EP3061875A1

EP3061875A1 - Vorrichtung und verfahren zum aktivieren oder reinigen von brunnen

Info

Publication number: EP3061875A1
Application number: EP16000438.8A
Authority: EP
Inventors: Peter Nillert; David Nillert
Original assignee: Teftorec GmbH
Current assignee: Teftorec GmbH
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: DK3061875T3; DE202015002482U1; EP3061875B1; DE102015002476A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr (10), umfassend einen ersten Volumenkörper (18.1) und einen zweiten Volumenkörper (18.2), wobei die Volumenkörper (18.1; 18.2) mit ihrem jeweiligen Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innen- durchmesser des Filterrohrs (10) angepasst sind und an ihrer Außenumfangsflä- che jeweils Dichtmittel (16) aufweisen, mittels denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs erzielbar ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung (1) zumindest eine Entnahmekammer (18) auf, die zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (18.1; 18.2) und der Innenwandung des Filterrohrs (10) gebildet ist, wobei die Entnahmekammer (18) mit einer Pumpeinrichtung (20) hydraulisch verbindbar ist und bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung (20) Wasser aus der Entnahmekammer (18) abpumpbar ist. Zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12; 13) sind in Längsrichtung der Vorrichtung (1) zwei Entnahmekammern in Form einer oberen Entnahmekammer (18.1) und einer unteren Entnahmekammer (18.2) ausgebildet, die hydraulisch voneinander getrennt sind und durch getrennte hydraulische Verbindungen (22; 24) jeweils an die Pumpeinrichtung (20) anschließbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen von Brunnen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Bei der Herstellung von Filtersträngen im Erdreich zur Förderung von Grundwasser ist es nach Fertigstellung des Brunnenbauwerks erforderlich, aus der im Ringraum zwischen Filterrohr und Bohrlochrand eingebauten Filterkornschüttung, bestehend aus Filterkies, Filtersand oder Glaskugeln, beim Bau eingetragene Verschmutzungen und sog. Unterkorn auszuspülen. Ein solcher Austrag von 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.
Weiterhin soll im Übergangsbereich von der in dem Ringraum eingebauten Filterkornschüttung zum daran angrenzenden natürlichen Erdreich durch Ausspülen der kleinen Körner aus dem Erdreich in dieser Ringzone ein schalenförmiger Stützkornfilter erzeugt werden, der sich aus den gröberen Stützkörnern des Erdreichs zusammensetzt, welche nicht durch die Porenkanäle der eingebauten Filterkornschüttung passen. Außerdem ist es erwünscht, hinter dem zu erzeugenden Stützkornfilter sehr kleine Körner im angrenzenden Erdreich, die sog. suffosionsfähigen Korngrößen, die bei ausreichend großen Transportkräften durch die Porenkanäle des natürlichen Erdreichs transportiert werden können, ebenfalls aus einem größtmöglichen radialen Umfeld um das Bohrloch auszuspülen. Durch diese Maßnahmen der sog. Brunnenfilterentwicklung oder -aktivierung sollen eine gute Durchlässigkeit und ein großes Porenvolumen in dem Kornfilter erzielt werden, um bei der Grundwasserförderung durch geringe Zuflusswiderstände geringstmögliche Wasserspiegelsenkungen zu erzeugen, wodurch der geringstmögliche Energieaufwand zur Grundwasserhebung gewährleistet werden soll.
Die bei der Brunnenerrichtung erzeugte Filterkornschüttung ist auch nach Zeiten des Brunnenbetriebes wiederholt zu reinigen bzw. zu regenerieren, um aus dem zufließenden Grundwasser herrührende Ausscheidungen mineralischen und / oder organischen Ursprungs sowie in die Filterkornschüttung eingetragene Sedimentkörner aus dem Erdreich, die sich in den Kornfilterporen akkumuliert haben, wieder zu entfernen. Um die erforderliche Reinigung der Poren an allen beschriebenen Orten der Filterkornschüttung, die das Filterrohr umgibt, zu erreichen, müssen an diesen Orten ausreichend große Schubkräfte des strömenden Grundwassers erzeugt werden, um die auszuspülenden Partikel auch transportieren zu können. Außerdem muss der mit dem Grundwasserfluss durch die Porenkanäle stattfindende Partikelfluss durch geeignete Maßnahmen stimuliert werden, weil sich die Partikel in den chaotisch gestalteten Fließbahnen durch die Poren des Skeletts der Filterkörner in den Porenendwinkeln stetig verklemmen und dadurch der Partikeltransport behindert wird bzw. ohne besondere Maßnahmen, welche die eingeklemmten Partikel wieder transportfähig machen, zum Erliegen kommt. Beide Ziele werden durch unterschiedliche Maßnahmen und praktizierte Wirkprinzipien verfolgt.
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 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 , 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.
Gleichzeitig mit dem Förderstrom kann eine Porenraumstimulation realisiert werden, mittels der die sich fortwährend in den Porenendwinkeln verklemmenden Partikel gelöst und transportfähig gemacht werden können. Eine solche Porenraumstimulation kann nach dem Stand der Technik auf verschiedene Weise erzeugt werden. Bekannt ist die alternierende Umkehrung der Strömungsrichtung durch kurze Unterbrechungen des Förderstroms, z. B. durch Ausschalten der Förderpumpe, wodurch das in einem Steigrohr oberhalb der Entnahmekammer befindliche Wasser durch die Kammer in den Porenraum zurück strömt und die zuvor angesaugten Partikel wieder zurück drückt. Da ein Schaltvorgang durch einige Minuten Pumpen und eine noch kürzere Ausschaltzeit gekennzeichnet ist, beträgt die Frequenz der Schaltvorgänge etwa 0,1 bis 0,3 Hz und erfordert entsprechend lange Behandlungszeiten, bis ein Porenfilter hinreichend gereinigt ist.
Eine weitere Möglichkeit der Porenraumstimulation besteht in der kontinuierlichen Änderung der Strömungsrichtung aus der Filterkornschüttung in die Entnahmekammer, indem eine entsprechende Vorrichtung mit ihrer Entnahmekammer längs des Filterrohres über einen Abschnitt des Filterrohres ständig hin- und herbewegt wird. Hierdurch verändert sich die Zuflussrichtung gegenüber der Kammer, was eine Aktivierung von möglichen Partikeltransportwegen im chaotischen Kornfilter anregt. Diese Art der Porenraumstimulation bedarf keiner zusätzlichen Technik, um Impulse zu erzeugen und einzutragen, und kann mit Entnahmekammern mit Scheiben oder Kolben als Begrenzungen angewandt werden.
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 Fig. 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 Fig. 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.
Aus DE 10 2009 018 383 B4 ist eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen bekannt, bei der zwischen einem ersten und einem zweiten Volumenkörper eine Entnahmekammer gebildet ist, aus der mittels einer Pumpeinrichtung Wasser aus dem Filterrohrbrunnen ausgetragen werden kann. Bei dieser Vorrichtung ist ein Ausgleichsrohr vorgesehen, das die Entnahmekammer in Längsrichtung der Vorrichtung vollständig durchsetzt, wobei dieses Ausgleichsrohr eine hydraulische Verbindung zwischen den Bereichen bewirkt, die jeweils an die zur Entnahmekammer entgegengesetzten äußeren Stirnseiten der beiden Volumenköper angrenzen. Die hydraulische Verbindung durch das Ausgleichsrohr bewirkt bei einer ungleichmäßigen Anströmung der Vorrichtung einen selbsttätigen Druck- bzw. Volumenstromausgleich zwischen den Bereichen des Filterrohrs oberhalb und unterhalb der Vorrichtung. Die Vorrichtung gemäß DE 10 2009 018 383 B4 hat den Nachteil, dass ein möglicher Volumenstromdurchsatz durch das Ausgleichsrohr beschränkt ist und das Vorsehen von mehreren solcher Ausgleichsrohren konstruktiv aufwendig und kostspielig ist.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aktivieren oder Reinigen von Brunnen und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit der bzw. mit dem eine verbesserte Aktivierungs- bzw. Reinigungsleistung in Folge einer größeren radialen Tiefenwirkung innerhalb des Grundwasserleiters des Brunnens realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr, und umfasst einen ersten Volumenkörper und einen zweiten Volumenkörper, wobei diese Volumenkörper mit ihrem jeweiligen Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs angepasst sind und an ihrer Außenumfangsfläche jeweils Dichtmittel aufweisen, mittels denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs erzielt werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zumindest eine Entnahmekammer, die zwischen dem ersten und dem zweiten Volumenkörper und der Innenwandung des Filterrohrs gebildet ist. Die Entnahmekammer kann mit einer Pumpeinrichtung hydraulisch verbunden sein, wobei bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung Wasser aus der Entnahmekammer abpumpbar ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Volumenkörper sind in Längsrichtung der Vorrichtung zwei Entnahmekammern in Form einer oberen Entnahmekammer und einer unteren Entnahmekammer ausgebildet. Diese beiden Entnahmekammern sind hydraulisch voneinander getrennt und können durch getrennte hydraulische Verbindungen jeweils an die Pumpeinrichtung angeschlossen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch ein Zusammenwirken der oberen Entnahmekammer und der unteren Entnahmekammer in Bezug auf ein Austragen bzw. Abpumpen von Wasser aus dem Filterrohr eine größere radiale Eindringtiefe in dem Erdreich, welches an das Filterrohr des Brunnens angrenzt, möglich ist. Anders ausgedrückt, ist die zylindrische Wirkzone der radialen Tiefenwirkung in der Bohraureole bis in den angrenzenden Grundwasserleiter hinein vergrößert. Praktisch vereinigen sich die beiden Wirkzonen der oberen Entnahmekammer und der unteren Entnahmekammer in dieser radial entfernteren Zone der Porenreinigung zu einem zusammenhängenden Wirkbereich mit ausreichend großen Strömungskräften, der sich über die gesamte axiale Länge der Vorrichtung erstrecken kann. Hierbei ist es von Vorteil, dass die obere Entnahmekammer und die untere Entnahmekammer jeweils durch getrennte hydraulische Verbindungen an die Pumpeinrichtung angeschlossen sind. Die Abmessungen dieser hydraulischen Verbindungen sind derart ausgestaltet, dass ein Volumenstrom, der durch eine jeweilige Entnahmekammer, d.h. durch die obere Entnahmekammer und die untere Entnahmekammer, ausgetragen wird, im Wesentlichen den gleichen Wert annimmt bzw. übereinstimmt. Anders ausgedrückt, wird durch eine jeweilige Entnahmekammer jeweils ein hälftiges Wasservolumen abgepumpt, in Bezug auf die aus dem Filterrohr ausgetragene Gesamtmenge an Wasser.