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Dokumentenidentifikation DE19516438C2 19.11.1998
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Horizontalfilterbrunnens
Anmelder Reisinger, Franz, Ennsdorf, AT
Erfinder Reisinger, Franz, Ennsdorf, AT
Vertreter Schoppe, F., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 81479 München
DE-Anmeldedatum 04.05.1995
DE-Aktenzeichen 19516438
Offenlegungstag 14.12.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.11.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.11.1998
IPC-Hauptklasse E03B 3/11
IPC-Nebenklasse E03B 3/15   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Horizontalfilterbrunnens mit einem vertikalen Pumpschacht, einem Filterkörper aus in den Boden eingebrachtem Filtermaterial und wenigstens einem innerhalb des Filterkörpers verlaufenden horizontalen Filterrohr sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Bisher werden Horizontalfilterbrunnen mit eingebautem Filterkörper in offener Bauweise hergestellt, wobei Filterschlitze zum Verlegen der Filterrohre und zum Einbringen des Filterkörpers ausgebaggert werden, was zeitraubend, arbeitsintensiv, durch den notwendigen Einsatz von Spundwänden aufwendig und wegen der Wasserhaltung umständlich und unangenehm ist. Dazu kommt noch, daß diese offene Bauweise die erreichbare Brunnentiefe begrenzt und zwar bei einer maximalen Tiefe von etwa 12 m, so daß der Einsatzbereich der Horizontalfilterbrunnen beschränkt bleibt.

Gemäß der GB-A 2 067 233 wurde auch schon vorgeschlagen, von einem vertikalen Pumpschacht aus durch Wanddurchführungen der Schachtwandung hindurch horizontale Filterrohre direkt in die wasserführenden Bodenschichten vorzudrücken, wobei die Filterrohre aus einzelnen Rohrstücken Stück für Stück zusammengesetzt werden. Dieses Verfahren läßt sich allerdings nur bei wenigen lockeren Bodenarten anwenden und ist wegen der hohen Vortriebskräfte im radialen Einsatzbereich um den Pumpschacht recht beschränkt. Die fehlenden speziellen Filterkörper machen außerdem die Filterwirkung von den jeweiligen Bodeneigenschaften abhängig und begrenzen den Einzugsbereich des Brunnens, und nicht zuletzt kann das Eindringen von Wasser in den Schacht beim Rohrvortrieb durch die Dichtungen der Wanddurchführungen nicht verhindert werden, was zwangsweise ein ungewolltes Ausspülen der Bodenschichten mit sich bringt und eine Wasserhaltung erfordert. Daran ändern auch nichts die umständlichen zusätzlichen Abdichtmaßnahmen, wie wasserlösliche Außenhüllen für die Filterrohre oder in die Filterrohre einschiebbare, gelenkige Dichtungsstangen, die nach dem Verlegen wieder zu entfernen sind, welche Maßnahmen den Herstellungsaufwand erhöhen und sich in der Praxis nicht bewähren konnten.

Wie die AT-PSen 324 233 und 389 135 zeigen, ist es bei der Herstellung von Vertikalfilterbrunnen auch schon bekannt, durch Bodenbohrungen Filtermaterial zum Aufbau eines Filterkörpers in den Bereich der wasserführenden Schichten einzubringen, doch lassen sich diese Filterkörper bisher nur mit vertikal verlaufenden Filterrohren kombinieren. In der AT-PS 387 814 ist weiters zur Steigerung der Ergiebigkeit ein Filterbrunnen beschrieben, bei dem in der Filterkiesfüllung der vertikalen Bodenbohrungen ein rohrförmiger Filterkörper mit gegenüber der Filterkiesfüllung größerer Wasserdurchlässigkeit eingebettet ist. Diese die Filterkörper bildenden Rohrstücke können nicht vom Hauptbohrloch aus verlegt werden, sondern müssen im Zuge der Errichtung des Bodenfilters beim Einbringen der Filterkiesfüllungen vertikal von oben in die Nebenbohrlöcher ausgelegt werden, womit sich kein Hinweis auf eine Verbesserung der Herstellung von Horizontalfilterbrunnen ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das eine rationelle Herstellung von Horizontalfilterbrunnen ermöglicht und den Einsatzbereich dieser Horizontalfilterbrunnen von der Tiefe der wasserführenden Schichten weitgehend unabhängig macht.

Außerdem soll eine Vorrichtung zum zweckmäßigen Durchführen dieses Verfahrens geschaffen werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zuerst der Pumpschacht und in an sich bekannter Weise mittels Bodenbohrungen der Filterkörper vorgefertigt werden, worauf dann das Filterrohr vom Pumpenschacht aus durch eine einer Wanddurchführung der Schachtwandung zugeordnete Schleuse in den Filterkörper vorgetrieben wird, indem in ebenfalls an sich bekannter Weise ein konisches Kopfstück und daran anschließend zu einem Filterrohrstrang zusammensetzbare Rohrstücke Stück für Stück vorgedrückt und zu einem Filterrohr mit an die Länge des Filterkörpers in Rohrstrangrichtung angepaßter Länge hintereinandergereiht werden.

