WEISS, Carsten (Breitensteinstrasse 38, Bad Urach, 72574, DE)
SCHMITZ-HABBEN, Uwe (Liebrechtstrasse 87d, Moers, 47445, DE)
WEISS, Carsten (Breitensteinstrasse 38, Bad Urach, 72574, DE)
URACA PUMPENFABRIK GMBH & CO. KG (Sirchinger Strasse 15, Bad Urach, 72574, DE)
| PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum Erzeugen von Hochdruck-Impulsen, mit den Schritten: (i) Befüllen einer Druckkammer (8) mit einem Fluid unter Druck, wobei der Druck innerhalb der Druckkammer (8) und damit die darin gespeicherte potentielle Energie zunimmt, (ii) Öffnen einer Auslassöffnung (10), die von der Druckkammer (8) zur Umgebung führt, bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Druckkammer (8), wobei zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer (8) durch die geöffnete Auslassöffnung (10) an die Umgebung unter Druck und mit großer kinetischer Energie ausgelassen wird, um dadurch einen insbesondere hydraulischen Hochdruck- Impuls zu erzeugen, (iii) Verschließen der Auslassöffnung (10) bei Unterschreiten eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Druckkammer (8), wobei das Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (10) gemäß der Schritte (ii) und (iii) durch eine Ventileinheit (14) erfolgt, die im Wesentlichen vollständig innerhalb der Druckkammer (8) angeordnet ist, und (iv) zyklisches Wiederholen der Schritte (i) bis (iii). Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (14) einen translatorisch verschieblichen Verschlusskopf (17) aufweist, der durch eine Feder (18) gegen die Auslassöffnung (10) vorgespannt ist, wobei der Verschlusskopf (17) in einer ersten Schaltstellung der Ventileinheit (14) die Auslassöffnung (10) verschließt und in einer zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14) von der Auslassöffnung (10) abgehoben ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (10) gemäß der Schritte (ii) und (iii) mit einer Frequenz erfolgt, die von einer Höhe des Drucks, mit der die Druckkammer (8) mit dem Fluid befüllt wird, und/oder von einer Vorspannung der Feder (18), mit der der Verschlusskopf (17) gegen die Auslassöffnung (10) vorgespannt wird, abhängig ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen der Auslassöffnung (10), wenn Fluid unter Druck an die Umgebung austritt, in der Druckkammer (8) ein Staudruck erzeugt wird, der auf den Verschlusskopf (17) in einer Richtung weg von der Auslassöffnung (10) wirkt. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruck durch eine Düse (13) hervorgerufen wird, die mit der Auslassöff- nung (10) in Fluidverbindung steht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein flüssiges Medium, vorzugsweise Wasser, ist, so dass der erzeugte Hochdruck-Impuls hydraulisch ist. Vorrichtung (1 ) zum Erzeugen von Hochdruck-Impulsen, umfassend ein Gehäuse (2) mit einer Druckkammer (8), die über eine Hochdruck-Zuleitung mit einem Fluid unter Druck befüllbar ist, wobei das Gehäuse (2) zumindest eine Auslassöffnung (10) aufweist, die von der Druckkammer (8) zur Umgebung führt, eine Ventileinheit (14), die in Abhängigkeit von einem Druck innerhalb der Druckkammer (8) zwischen einer ersten Schaltstellung, in der sie die Auslassöffnung (10) verschließt, und einer zweiten Schaltstellung, in der sie die Auslassöffnung (10) öffnet, bewegbar ist, wobei in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14) zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer (8) durch die geöffnete Auslassöffnung (10) unter Druck an die Umgebung auslassbar ist, so dass dadurch ein insbesondere hydraulischer Hochdruck-Impuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (14) im Wesentlichen vollständig innerhalb der Druckkammer (8) angeordnet ist. 8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (14) einen translatorisch verschieblichen Verschlusskopf (17) aufweist, der durch eine Feder (18) gegen die Auslassöffnung (10) vorgespannt ist, wobei der Verschlusskopf (17) in der ersten Schaltstel- lung der Ventileinheit (14) die Auslassöffnung (10) verschließt und in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14) von der Auslassöffnung (10) abgehoben ist. