse für eine herkömmliche Reinigungsvorrichtung bei idealisierten Bedingungen eines Filterrohrbrunnens,
2 die Vorrichtung von 1 bei tatsächlichen Bedingungen eines Filterrohrbrunnens, die zu ungleichmäßigen Strömungsverhältnissen führen,
3 eine seitliche Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung von 3,
5 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 3 bzw. von 4 in montiertem Zustand,
6A eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Perspektivansicht von schräg oben,
6B die Vorrichtung von 6A in einer freigeschnittenen Darstellung,
6C die Vorrichtung von 6A in einer Perspektivansicht von schräg unten,
7 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Strömungsanteile in einem Filterrohrbrunnen dargestellt sind,
8 ein Ersatzschaltbild bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 7, zur Darstellung von hydraulischen Widerständen,
9 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung senkrecht zu deren Längsachse,
10A eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Perspektivansicht von schräg oben,
10B die Vorrichtung von 10A in einem Halbschnitt entlang der Längsachse,
10C die Vorrichtung von 10A in einer Perspektivansicht von schräg unten, und
11 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 10, wobei Strömungsanteile in einem Filterrohrbrunnen dargestellt sind.
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.
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 Dichtungskolbens 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.
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.
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 11 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.
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 Dichtungskolbens 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.
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.
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.
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.
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.
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 Z_u angeströmt. Gleiches gilt für einen Bereich unterhalb des zweiten Dichtungskolbens 14, der aus dem Gebirge 42 heraus von einem Wasservolumen Z_o angeströmt wird. Mittels der Ausgleichsrohre 20 kommt es innerhalb der Vorrichtung 10 entlang ihrer Längsachse 11 zu einem Ausgleichsstrom Q_AR. Ein solcher Ausgleichsstrom Q_AR durchsetzt die Ausgleichsrohre 20 und auch die beiden 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.
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 Q_o bzw. Q_u bezeichnet ist. Die Umströmung Q_o und Q_u 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 Q_o (zur Umströmung des oberen ersten Dichtungskolbens 12) und Q_U (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 Z_o und Z_u unterschiedlich groß sind.
Die Umströmungen Q_o und Q_u gelangen nach einem Vorbeiströmen an den beiden Dichtungskolben 12, 14 hinein in die Entnahmekammer 30. Zusätzlich gelangt ein direkter radialer Zufluss Q_r 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 Q_k (7) entnommen und über Tage gefördert.
Die Ausgleichsrohre 20 bewirken eine selbsttätige Saugstromsteuerung, wonach eventuell unterschiedlich große Wasservolumenströme Z_o und Z_u, die die Vorrichtung 10 oberhalb bzw. unterhalb der beiden Dichtungskolben 12, 14 anströmen, auf gleich große Umströmungen Q_o und Q_u aufgeteilt werden, die außerhalb entlang der beiden Dichtungskolben durch den Ringraum 40 in die Entnahmekammer 30 eintreten. Dies gewährleistet eine nahezu gleichartig intensive Reinigungswirkung 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 Q_o und Q_u aufgeteilt.
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.
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 Verschiebender 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.
Bezüglich der Darstellung in 7 ist zu verstehen, dass die gezeigten Wasservolumenströme Z_o und Z_u nur zum Zwecke der Vereinfachung im Wesentlichen gleich groß darsgestellt sind. In der Praxis werden diese Wasservolumenströme Z_o und Z_u 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.
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 H_R,GWL bezeichnet und stellt das größte für die Brunnenanströmung anzunehmende Druckpotential dar. Die Saugwirkung der Pumpeinrichtung 38 ist mit H_K bezeichnet und beschreibt im Bereich der Entnahmekammer 30 das niedrigste Druckpotential. H_o,BF und H_u,BFbezeichnen 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 R_o,GWL und R_u,GWL bezeichnet. Die Strömungswiderstände für die Umströmung der Dichtungskolben 12, 14 entlang der Längsachse 11 sind jeweils mit R_oK (in Bezug auf den oberen ersten Dichtungskolben 12) bzw. mit R_uk (in Bezug auf den unteren zweiten Dichtungskolben 14) bezeichnet. Der gesamte hydraulische Widerstand über die Länge der Vorrichtung 10 ist mit R_AR bezeichnet und stellt den tatsächlichen Widerstand der Ausgleichsrohre 20 dar.
Falls R_u,GWL größer ist als R_o,GWL, wird zunächst H_u,BF kleiner sein als H_o,BF, und es stellt sich ein Ausgleichsstrom über die Ausgleichsrohre 20 mit dem hydraulischen Widerstand R_AR 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 R_o,GWL größer als R_u,GWL, so stellt sich ein Ausgleichsstrom über R_AR 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 R_AR einstellt. Der tatsächliche Widerstand R_AR 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 Z_o, Z_u 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 Q_K geeignet zu wählen, der aus der Entnahmekammer 30 durch die Förderleitung 32 herausgefördert wird.
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 w_AR 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 abgefördert werden können. Es ist zweckmäßig, dass die Ausgleichsrohre 16 jeweils einen kreisrunden Rohrquerschnitt aufweisen, im Hinblick auf preiswerte Herstellungskosten der Vorrichtung 10.