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, als "bewegte Kammer" verwendet zu werden, wobei sie während eines Betriebs der Pumpeinrichtung innerhalb des Filterrohrs eines Filterrohrbrunnens fortwährend bewegt wird. Für diesen Fall kann eine Porenraumstimulation innerhalb einer Filterkornschüttung des Brunnens und des daran angrenzenden Gebirges dadurch verbessert werden, dass ein dritter mittiger Volumenkörper vorgesehen ist, der zwischen der oberen Entnahmekammer und der unteren Entnahmekammer angeordnet ist. Der dritte Volumenkörper ist in gleicher Weise wie der erste und zweite Volumenkörper mit seinem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs angepasst und weist an seiner Außenumfangsfläche Dichtmittel auf, mit denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs realisiert wird. Bei einer Bewegung der Vorrichtung entlang des Filterrohrs ändert sich die Strömungsrichtung an einer bestimmten Stelle des Brunnens um bis zu 180°. Dies hat zur Folge, dass in kürzerer Zeit eine große Anzahl von Partikeln durch die Porenkanäle der Filterkornschüttung bzw. des daran angrenzenden Gebirges transportiert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann entlang der Längsachse der Vorrichtung ein Außenrohr vorgesehen sein, wobei die Volumenkörper an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs angebracht sind. Innerhalb des Außenrohrs ist koaxial ein Zwischenrohr angeordnet, wobei zwischen dem Außenrohr und dem Zwischenrohr ein äußerer Ringraum gebildet ist. Die Wirkungsweise dieses äußeren Ringraums ist nachstehend noch im Detail erläutert.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann ein dritter mittiger Volumenkörper vorgesehen sein, der zwischen der oberen und unteren Entnahmekammer angeordnet ist. Der dritte Volumenkörper ist mit seinem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs angepasst, und weist an seiner Außenumfangsfläche Dichtmittel auf, mit denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs eingestellt werden kann. Im Hinblick auf eine hydraulisch wirksame mehrfache Änderung der Strömungsrichtung während einer Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang des Filterrohrs ist es von Vorteil, wenn der dritte mittige Volumenkörper in axialer Richtung der Vorrichtung in etwa so lang ausgebildet ist wie der erste und zweite Volumenkörper.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die jeweiligen Volumenkörper in Längsrichtung der Vorrichtung segmentartig ausgebildet sein, z.B. in Form von scheibenförmigen Segmenten. Diese Segmente der jeweiligen Volumenkörper können auf das Außenrohr der Vorrichtung aufgeschoben und daran in einer vorbestimmten Position festgelegt werden. Hierbei bestimmt dann eine Anzahl der Segmente eine axiale Erstreckung eines jeweiligen Volumenkörpers entlang der Längsachse der Vorrichtung.
Zur Gewährleistung einer effektiven Behandlung auch besonders ungünstig konstruierter Brunnen, die sich durch vergleichsweise kleine Brunnenrohrdurchmesser und durch sehr große Bohrdurchmesser kennzeichnen, ist es zu empfehlen, die radiale Tiefenwirkung bzw. die Erzeugung ausreichend großer Strömungskräfte in Richtung des Filterrohrs in großer radialer Entfernung zu verstärken. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch möglich, dass eine axiale Länge des dritten mittigen Volumenkörpers verringert wird, was bei der vorstehend genannten segmentartigen Ausbildung einfach durch Herausnahme eines Segmentes des dritten Volumenkörpers möglich ist. Durch eine solche Verminderung der axialen Länge des dritten mittigen Volumenkörpers werden die Wirkungen der oberen und unteren Entnahmekammer überlagert bzw. verstärkt, wodurch ausreichend große Strömungskräfte auch in der äußeren Filterringzone bis in die Bohraureole erzeugt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass die obere Entnahmekammer hydraulisch entweder mit dem äußeren Ringraum oder mit dem Innern des Zwischenrohrs verbunden ist, und dass die untere Entnahmekammer hydraulisch entweder mit dem Innern des Zwischenrohrs oder mit dem äußeren Ringraum verbunden ist, so dass der äußere Ringraum und das Zwischenrohr für die Entnahmekammern jeweils getrennte hydraulische Verbindungen zur Pumpeinrichtung bilden. Anders ausgedrückt, können dabei einerseits der äußere Ringraum, der zwischen dem Außenrohr und dem Zwischenrohr gebildet ist, und andererseits das Innere des Zwischenrohrs, jeweils als hydraulische Verbindung ausgestaltet sein, durch die eine jeweilige Entnahmekammer hydraulisch mit der Pumpeinrichtung verbunden ist. In diesem Fall sind in der Wandung des Außenrohrs angrenzend an die Entnahmekammer Ausnehmungen ausgebildet, die parallel zur Längsachse des Außenrohrs verlaufen. In der Wandung des Zwischenrohrs sind angrenzend an die obere Entnahmekammer oder die untere Entnahmekammer ebenfalls Ausnehmungen ausgebildet, die parallel zur Längsachse des Außenrohrs und insbesondere gegenüberliegend zu den Ausnehmungen des Außenrohrs verlaufen. Hierbei führen Verbindungskanäle von den Ausnehmungen des Außenrohrs radial durch den äußeren Ringraum hindurch zu den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen des Zwischenrohrs, so dass diese Entnahmekammer hydraulisch mit dem Inneren des Zwischenrohrs verbunden und von dem äußeren Ringraum hydraulisch getrennt ist.
Zur Gewährleistung eines gleichgroßen Volumenstroms an Wasser, der durch die jeweiligen Entnahmekammern ausgetragen wird, ist es für die soeben genannte Ausführungsform zweckmäßig, wenn die Abmessungen des äußeren Ringraums und der Durchmesser des Zwischenrohrs derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Betrieb der Pumpeinrichtung ein übereinstimmender Durchsatz für die obere und untere Entnahmekammer einstellt. Von Vorteil ist ebenfalls, wenn das Zwischenrohr und das Außenrohr an einem oberen Ende des Außenrohrs über eine gemeinsame Anschlusskupplung mit der Pumpeinrichtung hydraulisch verbunden werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, dass der äußere Ringraum als hydraulische Verbindung zwischen den äußeren Stirnseiten des Außenrohrs dient bzw. Teil einer solchen hydraulischen Verbindung ist. Zu diesem Zweck ist das Außenrohr an seinen äußeren Stirnseiten offen ausgebildet. Somit kann Wasser bei einer Bewegung der Vorrichtung entlang des Filterrohrs durch den Ringraum, der innerhalb des Außenrohrs gebildet ist, hindurchtreten, was zu einem verminderten Strömungswiderstand für die Vorrichtung beim Bewegen innerhalb des Filterrohrs führt. In gleicher Weise wird durch diese hydraulische Verbindung zwischen den äußeren Stirnseiten des Außenrohrs auch dann, wenn die Vorrichtung nicht innerhalb des Filterrohrs bewegt wird, ein Druck- bzw. Volumenstromausgleich zwischen den Bereichen des Filterrohrs oberhalb und unterhalb der Vorrichtung gewährleistet.
Bei der zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, wenn innerhalb des Außenrohrs koaxial ein Innenrohr angeordnet ist, welches auch innerhalb des Zwischenrohrs verläuft. Entsprechend wird zwischen dem Innenrohr und dem Zwischenrohr ein innerer Ringraum gebildet, wobei die obere Entnahmekammer hydraulisch entweder mit dem inneren Ringraum oder mit dem Inneren des Zwischenrohrs verbunden ist, und wobei die untere Entnahmekammer hydraulisch entweder mit dem Inneren des Zwischenrohrs oder mit dem inneren Ringraum verbunden ist. Entsprechend bilden der innere Ringraum und das Innenrohr für die beiden Entnahmekammern jeweils getrennte hydraulische Verbindungen zur Pumpeinrichtung.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung nach der zuletzt genannten Ausführungsform können in der Wandung des Außenrohrs angrenzend an die Entnahmekammern Ausnehmungen ausgebildet sein, die parallel zur Längsachse des Außenrohrs verlaufen. In der Wandung des Zwischenrohrs können angrenzend an die obere Entnahmekammer ebenfalls Ausnehmungen ausgebildet sein, die parallel zur Längsachse des Außenrohrs und gegenüberliegend zur den Ausnehmungen des Außenrohrs verlaufen. Hierbei führen Verbindungskanäle von den Ausnehmungen des Außenrohrs radial durch den äußeren Ringraum hindurch zu den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen des Zwischenrohrs, so dass die obere Entnahmekammer hydraulisch mit dem inneren Ringraum verbunden und von dem äußeren Ringraum hydraulisch getrennt ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann sich das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs in axialer Länge der Vorrichtung zumindest bis in den Bereich der unteren Entnahmekammer erstrecken, wobei in der Wandung des Innenrohrs angrenzend an die untere Entnahmekammer Ausnehmungen ausgebildet sind, die parallel zur Längsachse des Außenrohrs und gegenüberliegend zu den Ausnehmungen des Außenrohrs verlaufen. Hierbei führen dann Verbindungskanäle von den Ausnehmungen des Außenrohrs radial durch den zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildeten Ringraum hindurch zu den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen des Innenrohrs, so dass die untere Entnahmekammer hydraulisch mit dem Inneren des Innenrohrs verbunden und von dem Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr hydraulisch getrennt ist.
