Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen mittels hydraulischer oder pneumatischer Energie-Impulse, welche im zu bearbeitenden Filterbereich des Brunnens oder der Förderbohrung während der Regenerierung kontinuierlich auf und ab bewegt wird und dabei hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse erzeugt.

In Brunnen sowie in Förderbohrungen lagern sich mit zunehmender Betriebszeit Feststoffe und Inkrustationen ab, welche die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters, der Filterkiesschüttung sowie der Filterschlitzung verringern. Ebenso können bereits durch den Bohrprozess bei der Errichtung eines derartigen Bauwerkes Rückstände von z. B. Bohrspülungen die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters verringern.

Zur Regenerierung und Behandlung dieser Brunnen und Förderbohrungen sind verschiedene Verfahren bekannt.

Mechanische Verfahren mittels Bürsten oder durch Eindringen eines Wasserstrahles in den Bereich der Filterrohre sind durch hohen maschinellen Aufwand gekennzeichnet.

Es sind auch Verfahren zur chemischen Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen bekannt. Diese sind zeitaufwendig und in ihrer Eindringtiefe begrenzt. Auch wirkt die chemische Regenerierung nicht an allen Stellen des Brunnens effektiv.

Weiterhin sind auch eine Reihe von hydromechanischen Verfahren bekannt, welche auf anderen Wirkungsweisen beruhen:

• Aus dem eigenen Patent DE 198 43 292 C2 ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der vorrangig mittels plötzlicher Entspannung eines komprimierten Gases oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit im Wasser des Brunnens oder in der Flüssigkeit der Förderbohrung Impulse freigesetzt werden. Auf Grund des in der beschriebenen Vorrichtung verwendeten Materials in einer Gegendruckkammer und dessen Bewegungsträgheit ist der Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung nicht schnell genug, um einen kinetischen Energie-Impuls zu erzeugen, so dass lediglich eine druckwechselnde Volumenverdrängung als Regeneriereffekt zustande kommt. Außerdem ist die Vorrichtung hinsichtlich ihrer Intensität nicht regelbar.

In dem deutschen Patent DE 195 37 689 C2 wird weiterhin ein Verfahren beschrieben, welches ein zylinderförmiges Gerät benutzt, das in seinem Inneren eine Druckkammer aufweist, der von außen ein unter hohem Druck stehendes Gas zugeführt wird. Mittels einer durch das Druckgas und eine Gegendruckfeder betätigten Ventilsteuerung wird das in der Druckkammer gespeicherte Gas durch am Umfang des Zylinders angeordnete, radial nach außen gerichtete Auslassdüsen pulsierend freigesetzt.

Schließlich wird in dem eigenen Patent DE 103 01 338 C3 ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchem mittels eines elektrischen Magnetventils in der Vorrichtung zeitlich exakt definierte hydraulische Energie-Impulse freigesetzt werden können. Mittels der Verwendung eines Magnetventils sind Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung erheblich schneller als bei den vorstehend beschriebenen technischen Lösungen nach Patent DE 195 37689 C2 und Patent DE 198 43 292 C2, und es werden wirkungsvolle kinetische Energie-Impulse erzeugt. Jedoch verursacht das notwendige zusätzliche elektrische Steuerkabel zwischen Vorrichtung und übertägigem Steuerpult bei einigen Anwendungen Probleme hinsichtlich des Explosionsschutzes in bestimmten Förderbohrungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse freisetzen kann, welche schonend auf das Brunnenmaterial einwirken, und die Vorrichtung effektiv, ökologisch unbedenklich und explosionssicher arbeitet. Impulsstärke und Impulsfolge sollen auf die unterschiedlichen Parameter von Brunnen oder Förderbohrungen einstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patenansprüche 1 und 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung soll im Weiteren anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren 1 und 2 näher erläutert werden.

• Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
• Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Nunmehr soll ein erstes Ausführungsbeispiel anhand der Figur 1 beschrieben werden. Bei dem Impulsgenerator dieses Ausführungsbeispiels wird zunächst über ein Vorspanndruckventil 1 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Vorspanndruckkammer 2 eingeleitet.

Dann wird mittels eines Hochdruckschlauches ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 in eine Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen einen Ventilkopf 7 ein Druck auf, welcher über ein Ventilstangenende 3 auf die Menge des komprimierbaren Mediums in der Vorspanndruckkammer 2 wirkt. Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in der Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch eine Anzahl von Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus.

Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass das beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimierbare Medium geschobene Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.

Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Förderbohrungen besteht nicht.

Durch eine an der Vorrichtung integrierte Zentrierung 5 kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Bohrungswand verhindert wird.