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskopf (17) eine im Wesentlichen orthogonal zu seiner Längsachse (24) verlaufende Differenzfläche (D2-D1) aufweist, durch die bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Druckkammer (8) eine definierte Kraft auf den Verschlusskopf (17) wirkt, die größer als die Vorspannkraft der Feder (18) ist und dieser entgegenwirkt, so dass der Verschlusskopf (17) von der Auslassöffnung (10) abgehoben und in seine zweite Schaltstellung überführt wird. 10. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskopf (17) einen an die Auslassöffnung (10) angrenzenden ers- ten Bereich (25) mit einem ersten Durchmesser (Di) und einen zweiten Bereich (26) mit einem zweiten Durchmesser (D2) aufweist, wobei der zweite Durchmesser (D2) größer als der erste Durchmesser (Di) ist und dadurch die Differenzfläche gebildet wird, wobei das in der Druckkammer (8) befindliche Fluid den Verschlusskopf (17) zwischen seinem ersten und zweiten Bereich (25, 26) benetzt. 11. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine VerStelleinrichtung (30) vorgesehen ist, mittels der eine Vorspannung der Feder (18) einstellbar ist. 12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Versteileinrichtung ein Ventilgehäuse (15), das mit der Feder (18) in Kontakt ist, translatorisch in Richtung einer Längsachse der Feder (18) verschieblich ist, um dadurch die Vorspannung der Feder (18) zu erhöhen bzw. zu vermindern. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung in einer Wandung des Gehäuses (2) angeordnet ist, vorzugsweise, dass die Auslassöffnung (10) innerhalb der Versteileinrichtung ausgebildet ist. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung von ausserhalb des Gehäuses (2) betätigbar ist, vorzugsweise, dass die VerStelleinrichtung in Form einer in der Wandung des Gehäuses (2) eingefassten Stellmutter (30) ausgebildet ist. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (10) in einen Auslasskanal (11 ) mündet, der eine Öffnung (12) zur Umgebung aufweist. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse (13) vorgesehen ist, die in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung (10) steht. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Düse (13) derart ausgestaltet ist, dass die A islassöff- nung (10) in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14), \, *enn Fluid unter Druck an die Umgebung austritt, gedrosselt ist, so dass in der Druckkammer (8) ein Staudruck hervorgerufen wird, der auf den Verschlusskopf (17) in einer Richtung weg von der Auslassöffnung (10) wirkt. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 16 oder 17, soweit rückbezogen auf Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (13) in der Öffnung (12) des Auslasskanals (11 ) angeordnet ist. 19. Vorrichtung (1 ) zum Erzeugen von Hochdruck-Impulsen, umfassend ein Gehäuse (2) mit einer Druckkammer (8), die über eine Hochdruck-Zuleitung mit einem Fluid unter Druck befüllbar ist, wobei das Gehäuse (2) zumindest eine Auslassöffnung (10) aufweist, die von der Druckkammer (8) zur Umgebung führt, eine Ventileinheit (14), die in Abhängigkeit von einem Druck innerhalb der Druckkammer (8) zwischen einer ersten Schaltstellung, in der sie die Auslassöffnung (10) verschließt, und einer zweiten Schaltstellung, in der sie die Auslassöffnung (10) öffnet, bewegbar ist, wobei in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14) zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer (8) durch die geöffnete Auslassöffnung (10) unter Druck an die Umgebung auslassbar ist, so dass dadurch ein insbesondere hydraulischer Hochdruck-Impuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (14) einen translatorisch verschieblichen Verschlusskopf (17) aufweist, der durch eine Feder (18) gegen die Auslassöffnung (10) vorgespannt ist, wobei der Verschlusskopf (17) in der ersten Schaltstellung der Ventileinheit (14) die Auslassöffnung (10) verschließt und in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit (14) von der Auslassöffnung (10) abgehoben ist. |
Auf dem Gebiet der Brunnentechnologie ist die Regenerierung von Brunnen von großer Bedeutung. Mit zunehmender Brunnenbetriebszeit können sich
Feststoffe und sonstige Verschmutzungen im Grundwasserleiter, in der Filter- kiesschüttung sowie in den Schlitzen des Brunnenfilterrohrs absetzen, wodurch der Austrag von Wasser verschlechtert wird. Bei der Regenerierung von Brunnen werden solche Feststoffe bzw. Verschmutzungen ausgetragen, um dadurch die Durchlässigkeit der genannten Bereiche des Brunnens und die resultierende Ausbeute an Wasser zu verbessern.