Die zuletzt genannte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass drei Rohre koaxial ineinandergesteckt sind, nämlich ein Außenrohr, ein Zwischenrohr und ein Innenrohr. Hierdurch werden wie erläutert innerhalb des Außenrohrs ein äußerer Ringraum und ein innerer Ringraum gebildet. Der äußere Ringraum, der zwischen dem Außenrohr und dem Zwischenrohr gebildet ist, dient dann in Verbindung mit einem Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr als hydraulische Verbindung zwischen den äußeren Stirnseiten des Außenrohrs. Des Weiteren übernehmen der innere Ringraum als auch das Innere des Innenrohrs jeweils die Funktion einer separaten hydraulischen Verbindung, um die obere bzw. untere Entnahmekammer mit der Pumpeinrichtung zu verbinden. In dieser Weise kann ein technisch einfaches und gleichzeitig robustes Werkzeug mit vergleichsweise wenigen Bauteilen für den Baustelleneinsatz realisiert werden, um Brunnen zu aktivieren oder zu reinigen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Zwischenrohr das Außenrohr von einem oberen Ende der Vorrichtung her bis etwa zu einem mittigen Bereich davon durchsetzen. Des Weiteren kann das Innenrohr das Außenrohr im Wesentlichen entlang seiner ganzen Länge durchsetzen. Hierbei ist das Zwischenrohr in axialer Richtung der Vorrichtung nur so lang ausgebildet, wie es der innere Ringraum, der zwischen dem Zwischenrohr und dem Innenrohr gebildet ist, in seiner Funktion als hydraulische Verbindung für die obere Entnahmekammer mit der Pumpeinrichtung erforderlich macht. Des Weiteren ist hierdurch ermöglicht, dass das Innenrohr auch angrenzend an die untere Entnahmekammer angeordnet ist, so dass durch die Ausnehmungen, die in den Wandungen des Außenrohrs und des Innenrohrs ausgebildet sind, in Verbindung mit den dazwischen angeordneten Verbindungskanälen das Innenrohr als hydraulische Verbindung für die untere Entnahmekammer mit der Pumpeinrichtung dienen kann.
Bezüglich der Ausführungsform der Erfindung, bei der wie erläutert die drei Rohre, nämlichen Außenrohr, Zwischenrohr und Innenrohr, koaxial ineinandergesteckt sind, ist von Vorteil, dass die Abmessungen des inneren Ringraums und der Durchmesser des Innenrohrs derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Betrieb der Pumpeinrichtung ein übereinstimmender Durchsatz für die obere und untere Entnahmekammer einstellt. Des Weiteren ist von Vorteil, wenn das Zwischenrohr und das Innenrohr an einem oberen Ende bzw. einer oberen Stirnseite des Außenrohrs über eine gemeinsame Anschlusskupplung mit der Pumpeinrichtung hydraulisch verbunden werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die jeweiligen Volumenkörper an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs angebracht werden, wobei der erste, zweite und/oder dritte Volumenkörper relativ zum Außenrohr in Richtung einer Längsachse der Vorrichtung verschieblich und in einer vorbestimmten Position an dem Außenrohr festlegbar sind. Vor einer Inbetriebnahme der Vorrichtung ist eine Verschiebung der Volumenkörper relativ zum Außenrohr in Richtung einer Längsachse der Vorrichtung möglich. Nach Erreichen einer vorbestimmten Position können die Volumenkörper an dem Außenrohr durch geeignete Klemmeinrichtungen oder dergleichen festgelegt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können der erste, zweite und/oder dritte Volumenkörper in Längsrichtung der Vorrichtung segmentartig ausgebildet ist, wobei die Segmente auf das Außenrohr aufschiebbar und daran in einer vorbestimmten Position festlegbar sind, vorzugweise, dass eine axiale Erstreckung eines Volumenkörpers durch die Anzahl seiner Segmente veränderlich ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die obere und untere Entnahmekammer etwa in einem mittigen Bereich der Vorrichtung ausgebildet sein, wobei die daran angrenzenden ersten und zweiten Volumenkörper sich in Richtung der äußeren Stirnseiten des Außenrohrs erstrecken und somit endseitig an dem Außenrohr angebracht sind.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine axiale Länge der Ausnehmungen, die in den Wandungen der einzelnen Rohre ausgebildet sind, und eine axiale Länge der daran angrenzenden Verbindungskanäle größer sein als eine effektive axiale Höhe einer daran angrenzenden Entnahmekammer. Vorzugsweise sind diese Ausnehmungen und die zugeordneten Verbindungskanäle in axialer Richtung der Vorrichtung so lang ausgeführt, dass sie in der symmetrischen Mitte der Vorrichtung aneinandergrenzen, und von dort bis zu den jeweiligen endseitigen Stirnseiten der Vorrichtung führen. Falls die Volumenkörper auf dem Außenrohr der Vorrichtung montiert sind, ist es möglich, dass ein Teil der in dem Außenrohr ausgebildeten Ausnehmungen von den Volumenkörpern abgedeckt wird. In Folge dessen sind lediglich der Teil der in dem Außenrohr ausgebildeten Ausnehmungen, und in gleicher Weise auch die zugeordneten Ausnehmungen in dem Zwischenrohr bzw. in dem Innenrohr, die sich zwischen den Volumenkörpern befinden und entsprechend nicht abgedeckt sind, für eine radiale Einströmung von Wasser zugänglich. Durch eine gewünschte Positionierung der Volumenkörper an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs können die Höhe der oberen und unteren Entnahmekammer in Abhängigkeit eines jeweiligen Einsatzwecks genau eingestellt bzw. umgerüstet werden. Eine vorbestimmte Positionierung der Volumenkörper an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs ist durch geeignete Abstandshalter, vorzugsweise in Form von sogenannten Ringkörben, möglich. In dieser Weise ist mit mechanisch einfachsten Mitteln ein Umrüsten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in alle denkbar bekannten Arten von Intensiventnahmekammern möglich.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Dichtmittel an den Außenumfangsflächen der Volumenkörper offenzelligen Schaumstoff oder Borsten aufweisen, zwecks einer ausreichenden Dichtwirkung mit der Innenwandung des Filterrohrs. Der offenzellige Schaumstoff bzw. die Borsten sind in ihrer Beschaffenheit derart ausgebildet, dass sie zur Gewährleistung der gewünschten Dichtwirkung einerseits den Raum zwischen den Stäben eines Wickeldrahtfilters bis in die Filterschlitze ausfüllen und andererseits an innen glatten Filterrohren an der Innenrohrwand dicht anliegen. Des Weiteren ist die Beschaffenheit des Schaumstoffs bzw. der Borsten derart gewählt, dass eine hinreichende Verschleißfestigkeit besteht und keine übermäßige Abnutzung auftritt, wenn die Vorrichtung entlang des Filterrohrs bewegt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Dichtmittel bzw. die Volumenkörper dahingehend ausgebildet sein, dass sie aus dem offenzelligen Schaumstoff bzw. aus den Borsten gebildet sind bzw. daraus bestehen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Dichtmittel und/oder die Volumenkörper ein veränderliches Volumen aufweisen. Dies bedeutet, dass die Dichtmittel bzw. die Volumenkörper durch Zuleiten eines Fluids, z.B. Druckluft oder Wasser, in ihrem Volumen vergrößert werden können und dabei radial nach aussen aufgeweitet werden. Dies ist bei einem stationären Betrieb der Vorrichtung innerhalb des Filterrohrbrunnens, d.h. an einer unveränderlichen und vorbestimmten Position innerhalb des Filterrohrs, zweckmäßig, weil durch das radiale Aufweiten der Dichtmittel bzw. der Volumenkörper die gewünschte Dichtwirkung zwischen den Volumenkörpern und dem Filterrohr optimiert wird. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass durch ein Ableiten von Fluid aus dem veränderlichen Volumen der Dichtmittel bzw. der Volumenkörper deren Ausdehnung in radialer Richtung abnimmt, wodurch ein anschließendes Verfahren der Vorrichtung in Längsrichtung des Brunnens leichter möglich ist.
Eine noch weiter optimierte Dichtwirkung kann dadurch erzielt werden, dass die Dichtmittel bzw. die Volumenkörper ein veränderliches Volumen aufweisen, wobei an deren zugehöriger Aussenmantelfläche eine flexible Schicht aus Schaumstoff, oder Borsten wie vorstehend erläutert, angebracht sind. Dies führt zu einer Überlagerung der vorstehend genannten Vorteile in Bezug auf einerseits die flexible Schicht aus Schaumstoff bzw. Borsten, und andererseits ein gezieltes Aufweiten bzw. Vermindern der Dichtmittel bzw. der Volumenkörper in radialer Richtung. Ein zusätzlicher Vorteil für diese Kombination besteht darin, dass eine Aussenumfangsfläche des veränderlichen Volumens durch die Anbringung der flexiblen Schicht aus Schaumstoff, bzw. durch das Vorsehen der Borsten, weniger empfindlich gegen Beschädigung ist, wenn sie beim Zuleiten eines Fluids in das veränderliche Volumen in Kontakt mit dem Filterrohr kommt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können das Außenrohr oder das Innenrohr im Bereich einer unteren Stirnseite der Vorrichtung mit Verbindungsmitteln ausgestattet sein, um weitere Gerätschaften zur Brunnenbehandlung an der Vorrichtung anzubringen. Bei solchen Gerätschaften kann es sich beispielsweise um einen Impulsgenerator handeln, durch den hydromechanische Impulse in den Brunnen eingebracht werden. Ein Hochdruckschlauch zur Speisung des Impulsgenerators kann beispielsweise durch den Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Zwischenrohr bzw. dem Innenrohr geführt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr, wobei eine Vorrichtung nach den vorstehend genannten Ausführungsformen und Möglichkeiten entlang des Filterrohrs fortwährend aufwärts oder abwärts bewegt wird und dabei mittels der Pumpeinrichtung Wasser aus den beiden Entnahmekammer der Vorrichtung gefördert und aus dem Brunnen ausgetragen wird.