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 w_AR 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.
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.
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 Z_o oberhalb des oberen Dichtungskolbens 12 größer ist als der Wasservolumenstrom Z_u 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 Z_o 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 Z_u 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 Strömungsanteilen (Q_R, Q_o, Q_u) 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 Z_o größer als der Wasservolumenstrom Z_u 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.

Claims

Vorrichtung (1) zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr (16), umfassend einen ersten und einen zweiten Volumenkörper (12, 14), die mit ihrem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs (16) angepasst und an ihrer Außenumfangsfläche radial bezüglich der Brunnenlängsachse flexibel ausgebildet sind, so dass eine Dichtwirkung zwischen den Außenumfangsflächen der jeweiligen Volumenkörper (12, 14) und der Innenwandung des Filterrrohrs (16) besteht, wobei zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12, 14) und der Innenwandung des Filterrohrs (16) eine Entnahmekammer (30) gebildet ist, die mit einer Pumpeinrichtung (38) hydraulisch verbindbar ist, gekennzeichnet durch zumindest ein Ausgleichsrohr (20), das die Entnahmekammer (30) in Längsrichtung (11) der Vorrichtung vollständig durchsetzt, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen gegeben ist, die jeweils an die zur Entnahmekammer (30) entgegengesetzten äußeren Stirnseiten der beiden Volumenkörper (12, 14) angrenzen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der eine mit der Pumpeinrichtung (38) verbindbare Förderleitung (32) in die Entnahmekammer (30) mündet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der die Förderleitung (32) den ersten Volumenkörper (12) durchsetzt, so dass der erste Volumenkörper (12) die Förderleitung (32) umschliesst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Volumenkörper (12) an seiner zur Entnahmekammer (30) entgegengesetzten äußeren Stirnseite offen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der das Ausgleichsrohr (20) innerhalb des ersten Volumenkörpers (12) verläuft und in einem Abstand zur offenen Stirnseite des ersten Volumenkörpers (12) endet, so dass der erste Volumenkörper (12) von seiner offenen Stirnseite bis zur Öffnung des Ausgleichsrohrs (20) eine Auffangschale (43) bildet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der das Ausgleichsrohr (20) in einer an die Entnahmekammer (30) angrenzenden Stirnplatte (22) des ersten Volumenkörpers (12) mündet, so dass der erste Volumenkörper (12) im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge eine Auffangschale bildet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Förderleitung (32) innerhalb des ersten Volumenkörpers (12) durch radiale Stützrippen (36) gehalten ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Ausgleichsrohr (20) den zweiten Volumenkörper (14) durchsetzt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der zweite Volumenkörper (14) entgegensetzt zur Entnahmekammer (30) durch eine Stirnplatte mit einer Öffnung verschlossen ist, wobei das Ausgleichsrohr (20) in der Öffnung mündet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der zweite Volumenkörper (14) an seiner äußeren Stirnseite entgegengesetzt zur Entnahmekammer (30) offen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, bei der das Ausgleichsrohr (20) in einer an die Entnahmekammer (30) angrenzenden Stirnplatte (24) des zweiten Volumenkörpers (14) mündet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei der die Förderleitung (32) im Wesentlichen zentrisch innerhalb des ersten Volumenkörpers (12) verläuft und koaxial zur zentrischen Mitte der Entnahmekammer (30) ausgerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Mehrzahl von Ausgleichsrohren (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, bei der ein minimaler freier Strömungsquerschnitt zwischen den Ausgleichsrohren (20) radial zur Längsachse (11) der Vorrichtung zumindest einem Querschnitt der Förderleitung (32) entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Ausgleichsrohre (20) um die zentrische Mitte der Entnahmekammer (30) herum angeordnet sind, wobei diese Mitte der Entnahmekammer (30) freibleibt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Ausgleichsrohre (20) eine Innen- und Aussenwandung aufweisen, die jeweils konzentrisch zur Innenwandung des Filterrohrs (16) verlaufen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Ausgleichsrohre (20) radial verlaufende Aussenflächen aufweisen, wobei ein Abstand der Aussenflächen von aneinander angrenzenden Ausgleichsrohren (20) zumindest einer Schlitzweite des Filterrohrs (16) entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, bei der der Abstand der Aussenflächen von aneinander angrenzenden Ausgleichsrohren (20) zumindest einem zweifachen Wert der Schlitzweite des Filterrohrs (16) entspricht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der der erste und/oder der zweite Volumenkörper (12, 14) sich jeweils längs zur Brunnenlängsachse erstrecken.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der der Abstand der beiden Volumenkörper (12, 14) relativ zueinander verstellbar ist, so dass eine Höhe (h) der Entnahmekammer (30) in Richtung der Längsachse (11) der Vorrichtung einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, bei der der erste Volumenkörper (12) und/oder der zweite Volumenkörper (14) bezüglich des Ausgleichsrohres (20) verschieblich sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Volumenkörper (12) und der zweite Volumenkörper (14) durch ein an seiner Aussenumfangsfläche perforiertes Rohr (44) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 22, bei der das Rohr (44) die Entnahmekammer (30) in Längsrichtung (11) der Vorrichtung vollständig durchsetzt.