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 verschie- dene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sich hydromechanischer, hydropneumatischer oder chemischer Wirkprinzipien bedienen.
Bei den hydromechanischen Verfahren zur Regenerierung von Brunnen werden hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse freigesetzt werden, die ge- eignet in den Brunnen eingeleitet werden. Zur Erzeugung solcher Energie- Impulse eignen sich sogenannte Impulsgeneratoren, die in einen Brunnen eingebracht werden. Durch eine gleichmäßige Ausbreitung der Energie-Impulse innerhalb des Brunnens sollen die Feststoffe, die sich im Grundwasserleiter
BESTÄTIGUNGSKOPIE oder der Filterkiesschüttung festgesetzt haben, gelöst werden, um dadurch den Brunnen zu regenerieren.
EP 1 805 092 A1 offenbart einen Impulsgenerator, mit dem hydraulische oder pneumatische Energie- bzw. Hochdruck-Impulse erzeugt werden können, um dadurch einen Brunnen bzw. eine Förderbohrung zu regenerieren. Bei diesem Impulsgenerator wird ein komprimierbares Medium unter Druck in eine Arbeitsdruckkammer geleitet. Die Arbeitsdruckkammer weist an einer Seite eine Öffnung auf, die durch einen Ventilkopf, der Teil einer Ventileinheit ist, verschlos- sen werden kann. Diese Ventileinheit besteht des Weiteren aus einer Ventilstange, an deren einem Ende der Ventilkopf und an dem entgegengesetzten anderen Ende eine Platte in Form eines Ventilstangenendes ausgebildet sind. Das Ventilstangenende dient als Kolben, der innerhalb einer Vorspanndruckkammer verschieblich angeordnet ist. Die Ventileinheit ist in Richtung einer Längsachse der Ventilstange translatorisch bewegbar. In einer ersten Schaltstellung der Ventileinheit verschließt der Ventilkopf die Öffnung der Arbeitsdruckkammer. Die Vorspanndruckkammer ist mit einem komprimierbaren Medium befüllt, wobei das Ventilstangenende und damit auch der Ventilkopf in die soeben genannte erste Schaltstellung vorgespannt sind. Wenn der Druck in- nerhalb der Arbeitsdruckkammer den Druck in der Vorspanndruckkammer übersteigt, wird der Ventilkopf von der Arbeitsdruckkammer weg bewegt, so dass dadurch die Öffnung zur Umgebung freigegeben und das zuvor in der Arbeitsdruckkammer angestaute Medium innerhalb kurzer Zeit an die Umgebung ausgelassen wird, um einen Energie-Impuls zu erzeugen. Der Impulsge- nerator gemäß EP 1 895 092 A1 hat den Nachteil, dass seine Ventileinheit einen großen Bauraum beansprucht und gegebenenfalls Dichtigkeitsproblemen unterliegt.