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 bevorzugter Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt, und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: Strömungsverhältnisse für eine herkömmliche Reinigungsvorrichtung bei idealisierten Bedingungen eines Filterrohrbrunnens,
Fig. 2: die Reinigungsvorrichtung von Fig. 1 bei tatsächlichen Bedingungen eines Filterrohrbrunnens, wenn ungleichmäßige Strömungsverhältnisse vorliegen,
Fig. 3: eine seitliche Schnittansicht entlang der Längsachse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn diese in einem Filterrohrbrunnen eingesetzt ist, wobei Strömungsanteile in dem Filterrohrbrunnen idealisiert dargestellt sind,
Fig. 4: eine Perspektivansicht eines Teils eines Außenrohrs der Vorrichtung von Fig. 3, mit daran angebrachten Abstandshaltern in Form von Ringkörben,
Fig. 5: verschiedene Ansichten eines Abstandshalters von Fig. 4,
Fig. 6: verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich in fertig montiertem Zustand, nämlich eine seitliche Schnittansicht entlang deren Längsachse, und mehrere Querschnittsansichten davon,
Fig. 7: verschiedene Ansichten eines Außenrohrs gemäß Fig. 2, nämlich eine Seitenansicht davon und mehrere Querschnittsansichten,
Fig. 8: eine Seitenansicht und eine Querschnittsansicht eines Zwischenrohrs, das für eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 6 Verwendung findet,
Fig. 9: eine Seitenansicht und eine Querschnittsansicht eines Innenrohrs, das für eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 6 Verwendung findet,
Fig. 10, 11: verschiedene Ansichten von Rechteckrohren, die für eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 6 Verwendung finden,
Fig. 12: eine Draufsicht auf eine Ringscheibe, die bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 6 Verwendung findet,
Fig. 13: eine seitliche Schnittansicht entlang der Längsachse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer modifizierten Ausführungsform, und
Fig. 14: eine vereinfachte Darstellung von praxisrelevanten Strömungsanteilen in dem Erdreich angrenzend an einen Filterrohrbrunnen, wenn eine darin eingebrachte erfindungsgemäße Vorrichtung in Betrieb genommen ist.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einem Längsschnitt, wenn die Vorrichtung in einen Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr 10 eingebracht ist. Das Filterrohr 10 ist in bekannter Weise ausgebildet und ermöglicht, dass Wasser radial von aussen durch das Filterrohr 10 hindurchströmen kann, wie, wie in Fig. 3 durch den Pfeil R kenntlich gemacht ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten (oberen) Volumenkörper 12 und einen zweiten (unteren) Volumenkörper 13, die mit ihrem jeweiligen Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs 10 angepasst sind. An den Außenumfangsflächen der Volumenkörper 12, 13 sind jeweils Dichtmittel 16 vorgesehen, mittels denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs 10 erzielt werden kann.
Zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper 12, 13 sind in Längsrichtung der Vorrichtung zwei Entnahmekammern ausgebildet, nämlich eine obere Entnahmekammer 18.1 und eine untere Entnahmekammer 18.2. Diese beiden Entnahmekammern 18.1, 18.2 sind hydraulisch voneinander getrennt und jeweils durch getrennte hydraulische Verbindungen an eine Pumpeinrichtung 20 angeschlossen. Im Einzelnen ist die obere Entnahmekammer 18.1 durch eine hydraulische Verbindung 22 an die Pumpeinrichtung 20 angeschlossen, wobei die untere Entnahmekammer 18.2 durch eine hydraulische Verbindung 24 an die Pumpeinrichtung 20 angeschlossen ist. Details zu diesen hydraulischen Verbindungen zwischen den jeweiligen Entnahmekammern 18.1, 18.2. und der Pumpeinrichtung 20 sind nachstehend noch erläutert.
Die Vorrichtung 1 weist ein Außenrohr 26 auf, das sich entlang einer Längsachse L der Vorrichtung 1 erstreckt. Der erste und zweite Volumenkörper 12, 13 sind an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 angebracht und dort an einer vorbestimmten Position festgelegt. Zu diesem Zweck sind an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 eine Mehrzahl von Abstandshaltern 28 (fig. 4) angebracht, die jeweils beiderseits eines Volumenkörpers angeordnet sind und dadurch den Volumenkörper an einer vorbestimmten axialen Position bezüglich des Außenrohrs 26 festlegen.
In der Wandung des Außenrohrs 26 sind entlang der Längsachse L der Vorrichtung 1 Ausnehmungen ausgebildet, nämlich in Form von Längsschlitzen. Diese Ausnehmungen A₂₆ in der Wandung des Außenrohrs 26 sind insbesondere im Bereich der oberen und unteren Entnahmekammer 18.1, 18.2 vorgesehen und ermöglichen ein radiales Einströmen von Brunnenwasser hinein in die Vorrichtung 1. Details zu diesem radialen Einströmen sind nachstehend noch erläutert.
Die Vorrichtung 1 kann einen dritten mittigen Volumenkörper 14 aufweisen, der in gleicher Weise wie die Volumenkörper 12, 13 an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 angebracht ist. Hierbei befindet sich der dritte mittige Volumenkörper 14 an dem Außenrohr 26 zwischen dem oberen Volumenkörper 12 und dem unteren Volumenkörper 13. Durch einen axialen Abstand zwischen dem ersten oberen Volumenkörper 12 und dem dritten mittigen Volumenkörper 14 wird eine effektive Höhe h der oberen Entnahmekammer 18.1 bestimmt. Gleiches gilt für die untere Entnahmekammer 18.2, deren effektive Höhe h in axialer Richtung durch einen Abstand des dritten Volumenkörpers 14 von dem zweiten Volumenkörper 13 bestimmt wird. Jedenfalls sind die Entnahmekammern 18.1, 18.2 mit ihren jeweiligen Höhen h in axialer Richtung der Vorrichtung 1 derart groß ausgebildet, dass ein bestimmter Durchsatz an Brunnenwasser beim Betrieb der Pumpeinrichtung 20 abgesaugt bzw. aus dem Filterrohr 10 ausgetragen werden kann.
Eine Ausgestaltung der Abstandshalter 28 für eine Positionierung der Volumenkörper an dem Außenrohr 26 ist in der Fig. 4 veranschaulicht, die das Außenrohr in einer vereinfachten Perspektivansicht zeigt. Hierbei sind die Volumenkörper zur Vereinfachung weggelassen. An einer unteren Stirnseite können die Abstandshalter in Form einer Befestigungsschelle 29 oder dergleichen ausgebildet sein. In einem mittigen Bereich des Außenrohrs 26, nämlich insbesondere angrenzend an die Ausnehmungen A₂₆ im Bereich der oberen und unternehmen Entnahmekammer, sind die Abstandshalter in Form von sogenannten Ringkörben 30 ausgebildet. Für eine axiale Fixierung der Volumenkörper an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 an einer vorbestimmten Position ist vorgesehen, dass ein jeweiliger Volumenkörper beiderseits von einem Ringkorb 30 bzw. einer Befestigungsschelle 29 eingefasst wird. In Bezug auf die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform darf darauf hingewiesen werden, dass der mittige Volumenkörper 14 sich zwischen zwei Ringkörben 30 befindet und dadurch in axialer Richtung an dem Außenrohr 26 festgelegt ist. Der erste Volumenkörper 12 und der zweite Volumenkörper 13 befinden sich jeweils zwischen einem Ringkorb 30 und einer an einer unteren Stirnseite 27u des Außenrohrs 26 angeordneten Befestigungsschelle 29u, und sind dadurch an dem Außenrohr 26 axial festgelegt.
Fig. 5 verdeutlicht eine Ausgestaltung der Ringkörbe 30. In Fig. 5.1 ist ein Ringkorb 30 in einer Seitenansicht gezeigt, wobei Fig. 5.2 einen Ringkorb 30 entlang eines Schnitts A-A von Fig. 5.1 zeigt. Fig. 5.3 zeigt den Ringkorb 30 von Fig. 5.1 in einer Perspektivansicht. Der Ringkorb 30 besteht aus zwei Ringelementen 32, die durch eine Mehrzahl von Stegen 34 voneinander beanstandet sind. Ein Innendurchmesser der Ringelemente 32 ist an einen Außendurchmesser des Außenrohrs 26 angepasst, derart, dass die Ringkörbe 30 auf eine Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 klemmfrei aufgeschoben werden können. Durch geeignete Klemmeinrichtungen ist es möglich, einen Ringkorb 30, und damit auch einen Volumenkörper, an einer vorbestimmten axialen Position des Außenrohrs 26 festzulegen.
Eine Zusammenschau der Fig. 3, der Fig. 4 und der Fig. 5.3 veranschaulicht, dass eine Beabstandung der beiden Ringelemente 32 eines Ringkorbs 30 eine Höhe h einer jeweiligen Entnahmekammer definiert, jedenfalls bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3. Aus diesem Grund ist ausweislich der Darstellung von Fig. 4 auch vorgesehen, dass ein Ringkorb 30 an dem Außenrohr 26 jeweils angrenzend zu den Ausnehmungen A₂₆ angebracht ist. Dies hat zur Folge, dass Brunnenwasser radial zwischen den Ringelementen 32 hindurch von außen in das Außenrohr 26 einströmen kann.