Zur Herstellung eines Horizontalfilterbrunnens mit eingebautem Filterkörper braucht nicht mehr auf eine offene Bauweise mit all ihren Nachteilen zurückgegriffen zu werden, sondern es genügt, einen Pumpschacht auszuheben und ihn wasserdicht mit Betonringen od. dgl. auszukleiden. Hierauf wird in radialer Richtung zum Pumpschacht durch aneinandergereihte Bodenbohrungen Kies od. dgl. Filtermaterial in den Boden eingebracht und ein sich über die gewünschte Länge und Tiefe erstreckender Filterkörper ähnlich wie bei der Herstellung von Vertikalfilterbrunnen ausgebildet. Dann lassen sich bereits die horizontalen Filterrohre verlegen, indem sie durch die vorbereiteten Wanddurchführungen und eine Schleuse vom Pumpschacht aus in Längserstreckung der Filterkörper vorgetrieben werden. Die Filterrohre sind dazu aus einzelnen Rohrstücken zusammengesetzt, welche Rohrstücke über Steckverbindungen aneinandergereiht werden. Beginnend mit einem konischen Kopfstück können so Rohrstück für Rohrstück in den Filterkörper vorgedrückt werden, bis ein Filterrohr einer dem Filterkörper entsprechenden Länge entstanden ist. Durch die Schleuse wird ohne zusätzliche Maßnahmen oder Abdichtungen der Filterrohre ein Wassereindringen in den Pumpschacht während des Vortreibens der Rohrstückes vermieden, so daß die gesamte Brunnenherstellung ohne Wasserhaltung möglich ist. Wegen der fehlenden Spundwände und der tiefenmäßig kaum beschränkten Erdbohrungen können Horizontalfilterbrunnen praktisch beliebiger Tiefe hergestellt werden, wobei je nach den örtlichen Gegebenheiten ein oder mehrere Filterrohre übereinander in den Filterkörper eintreibbar sind und auch Filterkörper in verschiedenen Richtungen vorbereitet werden können. Da zuerst die Filterkörper eingebracht und dann erst die Filterrohre in die Filterkörper vorgetrieben werden, bereitet das Vortreiben dieser Filterrohre kaum Schwierigkeiten und läßt sich mit Hilfe eines konischen Kopfstückes, das das relativ lockere Filtermaterial verdrängt, schnell und aufwandsarm durchführen.

Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind ein unter Zwischeneinsatz eines Schiebers an der Wanddurchführung ansetzbares Schleusenrohr zur Aufnahme jeweils eines Rohrstückes sowie ein im Pumpschacht abstützbarer Pressenrahmen mit einem hydraulisch betätigbaren Preßkolben zum Vortreiben der Rohrstücke vorgesehen, wobei der Preßkolben vom offenen Einschubende des Schleusenrohres her unter Anlage an einer Umfangsdichtung in das Schleusenrohr einschiebbar ist. Durch das Zusammenwirken von Schieber und Schleusenrohr einerseits und Preßkolben anderseits können die einzelnen Rohrstücke des Filterrohres schnell und mit wenigen Handgriffen in den Filterkörper vorgetrieben werden, wobei ein Eindringen von Wasser in den Pumpschacht unterbleibt. So lassen sich Filterrohre praktisch beliebiger Länge in den Filterkörper vortreiben, und zwar unabhängig davon, in welcher Tiefe ein solcher Rohrvorschub erfolgt, so daß praktisch für die Herstellung eines Horizontalfilterbrunnens hinsichtlich Länge und Tiefe keine Grenzen mehr gesetzt sind.

Eine einfache und robuste Konstruktion ergibt sich, wenn der Preßkolben an einem Preßjoch angelenkt ist, an dem beiderends am Pressenrahmen abgestützte Hydrauliktriebe angreifen, wodurch eine symmetrische Belastung des Preßkolbens und damit eine gute Preßkolbenführung bei entsprechend leistungsstarker Hydraulikbeaufschlagung gewährleistet ist.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung näher veranschaulicht, die den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Horizontalfilterbrunnens in einer schematischen, teilgeschnittenen Draufsicht zeigt.

Zur Herstellung eines Horizontalfilterbrunnens wird zuerst ein Pumpschacht 1 ausgehoben und mit einer Schachtwandung 2 aus Betonringen od. dgl. wasserdicht ausgekleidet. Dann wird in radialer Richtung vom Pumpschacht 1 aus der Filterkörper 3 vorgefertigt, indem durch aneinandergereihte, sich tangential berührende oder überlappende Bodenbohrungen Kies od. dgl. Filtermaterial 4 in den Bereich der wasserführenden Bodenschichten 5 eingebracht wird. Nun können vom Pumpschacht 1 aus in Richtung der radialen Längserstreckung des Filterkörpers 3 die gewünschten horizontalen Filterrohre 6 verlegt werden, wozu das Filterrohr 6 aus einzelnen Rohrstücken 7 besteht. Die über geeignete Steckverbindungen 8 zusammensetzbaren Rohrstücke 7 werden dabei hinter einem konischen Kopfstück 9 Stück für Stück durch eine Wanddurchführung 10 der Schachtwandung 2 hindurch in den Filterkörper 3 vorgetrieben.