DE 108 43 292 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Regenerieren und Reinigen von Brunnen, bei der durch eine plötzliche Entspannung eines komprimierten Gases oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit im Wasser des Brunnens oder in der Flüssigkeit der Förderbohrung Impulse freigesetzt werden. Hierbei wird eine Druckkammer mit einem Medium unter Druck befüllt, wobei diese Druckkammer durch einen translatorisch verschieblichen Kolben verschlossen werden kann. Auf einer der Druckkammer abgewandten Seite ist der Kolben mit einem
Kunststoff bzw. einen gummiartigen Werkstoff in Kontakt und hiergegen vorgespannt. Falls der Druck innerhalb der Druckkammer zunimmt, wird der Kolben gegen den Kunststoff bzw. den gummiartigen Werkstoff bewegt und dabei innerhalb eines Gehäuses verschoben. Bei dieser Verschiebung werden seitliche Öffnungen des Gehäuses freigegeben, so dass das Medium aus der Druckkammer an die Umgebung austreten kann. Diese Vorrichtung unterliegt dem Nachteil, dass infolge der Bewegungsträgheit des Kunststoffs und damit des Kolbens der Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung nicht schnell genug ist, um einen Energie-Impuls mit hoher Frequenz zu erzeugen. Des Weiteren ist diese Vorrichtung hinsichtlich der Intensität des Energie-Impulses nicht einstellbar.
Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Energie-Impulsen ist aus DE 195 37 689 C2 bekannt, bei dem einer Druckkammer, die in einem zylinderförmigen Gerät ausgebildet ist, von außen ein unter hohem Druck stehendes Gas zugeführt wird. Mittels eines 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. Diese Vorrichtung unterliegt dem Nachteil, dass die Ventilsteuerung durch einen Mechanismus gebildet ist, der vollständig außerhalb der Druckkammer angeordnet ist und deshalb zu vergleichsweise großen Außenabmessungen der Vorrichtung führt. Des Weiteren ist nicht bekannt, ob dieses Gerät zum Erzeugen von hydraulischen Energie-Impulsen geeignet ist.
US 5 836 393 und US 6 250 388 B1 zeigen jeweils eine Vorrichtung zum Erzeugen von pneumatischen Hochdruck-Impulsen. Bei den hierzu verwendeten Vorrichtungen wird Druckluft in eine Druckkammer eingeleitet, die von einem Kolben einer verschieblichen Ventileinheit in einer ersten Schaltstellung ver- schlössen wird. Die Ventileinheit steht in Fluidverbindung mit einer Gegendruckkammer und wird hierdurch in der ersten Schaltstellung in Richtung der Druckkammer vorgespannt, so dass der Kolben in der ersten Schaltstellung die Druckkammer verschlossen hält. Erst wenn der Druck innerhalb der Druckkammer jenen innerhalb der Gegendruckkammer übersteigt, wird die Ventilein- heit translatorisch verschoben, so dass der Kolben die Druckkammer öffnet und dadurch die Druckluft aus der Druckkammer in kurzer Zeit ausgelassen wird, um einen pneumatischen Hochdruck-Impuls zu erzeugen. Die Vorrichtungen gemäß US 5 836 393 und US 6 250 388 B1 unterliegen jeweils dem Nachteil, dass die Ventileinheit und deren Kinematik, mit der sie gegen eine Öffnung der Druckkammer vorgespannt wird, außerhalb der Druckkammer angeordnet ist und dadurch die Vorrichtung große Abmessungen aufweist. Des Weiteren sind bei diesen beiden Vorrichtungen aufwändige Kanäle mit kleinen Strömungsquerschnitten vorgesehen, die sich mit Druckluft, jedoch wohl nicht ohne Weite- res mit Wasser betreiben lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von insbesondere hydraulischen Hochdruck-Impulsen zu schaffen, wobei ein nur geringer Platzbedarf beansprucht wird und eine Verstellbar- keit der erzeugten Hochdruck-Impulse hinsichtlich Frequenz und Intensität mit einfachen Mitteln möglich ist, bei gleichzeitig robustem Aufbau.