Für ein Anbringen der Volumenkörper 12, 13, 14 und der Ringkörbe 30 an dem Aussenrohr 26 darf darauf hingewiesen werden, dass diese Bauteile einfach auf die Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 aufgeschoben werden können. Zwischen den axialen Stirnseiten der Volumenkörper und den daran angrenzenden Ringkörben 30 können Distanzscheiben 35 vorgesehen sein. Für die Ausführungsform von Fig. 3 versteht sich, dass dann der obere Volumenkörper 12, ein Ringkorb 30, der mittige Volumenkörper 14, ein weiterer Ringkorb 30, und schließlich der untere Volumenkörper 13 auf das Außenrohr 26 aufgeschoben sind, nämlich in dieser Reihenfolge in Längsachse der Vorrichtung 1 gesehen von oben nach unten. Zwischen den Ringkörben 30 und den Volumenkörpern sind jeweils Distanzscheiben 35 angeordnet. Bei dieser Anordnung liegen die genannten Bauteile "auf Block", d.h. ihre jeweiligen Stirnseiten sind in Kontakt miteinander. Diese Bauteile werden dann an ihrer jeweiligen Position auf dem Außenrohr 26 zusammen durch die Befestigungsschelle 29u (Fig.4) und eine an der oberen Stirnseite 27o des Aussenrohrs 26 angebrachte Befestigungsschelle 29o (Fig. 3) fixiert bzw. festgelegt, wobei die Befestigungsschellen 29o, 29u jeweils an den äußeren Stirnseiten der daran angrenzenden Volumenkörper angeordnet sind. Eine solche Befestigungsmöglichkeit hat den Vorteil, dass für die einzelnen Bauteile selbst, d.h. die Volumenkörper 12, 13, 14 und die Ringkörbe 30, keine separaten Klemmeinrichtungen notwendig sind, und für ein Festlegen von allen Bauteilen an dem Außenrohr 26 insgesamt nur zwei Befestigungselemente, nämlich in Form der Befestigungsschellen 29o, 29u, ausreichen.
Die Befestigungsschellen 29o, 29u können stufenlos an beliebigen Positionen an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 festgeklemmt werden, wodurch die Volumenkörper 12, 13, 14 und die Ringkörbe 30 in verschiedenen vorbestimmten axialen Bereichen des Außenrohrs 26 festlegbar sind.
In den Fig. 6 bis 11 sind weitere Einzelheiten für das "Innenleben" der Vorrichtung 1 und die zugehörigen Bauelemente erläutert, durch die die genannten getrennten hydraulischen Verbindungen 22, 24 zwischen einer jeweiligen Entnahmekammer 18.1, 18.2 und der Pumpeinrichtung 20 realisiert werden.
Fig. 6 zeigt verschiedene Ansichten der Vorrichtung 1 und von zugehörigen Rohrelementen. Fig. 6.1 zeigt das bereits genannte Außenrohr 26 in einer Seitenansicht, wobei zur Vereinfachung die Volumenkörper weggelassen sind. Das Außenrohr 26 ist auch in der Fig. 7 nochmals gezeigt, nämlich in einer Seitenansicht (Fig. 7.1), in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von Fig. 7.1 (Fig. 7.2), und in einer Querschnittsansicht der Linie B-B von Fig. 7.1 (Fig. 7.3). Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 7.2 verdeutlicht, dass die Ausnehmungen A₂₆ entlang des Umfangs des Außenrohrs 26 in vier Segmenten ausgebildet sind, die jeweils um etwa 90° voneinander beanstandet sind. Des Weiteren verdeutlicht die Seitenansicht von Fig. 7.1, dass die Ausnehmungen A₂₆ sich über einen großen Teil der axialen Länge des Außenrohrs 26 erstrecken.
Fig. 6.2 zeigt eine Längsschnittansicht entlang der Linie A-A- von Fig. 6.1. Es ist zu erkennen, dass innerhalb des Außenrohrs 26 ein Zwischenrohr 36 aufgenommen ist, das sich etwa bis zur Mitte des Außenrohrs 26 erstreckt. Das Zwischenrohr 36 ist ebenfalls in der Fig. 8 dargestellt, nämlich in einer Seitenansicht (Fig. 8.1), und in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von Fig. 8.1 (Fig. 8.2). Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 8.2 verdeutlicht, dass in einer Wandung des Zwischenrohrs (36) ebenfalls Ausnehmungen A₃₆ ausgebildet sind, nämlich entlang des Umfangs des Zwischenrohrs 36 in vier Bereiche, die etwa um 90° zueinander beanstandet sind.
Zwischen dem Außenrohr 26 und dem Zwischenrohr 36 ist bei montierter Vorrichtung 1 ein äußerer Ringraum 38 (vgl. Fig. 6.5) gebildet. Das Zwischenrohr 36 ist derart innerhalb des Außenrohrs 26 positioniert, dass seine Ausnehmungen A₃₆ jeweils gegenüberliegend angeordnet sind zu den Ausnehmungen A₂₆, die in der Wandung des Außenrohrs 26 ausgebildet sind. Die einander gegenüberliegend angeordneten Ausnehmungen A₂₆ und A₃₆ sind durch Verbindungskanäle 40 miteinander verbunden, nämlich in Form von sogenannten Rechteckrohren, die innerhalb des äußeren Ringraums 38 aufgenommen sind.
Die Rechteckrohre 42K zum Verbinden der Ausnehmungen A₂₆ mit den Ausnehmungen A₃₆ sind in der Fig. 10 dargestellt, nämlich dort in einer Draufsicht (Fig. 10.1), in einer Stirnseitenansicht (Fig. 10.2), in einer Seitenansicht (Fig. 10.3.) und in einer Perspektivansicht (Fig. 10.4). Bezüglich dieser Verbindungskanäle 40 in Form der Rechteckrohre 42K, durch die wie erläutert die Ausnehmungen A₂₆ mit den Ausnehmungen A₃₆ verbunden sind, darf darauf hingewiesen werden, dass diese hydraulisch getrennt sind von dem äußeren Ringraum 38. Des Weiteren darf darauf hingewiesen werden, dass eine Höhe h₁ der Rechteckrohre 42K (vgl. Fig. 10.3) übereinstimmend gewählt ist, wie die radiale Höhe des äußeren Ringraums 38, d.h. wie der Abstand zwischen der Innenumfangsfläche des Außenrohrs 26 und der Außenumfangsfläche des Zwischenrohrs 36. Hierdurch ist eine nahtlose Verbindung zwischen den Ausnehmungen A₂₆ und A₃₆ gewährleistet. Im Übrigen versteht sich, dass eine axiale Länge der Rechteckrohre 42K im Wesentlichen übereinstimmend gewählt ist wie eine axiale Länge I der Ausnehmungen A₂₆ (vgl. Fig. 7.1).
Die Längsschnittansicht von Fig. 6.2 verdeutlicht weiter, dass innerhalb des Außenrohrs 26 ebenfalls koaxial ein Innenrohr 44 angeordnet ist, wobei das Innenrohr 44 innerhalb des bereits genannten Zwischenrohrs 36 verläuft. Eine axiale Länge des Innenrohrs 44 ist derart gewählt, dass es das Außenrohr 26 im Wesentlichen in seiner gesamten axialen Länge durchsetzt. In dem Längenabschnitt des Außenrohrs 26, in dem das Innenrohr 44 innerhalb des Zwischenrohrs 36 verläuft, ist zwischen dem Innenrohr 44 und dem Zwischenrohr 36 ein innerer Ringraum 46 (vgl. Fig. 6.4) gebildet. In dem Längenabschnitt des Außenrohrs 26, der nicht von dem Zwischenrohr 36 durchsetzt wird, ist zwischen dem Innenrohr 44 und dem Außenrohr 26 ein weiterer Ringraum 48 (vgl. Fig. 6.3) ausgebildet.
Bezüglich des inneren Ringraums 46 darf darauf hingewiesen werden, dass das Zwischenrohr 36 an seinem freien Ende 36u (Fig. 6.2) zur Außenumfangsfläche des Innenrohrs 44 geschlossen ist. Dies ist für die hydraulische Verbindung 22 zwischen der oberen Entnahmekammer 18.1 und der Pumpeinrichtung 20 von Bedeutung, wie nachstehend noch im Detail erläutert.
Das Innenrohr 44 ist zusätzlich auch in der Fig. 9 gezeigt, nämlich dort in einer Seitenansicht (Fig. 9.1), und in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von Fig. 9.1 (Fig. 9.2). Die zuletzt genannte Querschnittsansicht verdeutlicht, dass in einer Wandung des Innenrohrs 44 ebenfalls Ausnehmungen A₄₄ ausgebildet sind, nämlich entlang des Umfangs des Innenrohrs 44 in vier Bereichen, die zueinander um jeweils 90° beabstandet sind. In gleicher Weise wie das Zwischenrohr 36 ist das Innenrohr 44 innerhalb des Außenrohrs 26 derart angeordnet, dass die Ausnehmungen A₄₄ in der Wandung des Innenrohrs 44 jeweils gegenüberliegend sind zu den Ausnehmungen A₂₆ in der Wandung des Außenrohrs. Diese gegenüberliegenden Ausnehmungen A₂₆, A₄₄ sind durch Verbindungskanäle 40 miteinander verbunden, nämlich durch Rechteckrohre 42L, die zusätzlich in der Fig. 11 dargestellt sind. Im Einzelnen sind dort ein Rechteckrohr 42L in einer Draufsicht (Fig. 11.1), in einer Stirnseitenansicht (Fig. 11.2), in einer Seitenansicht (Fig. 11.3) und in einer Perspektivansicht (Fig. 11.4) gezeigt. Hierbei entspricht eine Höhe h₂ der Rechteckrohre 42L (vgl. Fig. 11.3) genau einer radialen Höhe des Ringraums 48 zwischen Innenrohr 44 und Außenrohr 26. In dieser Weise ist bei einer Anordnung der Rechteckrohe 42L innerhalb des Ringraums 48 eine dichte hydraulische Verbindung zwischen den Ausnehmungen A₂₆ und A₄₄ möglich, um damit auch eine hydraulische Trennung von dem Ringraum 48 zu erzielen.