Da mit diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem wird über ein Dämpfungsdruckventil 18 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Dämpfungsdruckkammer 17 eingeleitet, welche durch einen beweglichen Trennkolben 16 von einer Arbeitsdruckkammer 8 getrennt ist. Mittels eines Hochdruckschlauches wird nun ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 durch einen sich anschließenden Arbeitsdruckkanal 15 und eine hohle Ventilstange 4 in die Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen den Trennkolben 16 und das sich in der Dämpfungsdruckkammer 17 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums ein Druck auf, welcher ebenso auf einen Ventilkopf 7 wirkt, welcher die Arbeitsdruckkammer 8 auf der entgegengesetzten Seite zu einer Anzahl von Austrittsöffnungen 6 hin verschließt.

Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in einer Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch die Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus. Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass ein beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimiertes Medium geschobenes Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen des komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- bzw. Förderbohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.

Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Bohrungen besteht nicht.

Durch eine an der Vorrichtung zusätzlich zu befestigende integrierte Zentrierung kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Förderbohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Förderbohrungswand verhindert wird.

Da auch bei diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen mit in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.

Zur Regenerierung eines Wasserversorgungsbrunnens ist als komprimierbares Medium der vorstehend beschriebenen Impulsgeneratoren vor allem ein Gas geeignet. Je nach Ausbaumaterial und Durchmesser der Filterausbaurohre, sowie in Abhängigkeit vom Filtertyp werden vor Beginn der Arbeiten folgende technische Parameter am Impulsgenerator eingestellt:

• das Volumen der Arbeitsdruckkammer 8 zwischen 100 cm³ und 1000 cm³
• der Arbeitsdruck (über Vorspanndruckkammer 2 ) zwischen 10 bar und 120 bar.

Dabei gilt: Je kleiner der Durchmesser der Filterausbaurohre und je spröder das Ausbaumaterial (z. B. Steinzeug oder PVC) desto geringer sollen das Volumen der Arbeitsdruckkammer und der Arbeitsdruck sein. In diesen Fällen werden ein Volumen zwischen 100 cm³ und 500 cm³ und ein Arbeitsdruck zwischen 10 bar und 30 bar eingestellt.

Je größer der Durchmesser der Filterausbaurohre und je widerstandsfähiger das Ausbaumaterial (z. B. Stahl) ist, desto größer kann das Volumen der Arbeitsdruckkammer und umso höher kann auch der Arbeitsdruck eingestellt werden. Hier kommen Volumina zwischen 500 cm³ und 1000 cm³ und ein Arbeitsdruck zwischen 30 bar und 90 bar in Betracht.

Je kleiner die offene Einströmfläche des Filterrohres ist (z. B. bei Gagefilter oder kleiner Filterschlitzung), desto geringer sollen das Volumen der Arbeitsdruckkammer und der Arbeitsdruck sein.

Je größer die offene Einströmfläche des Filterrohres ist (z. B. bei Wickeldrahtfiltern), desto größer kann auch das Volumen der Arbeitsdruckkammer und umso höher kann der Arbeitsdruck gewählt werden.

Im Falle eines Wickeldrahtfilters aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 500 mm könnte das Volumen der Arbeitsdruckkammer bis 1000 cm³ und der Arbeitsdruck bis 120 bar betragen; im Falle eines enggeschlitzten PVC-Filters mit einem Durchmesser von 50 mm sollten dagegen nur 100 cm³ und 15 bar eingestellt werden.

Der Impulsgenerator wird nach diesen Einstellarbeiten am Druckschlauch befestigt und in den Brunnen bis zum Beginn des Filterrohres abgefahren. Durch Öffnen eines obertägigen Ventils strömt aus einer Druckgasflasche über den Druckschlauch das verwendete Gas in den Impulsgenerator. Je nach Aufgabenstellung und Forderungen des Betreibers und der Behörden kann als Gas Stickstoff oder auch Druckluft verwendet werden.

Über das obertägige Ventil wird nun mittels der Gas-Durchflussmenge die Impulsfrequenz geregelt: Bei großem Durchmesser und widerstandsfähigem Ausbaumaterial kann die Impulsfrequenz üblicherweise bis zu einem Impuls je Sekunde betragen. Bei kleinem Durchmesser und sprödem Ausbaumaterial sollte die Impulsfrequenz niedriger sein, d. h. üblicherweise bis 0,25 Impulse je Sekunde.

Durch Auf- und Abbewegen des am Druckschlauch hängenden Impulsgenerators im Filterrohr während der Impulsauslösungen wird sichergestellt, dass alle Filterbereiche gleichmäßig mit Impulsen bearbeitet werden. Nach drei- bis viermaliger Auf- und Abfahrt im Filterrohr wird der Gaszustrom unterbrochen, der Impulsgenerator aus dem Brunnen herausgefahren und darauf folgend sofort eine Prozesspumpe in den Brunnen eingefahren. Mittels dieser Pumpe wird nun das durch die erste Impulsrate gelockerte und gelöste Material (z. B. Eisenoxid-Verkrustungen, Feinsand) aus dem Brunnen abgefördert. Danach wird die Impulsbearbeitung mit anschließendem Abpumpen fortgesetzt und zwar solange, bis beim Abpumpen im abgeförderten Wasser keine Materialteilchen mehr erkennbar sind.