Für diesen Rohrvortrieb gibt es eine Vorrichtung 11, die aus einem sich in der Schachtwandung 2 abstützenden Pressenrahmen 12 und einem hydraulisch betätigbaren Preßkolben 13 besteht, wobei am Preßkolben 13 über ein Preßjoch 14 zwei am Pressenrahmen 12 angreifende Hydrauliktriebe 15 angelenkt sind. Dem Preßkolben 13 ist ein Schleusenrohr 16 zugeordnet, das wandungsseitig an einem an der Wanddurchführung 10 angesetzten Schieber 17 angeflanscht ist und an der schieberabgewandten Seite ein offenes Einschubende 18 mit einer umlaufenden Umfangsdichtung 19 aufweist. Zum Vortreiben eines Filterrohres 6 braucht daher lediglich das Kopfstück 9 und dann jeweils Rohrstück 7 auf Rohrstück 7 durch das Einschubende 18 bei geschlossenem Schieber 17 in das Schleusenrohr 16 eingeschoben zu werden, wozu der Preßkolben 13 in seiner zurückgezogenen, gegebenenfalls seitlich weggeschwenkten Freigabestellung sich befindet, worauf der Preßkolben 13 in Preßposition gebracht und durch Beaufschlagung der Hydrauliktriebe 15 nach dem Öffnen des Schiebers 17 in das Schleusenrohr 16 einfährt. Der Preßkolben 13 legt sich dabei dichtend an die Umfangsdichtung 19 an und verhindert ein Eindringen von Wasser aus den bereits vorgetriebenen Filterrohrstücken in den Pumpschacht. Das aus dem Schleusenrohr 16 mittels des Preßkolbens 13 vorgedrückte Rohrstück 7 wird über seine Steckverbindung 8 an das zuvor eingeschobene Rohrstück angesetzt und treibt durch die Vorpreßkraft des Preßkolbens 13 den bereits vorgedrückten Rohrstrang um die Rohrstücklänge vorwärts, bis das Rohrstück aus dem Schleusenrohr 16 bis hinter den Schieber 17 vorgedrückt ist. Nun wird der Preßkolben 13 zurückgezogen und der Schieber 17 geschlossen, wobei ein Auslaßhahn 20 für eine Entwässerung bzw. Belüftung des Schleusenrohres 16 sorgt. Nach dem Herausziehen des Preßkolbens 13 und sein Verschwenken in die Freigabestellung kann das nächste Rohrstück 7 in das Schleusenrohr 16 eingeführt und der Vorgang wiederholt werden, wodurch sich praktisch beliebig lange Filterrohre 6 in einem Trockenverfahren verlegen lassen.

Durch die Herstellung eines Filterkörpers 3 mittels Erdbohrungen einerseits und auf Grund der Möglichkeit, die horizontalen Filterrohre 6 vom Pumpschacht 1 aus in die Filterkörper 3 vorzutreiben, läßt sich ein Horizontalfilterbrunnen rationell und ohne Wasserhaltung setzen, wobei es für die Brunnentiefe und die Zahl und Länge der Horizontalfilterrohre bzw. der Filterkörper theoretisch kaum eine Grenze gibt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen eines Horizontalfilterbrunnens mit einem vertikalen Pumpschacht, einem Filterkörper aus in den Boden eingebrachtem Filtermaterial und wenigstens einem innerhalb des Filterkörpers verlaufenden horizontalen Filterrohr, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Pumpschacht (1) und in an sich bekannter Weise mittels Bodenbohrungen der Filterkörper (3) vorgefertigt werden, worauf dann das Filterrohr (6) vom Pumpschacht (1) aus durch eine einer Wanddurchführung (10) der Schachtwandung (2) zugeordnete Schleuse in den Filterkörper (3) vorgetrieben wird, indem in ebenfalls an sich bekannter Weise ein konisches Kopfstück (9) und daran anschließend zu einem Filterrohrstrang zusammensetzbare Rohrstücke (7) Stück für Stück vorgedrückt und zu einem Filterrohr (6) mit an die Länge des Filterkörpers in Rohrstrangrichtung angepaßter Länge hintereinandergereiht werden.
  2. 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Zwischeneinsatz eines Schiebers (17) an der Wanddurchführung (10) ansetzbares Schleusenrohr (16) zur Aufnahme jeweils eines Rohrstückes (7) sowie ein im Pumpschacht (1) abstützbarer Pressenrahmen (12) mit einem hydraulisch betätigbaren Preßkolben (13) zum Vortreiben der Rohrstücke (7) vorgesehen sind, wobei der Preßkolben (13) vom offenen Einschubende (18) des Schleusenrohres (16) her unter Anlage an einer Umfangsdichtung (19) in das Schleusenrohr (16) eindrückbar ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkolben (13) an einem Preßjoch (14) angelenkt ist, an dem beiderends am Pressenrahmen (12) abgestützte Hydrauliktriebe(15) angreifen.






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