Die vorstehend erläuterte "Verschachtelung" des Zwischenrohrs 36 und des Innenrohrs 44 jeweils innerhalb des Außenrohrs 26, wonach diese drei Rohre ineinander gesteckt und zueinander koaxial angeordnet sind, ist ebenfalls in den Querschnittsansichten nach den Fig. 6.3 - Fig. 6.6 gezeigt. Im Einzelnen zeigen diese Darstellungen einen Schnitt entlang der Linie B-B von Fig. 6.2 (Fig. 6.3), einen Schnitt entlang der Linie C-C von Fig. 6.2 (Fig. 6.4), einen Schnitt entlang der Linie D-D von Fig. 6.2 (Fig. 6.5), und schließlich einen Schnitt entlang der Linie E-E von Fig. 6.2 (Fig. 6.6). Diese Querschnittsansichten verdeutlichen insbesondere auch die Lage der jeweiligen Ausnehmungen in den Rohrelementen zueinander, und auch die Positionierung der Rechteckrohre 42K, 42L innerhalb der jeweiligen Ringräume, um eine hydraulische Verbindung zwischen den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen der Rohrelemente sicherzustellen.
An dieser Stelle darf darauf verwiesen werden, dass alle der gezeigten Darstellungen für die jeweiligen Rohrelemente und die weiteren Bauteile nicht maßstabsgetreu sind, sondern lediglich in vereinfachter Hinsicht für ein Zusammenwirken dieser Bauteile zu verstehen sind.
Das Außenrohr 26 ist an seiner oberen Stirnseite 27o und an seiner unteren Stirnseite 27u jeweils offen ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass eine hydraulische Verbindung zwischen diesen Stirnseiten 27o, 27u des Außenrohrs 26 besteht, die durch den äußeren Ringraum 38 und den Ringraum 48 verläuft und in der Fig. 3 durch gestrichelte Linien HV symbolisiert ist. Diese hydraulische Verbindung HV ermöglicht eine Ausgleichsströmung zwischen den äußeren Stirnseiten des Außenrohrs 26, wenn die Vorrichtung 1 an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite in radialer Richtung ungleichmäßig angeströmt werden sollte. Diesbezüglich darf darauf hingewiesen werden, dass diese hydraulische Verbindung HV, die wie erläutert durch den äußeren Ringraum 38 und den Ringraum 48 verläuft, nicht durch die Rechteckrohre 42K und 42L beeinträchtigt wird. Dies ist darin begründet, dass diese Rechteckrohre 42K und 42L mit ihrer Längsachse jeweils parallel zur Längsachse L der Vorrichtung 1 angeordnet sind, so dass die hydraulische Verbindung HV jeweils parallel bzw. angrenzend zu diesen Rechteckrohren 42K, 42L verläuft, und hiervor wie erläutert hydraulisch getrennt ist.
Die Darstellungen in den Fig. 3 und Fig. 6.2 verdeutlichen, dass sowohl das Zwischenrohr 36 und das Innenrohr 44 aus dem Außenrohr 26 an dessen oberer Stirnseite 27o herausgeführt sind, wobei das Zwischenrohr 36 und das Innenrohr 44 dann über eine gemeinsame Anschlusskupplung 50 und eine Verbindungsleitung 52 gemeinsam an die Pumpeinrichtung 20 angeschlossen sind. Die Verbindungsleitung 52 ist vorzugsweise flexibel ausgebildet und gestaltet einen Längenausgleich, um ein Bewegen der Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 10 entlang ihrer Längsachse L, ggf. auch über größere Strecken, ohne Einschränkung zu ermöglichen.
An einer oberen Stirnseite 27o sind der Wandung des Außenrohrs 26 entlang von dessen Umfang Perforierungen ausgebildet, nämlich in Form von Löchern 54. Diese Löcher sind in der Darstellung von Fig. 7 zu erkennen, und insbesondere in der Querschnittsansicht der Fig. 7.3. Zur axialen Fixierung eines oberen Rands des ersten oberen Volumenkörpers 12 dient an der oberen Stirnseite 27o des Außenrohrs 26 ein Abstandshalter in Form einer Ringscheibe 56, die als separates Bauteil in der Fig. 12 in einer Draufsicht dargestellt ist. An einem Innenumfangsrand dieser Ringscheibe 56 sind Aussparungen 58 ausgebildet, die an die Löcher 54 an der oberen Stirnseite 27o des Außenrohrs 26 angrenzen.
Die vorstehend erläuterten Löcher 54 an der oberen Stirnseite 27o des Außenrohrs 26 dienen in Verbindung mit der Ringscheibe 56 und deren Aussparungen 58 zu dem Zweck, dass Partikel, insbesondere Sand, Sedimente oder ähnliche körnige Verschmutzungen, dort hindurchtreten können, um anschließend durch den äußeren Ringraum 38 der Vorrichtung 1 nach unten zu fallen. Die oberhalb der Vorrichtung 1 in das Brunnenwasser eintretenden und absinkenden Partikel werden auf diese Weise mit dem von außen durch die Löcher 54 strömenden Wasser durch die Vorrichtung 1 und deren äußeren Ringraum 38 hindurch nach unten in den Brunnensumpf gefördert. Bedingt durch die offene Ausgestaltung des Außenrohrs 26 an seiner untere Stirnseite 27u können dann diese Partikel nach unten vollständig aus der Vorrichtung 1 austreten. In dieser Weise wird verhindert, dass sich Partikel an einer Oberseite der Vorrichtung 1 akkumulieren.
Die Volumenkörper 12, 13, 14 sind in Form von Segmenten S ausgebildet, d.h. in Form von scheibenförmigen Elementen, die in einer Mehrzahl aufeinandergelegt werden können und dann gemeinsam einen jeweiligen Volumenkörper ausbilden. In der Darstellung von Fig. 3 ist der erste Volumenkörper 12 beispielsweise durch zwei Segmente S_12/1 und S_12/2 ausgebildet, die gemeinsam an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 angebracht sind und in der Längsachse L der Vorrichtung 1 aneinandergrenzen. Eine gesonderte Befestigung der beiden Segmente S_12/1 und S_12/2 an ihrer Grenzfläche ist nicht erforderlich, weil der erste Volumenkörper 12 als solches von oben durch die Ringscheibe 56 und von unten durch einen Ringkorb 30 eingegrenzt und insoweit zusammengehalten wird.
In gleicher Weise wie der erste obere Volumenkörper 12 kann für die Ausführungsform von Figur 3 auch der zweite unteren Volumenkörper 13 aus zwei Segmenten ausgebildet sein, nämlich durch ein Segment S_13/1 und S_13/2.
In gleicher Weise wie die Volumenkörper 12, 13 kann auch der dritte mittige Volumenkörper 14 in Form von einzelnen Segmenten ausgebildet sein. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 besteht der dritte Volumenkörper 14 aus drei Segmenten, nämlich den Segmenten S_14/1, S_14/2 und S_14/3. Auch für diese Segmente des dritten Volumenkörpers 14 gilt, dass sie angrenzend zueinander an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 angebracht sind, wobei eine gesonderte Verbindung an den Grenzflächen dieser Segmente nicht erforderlich ist, weil der mittige Volumenkörper 14 an seinen Stirnseiten durch Ringkörbe 30 eingegrenzt und in dieser Weise an dem Außenrohr 26 festgelegt ist.
Die in der Zeichnung gezeigte Anzahl von Segmenten für die jeweiligen Volumenkörper ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Dies bedeutet, dass die einzelnen Volumenkörper auch mehr Segmente aufweisen können, als in der Zeichnung dargestellt ist. Beispielsweise können der erste Volumenkörper 12 und/oder der zweite Volumenkörper 13 auch drei oder mehr Segmente aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist es möglich, eine Position der jeweiligen Volumenkörper 12, 13, 14 an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 zu verändern und dadurch beispielsweise eine Höhe h der oberen Entnahmekammer 18.1 und/oder der unteren Entnahmekammer 18.2 einzustellen, je nach Einsatzzweck der Vorrichtung 1 und des Typs des zu behandelnden Brunnens. Eine solche Positionsänderung der Volumenkörper an dem Außenrohr 26 in axialer Richtung der Vorrichtung 1 kann einfach in der Weise erreicht werden, dass die Volumenkörper parallel zur Längsachse der Vorrichtung 1 an dem Außenrohr 26 verschieblich sind. Dies gilt in gleicher Weise auch für die Abstandshalter, in Form der Befestigungsschelle 29, der Ringkörbe 30 und der Ringscheibe 56. Diese Abstandshalter lassen sich ebenfalls entlang des Außenrohrs 26 in dessen axialer Richtung verschieben, wobei nach Erreichen einer vorbestimmten Position für die Volumenkörper diese Abstandshalter an dem Außenrohr 26 festgeklemmt werden, um dadurch die Volumenkörper an ihrer vorbestimmten Position bezüglich des Außenrohrs 26 zu halten.
Eine Veränderung einer Höhe der oberen oder unteren Entnahmekammer 18.1, 18.2 kann wie erläutert durch ein Verschieben der Volumenkörper in axialer Richtung bezüglich des Außenrohrs 26 erfolgen. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, eine axiale Länge der jeweiligen Volumenkörper zu verändern, indem Segmente davon weggenommen oder hinzugefügt werden. Dies ist durch den erläuterten segmentweisen Aufbau der Volumenkörper in einfacher Weise möglich. Eine variable Positionierung insbesondere des oberen und unteren Volumenkörpers 12, 13 an der Außenumfangsfläche des Außenrohrs 26 ist insbesondere auch deshalb möglich, weil die Ausnehmungen A₂₆, A₃₆ und A₄₄ entlang der Längsachse der Vorrichtung 1 ausreichend lang ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, dass die obere und untere Entnahmekammer sich variabel an den Stellen des Außenrohrs 26 bilden, die nicht von den Volumenkörpern umschlossen bzw. abgedeckt werden. In dieser Weise kann die Vorrichtung 1 auf konstruktiv einfache Art in alle denkbar bekannten Arten von Intensiventnahmekammern umgerüstet werden.
Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 nach der Fig. 3 kann dahingehend modifiziert werden, dass der dritte mittige Volumenkörper 14 nicht an dem Außenrohr 26 montiert und entsprechend weggelassen ist. Eine solche Modifikation ist in der Darstellung von Fig. 13 gezeigt, die einen Längsschnitt durch die Vorrichtung 1 ähnlich zu Fig. 3 veranschaulicht, wenn die Vorrichtung in das Filterrohr 10 eines Brunnens eingebracht ist. Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß Figur 13 überlagern sich die obere Entnahmekammer 18.1 und die untere Entnahmekammer 18.2 insgesamt zu einer gemeinsamen großen Entnahmekammer 18, die zwischen den Stirnseiten der beiden Volumenkörper 12, 13 im mittigen Bereich der Vorrichtung 1 ausgebildet ist. Ein Festlegen der beiden Volumenkörper 12, 13 und der dazwischen vorgesehenen Ringkörbe 30 an dem Außenrohr 26 in dessen axialer Richtung erfolgt in gleicher Weise wie bei Fig. 3, indem diese Bauteile angrenzend aneinander "auf Block" auf das Außenrohr 26 aufgeschoben sind und durch die Befestigungsschellen 290, 29u geeignet eingeklemmt bzw. gehalten sind. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Ausführungsform von Fig. 13 jenem der Ausführungsform von Fig. 3, wobei gleiche Bauteile hier mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden darf.
Die Funktionsweise der Erfindung und ein entsprechender Einsatz der Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 10 eines Brunnens sind nachstehend wie folgt erläutert:
Die Vorrichtung 1 wird vollständig in einen Filterrohrbrunnen bzw. in dessen Filterrohr 10 eingebracht. Dies ist wie erläutert vereinfacht in der Fig. 3 und der Fig. 13 für verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung 1 veranschaulicht. Das Filterrohr 10 ist von einem Ringraumbereich 62 umgeben, der mit einer Kiesschüttung gefüllt ist. Im Einzelnen umfasst der Ringraumbereich 62 unmittelbar angrenzend an das Filterrohr 10 eine innere Hinterschüttung 62_i, wobei radial angrenzend dazu eine äußere Hinterschüttung 62_a vorgesehen ist. Insoweit umfasst der Ringraumbereich 62 eine zweifache Hinterschüttung, wobei sich diese Hinterschüttungen in ihrer Durchlässigkeit voneinander unterscheiden. Der Ringraumbereich 62 ist mit seinen beiden Hinterschüttungen auch in der Darstellung von Fig. 14 vereinfacht dargestellt. Der Ringraumbereich 62 ist durch angrenzendes Gebirge 64 umgeben.
Die Vorrichtung 1 wird aus dem Gebirge 64 heraus radial von einem Wasservolumen angeströmt. In Folge der äußeren offenen Stirnseiten des Außenrohrs 26 stellt sich durch den äußeren Ringraum 38 automatisch eine hydraulische Ausgleichsströmung zwischen den Stirnseiten der Vorrichtung 1 ein, falls die Vorrichtung 1 an ihren Stirnseiten durch unterschiedlich große Wasservolumina angeströmt werden sollte. Anders ausgedrückt, bewirkt die hydraulische Verbindung HV durch den äußeren Ringraum 38 eine selbsttätige Saugstromsteuerung, was zur Folge hat, dass in etwa gleiche Wassermengen in die obere Entnahmekammer 18.1 und 18.2 eintreten können.
Bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung 20 wird Wasser durch die Verbindungsleitung 52 angesaugt. Wie vorstehend erläutert, sind sowohl der innere Ringraum 46 als auch das Innenrohr 44 gemeinsam über die Anschlusskupplung 50 mit der Verbindungsleitung 52 verbunden und hierdurch an die Pumpeinrichtung 20 angeschlossen. In Folge dessen wird beim Betrieb der Pumpeinrichtung 20 einerseits Wasser aus der oberen Entnahmekammer 18.1 abgepumpt bzw. ausgetragen, nämlich durch die hydraulische Verbindung 22, die durch die Rechteckrohre 42K und dem inneren Ringraum 46 gebildet wird. Hierbei ist wichtig, dass das Zwischenrohr 36 an seiner unteren Stirnseite 36u wie erläutert gegenüber der Außenumfangsfläche des Innenrohrs 44, und damit auch der innere Ringraum 46, geschlossen ausgebildet sind, so dass ein Abpumpen von Wasser aus dem inneren Ringraum 46 bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung 20 möglich ist.
In gleicher Weise wird bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung 20 auch Wasser aus der unteren Entnahmekammer 18.2 abgepumpt bzw. ausgetragen, nämlich durch die hydraulische Verbindung 24, die durch die Rechteckrohre 42L und das innere des Innenrohrs 44 gebildet wird. Diese hydraulischen Verbindungen 22, 24 sind hydraulisch voneinander getrennt, wobei mittels einer entsprechenden Dimensionierung der beteiligten Rohrelemente sichergestellt ist, dass Wasser aus der oberen Entnahmekammer 18.1 und der unteren Entnahmekammer 18.2 stets mit gleichem Durchsatz abgepumpt wird. Somit teilt sich das gesamte Wasservolumen Q, das mittels der Vorrichtung 1 aus dem Brunnen abgepumpt wird, zu gleichen Teilen Q/2 auf die beiden Entnahmekammern 18.1, 18.2 auf.
Die hydraulische Verbindung HV, die durch den äußeren Ringraum 38 der Vorrichtung 1 zwischen ihren Stirnseite gewährleistet ist, bewirkt wie erläutert eine automatische Selbststeuerung in Bezug auf eine Ausgleichsströmung zwischen den Stirnseiten der Vorrichtung. Des Weiteren wird hierdurch ein axiales Bewegen bzw. Verschieben der Vorrichtung 1 innerhalb des Filterrohrs 10 vereinfacht, weil der Strömungswiderstand dank der hydraulischen Verbindung HV durch den äußeren Ringraum 38 vermindert ist. In diesem Zusammenhang darf nochmals darauf hingewiesen werden, dass eine Ausgleichsströmung innerhalb der Vorrichtung 1 durch ihren äußeren Ringraum 38 und ein Abpumpen von Wasser durch die hydraulischen Verbindungen 22, 24 gleichzeitig und ohne gegenseitige Beeinträchtigung stattfinden kann, weil diese Strömungskanäle hydraulisch voneinander getrennt sind.
In den Darstellungen der Fig. 3 und 13 sind durch die Bezugszeichen I und II verschiedene Bereiche angedeutet, in denen das Wasser aus dem Gebirge 64 durch den Ringraumbereich 62 in Richtung der Entnahmekammern 18.1, 18.2 strömt. In den Bereichen I strömt das Wasser annähernd parallel zur Längsachse L der Vorrichtung 1 in Richtung einer jeweiligen Entnahmekammer. In den Bereichen II kommt es zu einer sanften Richtungsänderung der Wasserströmung, um schließlich radial in eine jeweilige Entnahmekammer 18.1, 18.2 einzutreten. In Höhe der Linie U findet eine Umkehr der Wasserströmung in die entgegengesetzte Richtung statt. Die Darstellung von Fig. 14 verdeutlicht stark vereinfacht die Bahnlinien der Wasserströmung in Richtung der Vorrichtung 1 und die sich hierbei einstellende Richtungsänderung der Wasserströmung.
Die Vorrichtung 1 eignet sich insbesondere als sogenannte "bewegte Kammer", wobei sie fortwährend entlang des Filterrohrs 10 bewegt wird, währenddessen die Pumpeinrichtung 20 in Betrieb ist und hierdurch wie erläutert Wasser aus den beiden Entnahmekammern 18.1, 18.2 abgepumpt wird. Eine solche Betriebsweise der Vorrichtung 1 führt zu einer äußerst wirkungsvollen Porenraumstimulation innerhalb der Hinterschüttungen des Ringraumbereichs 62 und des Gebirges 64, weil sich die Wasserströmung, bezogen auf einen bestimmten Punkt innerhalb des Gebirges 64 bzw. der Ringraumschüttung 62, dann um bis zu 180° ändert. Hierdurch können durch die Porenkanäle der Ringraumschüttung 62 und des Gebirges 64 mehr Partikel ausgetragen werden. Die genannte Richtungsumkehr der Strömung von 180° findet insbesondere in den Bereichen II statt, die in den Darstellungen von Fig. 3 und Fig. 13 symbolisiert sind.
An der unteren Stirnseite 27u des Außenrohrs 26 können Verbindungsmittel 58 (vgl. Fig.4) vorgesehen sein, die das Anbringen von weiteren Gerätschaften an der Vorrichtung zur Brunnenbehandlung gestatten. Beispielsweise können die Verbindungsmittel 58 als Ringelement, als Haken oder dergleichen ausgebildet sein. Bei den weiteren Gerätschaften zur Brunnenbehandlung kann es sich um einen Impulsgenerator handeln, durch den hydromechanische Impulse in den Brunnen eingebracht werden. Zu Zwecken der Vereinfachung sind die Verbindungsmittel 58 nur in der Fig. 4 dargestellt, jedoch in Fig. 3 und Fig. 13 nicht gezeigt.
Schließlich darf darauf hingewiesen werden, dass in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen des Kornfilters und der Korngrößen eines jeweiligen Brunnens es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in konstruktiv einfachster Weise möglich ist, eine axiale Höhe der Volumenkörper und eine jeweilige Höhe der Entnahmekammern variabel einzustellen und damit einen optimalen Einsatz der Vorrichtung 1 sicherzustellen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr (10), umfassend
einen ersten Volumenkörper (12) und einen zweiten Volumenkörper (13), wobei die Volumenkörper (12; 13) mit ihrem jeweiligen Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs (10) angepasst sind und an ihrer Außenumfangsfläche jeweils Dichtmittel (16) aufweisen, mittels denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs (10) erzielbar ist, und

zumindest eine Entnahmekammer (18), die zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12; 13) und der Innenwandung des Filterrohrs (10) gebildet ist, wobei die Entnahmekammer (18) mit einer Pumpeinrichtung (20) hydraulisch verbindbar ist und bei einem Betrieb der Pumpeinrichtung (20) Wasser aus der Entnahmekammer (18) abpumpbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12; 13) in Längsrichtung der Vorrichtung (1) zwei Entnahmekammern (18.1; 18.2) in Form einer oberen Entnahmekammer (18.1) und einer unteren Entnahmekammer (18.2) ausgebildet sind, die hydraulisch voneinander getrennt sind und durch getrennte hydraulische Verbindungen (22; 24) jeweils an die Pumpeinrichtung (20) anschließbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längsachse der Vorrichtung (1) ein Außenrohr (26) vorgesehen ist, wobei die Volumenkörper (12; 13) an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs (26) anbringbar sind, und dass innerhalb des Außenrohrs (26) koaxial ein Zwischenrohr (36) angeordnet ist, wobei zwischen dem Außenrohr (26) und dem Zwischenrohr (36) ein äußerer Ringraum (38) gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Außenrohrs (26) koaxial ein Innenrohr (44) angeordnet ist, wobei das Innenrohr (44) innerhalb des Zwischenrohrs (36) verläuft und dadurch zwischen dem Innenrohr (44) und dem Zwischenrohr (36) ein innerer Ringraum (46) gebildet ist, wobei die obere Entnahmekammer (18.1) hydraulisch entweder mit dem inneren Ringraum (46) oder mit dem Innern des Zwischenrohrs (36) verbunden ist und die untere Entnahmekammer (18.2) hydraulisch entweder mit dem Innern des Zwischenrohrs (36) oder mit dem inneren Ringraum (46) verbunden ist, so dass der innere Ringraum (46) und das Innenrohr (44) für die Entnahmekammern (18.1; 18.2) jeweils getrennte hydraulische Verbindungen (22; 24) zur Pumpeinrichtung (20) bilden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Außenrohrs (26) angrenzend an die Entnahmekammern (18.1; 18.2) Ausnehmungen (A₂₆) ausgebildet sind, die parallel zur Längsachse (L) des Außenrohrs (26) verlaufen, wobei in der Wandung des Zwischenrohrs (36) angrenzend an die obere Entnahmekammer (18.1) Ausnehmungen (A₃₆) ausgebildet sind, die parallel zur Längsachse (L) des Außenrohrs (26) und gegenüberliegend zu den Ausnehmungen (A₂₆) des Außenrohrs (26) verlaufen, wobei Verbindungskanäle (40) von den Ausnehmungen (A₂₆) des Außenrohrs (26) radial durch den äußeren Ringraum (38) hindurch zu den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen (A₃₆) des Zwischenrohrs (36) führen, so dass die obere Entnahmekammer (18.1) hydraulisch mit dem inneren Ringraum (46) verbunden und von dem äußeren Ringraum (38) hydraulisch getrennt ist, vorzugsweise, dass die Verbindungskanäle (40) zwischen den Ausnehmungen (A), die in den einzelnen Rohren einander gegenüberliegend ausgebildet sind, jeweils durch Rechteckrohre (42K; 42L) gebildet sind, die mit ihrer Längsachse parallel zur Längsachse (L) der Vorrichtung (1) verlaufen und sich radial zwischen den gegenüberliegenden Ausnehmungen (A) erstrecken, um eine hydraulische Verbindung dazwischen zu bilden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Innenrohr (44) innerhalb des Außenrohrs (26) in axialer Länge zumindest bis in den Bereich der unteren Entnahmekammer (18.2) erstreckt, wobei in der Wandung des Innenrohrs (44) angrenzend an die untere Entnahmekammer (18.2) Ausnehmungen (A₄₄) ausgebildet sind, die parallel zur Längsachse (L) des Außenrohrs (26) und gegenüberliegend zu den Ausnehmungen (A₂₆) des Außenrohrs (26) verlaufen, wobei Verbindungskanäle von den Ausnehmungen (A₂₆) des Außenrohrs (26) radial durch den zwischen dem Innenrohr (44) und dem Außenrohr (26) gebildeten Ringraum (48) hindurch zu den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen (A₄₄) des Innenrohrs (44) führen, so dass die untere Entnahmekammer (18.2) hydraulisch mit dem Innern des Innenrohrs (44) verbunden und von dem Ringraum (48) zwischen dem Innenrohr (44) und dem Außenrohr (26) hydraulisch getrennt ist, vorzugsweise, dass das Zwischenrohr (36) das Außenrohr (26) von einem oberen Ende der Vorrichtung (1) bis etwa zu einem mittigen Bereich davon durchsetzt, weiter vorzugsweise, dass das Innenrohr (44) das Außenrohr (26) im Wesentlichen entlang seiner ganzen Länge durchsetzt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (26) an seinen äußeren Stirnseiten (27o, 27u) offen ist, wobei die hydraulische Verbindung (HV) zwischen den äußeren Stirnseiten (27o, 27u) des Außenrohrs (26) durch den äußeren Ringraum (38) und den zwischen dem Innenrohr (44) und dem Außenrohr (26) gebildeten Ringraum (48) hindurch verläuft.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Entnahmekammern (18.1; 18.2) auf der Außenumfangsfläche des Außenrohrs (26) jeweils Abstandshalter (28) angebracht sind, durch die eine Beabstandung der Volumenkörper (12; 13) zueinander und somit ein radiales Einströmen von Wasser hinein in die Entnahmekammern (18.1; 18.2) gewährleistet ist, vorzugsweise, dass die Abstandshalter (28) relativ zum Außenrohr (26) in Richtung der Längsachse der Vorrichtung (1) verschieblich und in einer vorbestimmten Position an dem Außenrohr (26) festlegbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (28) in Form von Ringkörben (30) ausgebildet sind, die zwei Ringelemente (32) aufweisen, die durch Stege (34) in axialer Richtung der Vorrichtung (1) voneinander beabstandet sind, wobei ein Abstand der beiden Ringelemente (32) zueinander eine axiale Höhe (h) einer jeweiligen Entnahmekammer (18.1; 18.2) festlegt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Außenrohrs (26) an seiner oberen Stirnseite (27o) entlang des Umfangs mit Perforierungen (54) ausgebildet ist, so dass Partikel, insbesondere Sand, Sedimente oder dergleichen, durch die Perforierungen (54) hindurch in das Außenrohr (26) hinein fallen können und dadurch Ablagerungen an einer oberen Stirnseite (27o) des Außenrohrs (26) vermieden werden, vorzugsweise, dass die Perforierungen durch Löcher (54) oder dergleichen ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter mittiger Volumenkörper (14) vorgesehen ist, der zwischen der oberen Entnahmekammer (18.1) und der unteren Entnahmekammer (18.2) angeordnet ist, wobei der dritte Volumenkörper (14) mit seinem Außendurchmesser im Wesentlichen an den Innendurchmesser des Filterrohrs (10) angepasst ist und an seiner Außenumfangsfläche Dichtmittel (16) aufweist, mit denen eine Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs (10) einstellbar ist, vorzugsweise, dass der dritte Volumenkörper (14) an einer Außenumfangsfläche des Außenrohrs (26) anbringbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge (I) der in den einzelnen Rohren ausgebildeten Ausnehmungen (A) und eine axiale Länge der daran angrenzenden Verbindungskanäle (42K; 42L) größer ist als eine effektive axiale Höhe (h) einer daran angrenzenden Entnahmekammer (18.1; 18.2), wobei ein Teil der in dem Außenrohr (26) ausgebildeten Ausnehmungen (A) von den endseitigen Volumenkörpern (12; 13) und/oder von dem mittigen Volumenkörper (14) abdeckbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und/oder dritte Volumenkörper (12; 13; 14) relativ zum Außenrohr (26) in Richtung einer Längsachse (L) der Vorrichtung (1) verschieblich und in einer vorbestimmten Position an dem Außenrohr (26) festlegbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenkörper (12, 13, 14) und zumindest ein Ringkorb (30) unmittelbar angrenzend zueinander auf dem Außenrohr (26) angebracht und dabei mit ihren axialen Stirnseiten miteinander in Kontakt sind, wobei an dem Außenrohr (26) Klemmeinrichtungen (29o, 29u) anbringbar sind, die in Kontakt mit den äußeren Stirnseiten des ersten und zweiten Volumenkörpers (12, 13) sind und dadurch sowohl den ersten und zweiten Volumenkörper (12, 13) als auch den zumindest einen Ringkorb (30) und ggf. weitere Teile, die auf dem Außenrohr (26) zwischen dem ersten und zweiten Volumenkörper (12, 13) angebracht sind, bezüglich einer axialen Position an dem Außenrohr (26) festlegen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel (16) an den jeweiligen Außenumfangsflächen der Volumenkörper (12; 13; 14), oder die Volumenkörper (12; 13; 14) selbst, offenzelligen Schaumstoff oder Borsten aufweisen, um eine ausreichende Dichtwirkung bezüglich der Innenwandung des Filterrohrs (10) zu gewährleisten, vorzugsweise, dass die Dichtmittel (16) bzw. die Volumenkörper (12; 13; 14) aus offenzelligem Schaumstoff oder Borsten bestehen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, bei der die Dichtmittel und/oder die Volumenkörper ein veränderliches Volumen aufweisen, wobei durch Zuleiten eines Fluids hinein in das Volumen die Dichtmittel radial nach aussen vergrößerbar sind.
Verfahren zum Aktivieren oder Reinigen von Filterrohrbrunnen mit einem Filterrohr (10), wobei eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 entlang des Filterrohrs (10) fortwährend aufwärts oder abwärts bewegt wird und dabei mittels der Pumpeinrichtung (20) Wasser aus den Entnahmekammern (18.1; 18.2) der Vorrichtung (1) gefördert und ausgetragen wird.