Diese Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 bzw. 19 gelöst. Vor- teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mittels der insbesondere hydraulische Hochdruck-Impulse erzeugt werden, umfasst in einer ersten Ausführungsform ein Gehäuse mit einer Druckkammer, die über eine Hochdruck-Zuleitung mit einem Fluid unter Druck befüllt werden kann, wobei das Gehäuse zumindest eine Auslassöffnung aufweist, die von der Druckkammer zur Umgebung führt. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Ventileinheit, die in Abhängigkeit von einem Druck innerhalb der Druckkammer zwischen einer ersten Schaltstel- lung und einer zweiten Schaltstellung bewegt werden kann. In der ersten
Schaltstellung verschließt die Ventileinheit die Auslassöffnung, wobei die Ventileinheit in ihrer zweiten Schaltstellung die Auslassöffnung öffnet. In der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit wird durch die geöffnete Auslassöffnung zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer unter Druck an die Umgebung ausgelassen, so dass dadurch ein hydraulischer Hochdruck-Impuls erzeugt wird. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Ventileinheit, die vollständig innerhalb der Druckkammer angeordnet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Anordnung der Ventileinheit vollständig innerhalb der Druckkammer sowohl eine kompaktere Bauform für die Vorrichtung als auch ein robuster Aufbau möglich sind. Die vollständige Integration der Ventileinheit innerhalb der Druckkammer hält die Abmessungen der Vorrichtung kompakt und schützt die Ventileinheit vor stören- den Einflüssen von außen bzw. aus der Umgebung. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Betriebssicherheit der Vorrichtung und deren Lebensdauer aus.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist die Ventileinheit einen translatorisch verschieblichen Verschlusskopf auf, der durch eine Feder gegen die Auslassöffnung vorgespannt ist. In der ersten Schaltstellung der Ventileinheit verschließt der Verschlusskopf die Auslassöffnung, wobei er in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit von der Auslassöffnung abgehoben ist und diese freigibt. Der Verschlusskopf weist eine vergleichsweise geringe Masse und somit eine geringe Trägheit, so dass er schnell und mit hoher Frequenz zwi- sehen der ersten und zweiten Schaltstellung der Ventileinheit bewegt werden kann. Dies ermöglicht in Bezug auf Hochdruck-Impulse, insbesondere auch hydraulische Hochdruck-Impulse, eine hohe Frequenz. Die Vorspannung des Verschlusskopfs gegen die Auslassöffnung mittels einer Feder ist mechanisch einfach und robust, was zu einer hohen Betriebssicherheit und einer großen Lebensdauer führt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Verschlusskopf eine Differenzfläche aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Längsachse des Verschlusskopfs verläuft. Das Fluid, das in der Druckkammer enthalten ist, ist mit dieser Differenzfläche in Kontakt und übt darauf eine Kraft auf den Verschlusskopf in Richtung seiner Längsachse aus. Mittels der Differenzfläche wird bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Druckkammer eine definierte Kraft auf den Verschlusskopf ausgeübt, die größer als die Vorspannkraft der Feder ist und dieser entgegenwirkt. Infolgedessen wird der Ver- schlusskopf von der Auslassöffnung abgehoben und in seine zweite Schaltstellung überführt. Die Wechselwirkung zwischen der Vorspannkraft der Feder und der definierten Kraft, die an der genannten Differenzfläche angreift und den Verschlusskopf ab einem vorbestimmten Druck innerhalb der Druckkammer von der Auslassöffnung weg drückt, führt vorteilhaft zu einem geregelten Öffnen und Schließen der Auslassöffnung mit hoher Frequenz, so dass in Folge dessen Hochdruck-Impuls an die Umgebung abgegeben werden.
Die vorstehend genannte Differenzfläche wird in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform an dem Verschlusskopf durch einen ersten Bereich mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Bereich mit einem zweiten Durchmesser gebildet, wobei der zweite Durchmesser größer ist als der erste Durchmesser. Der Bereich mit dem ersten Durchmesser ist hierbei angrenzend an die Auslassöffnung ausgebildet, wobei der zweite Bereich an dem Verschlusskopf an einer der Auslassöffnung abgewandten Seite ausgebildet ist. Das in der Druckkammer befindliche Fluid benetzt den Verschlusskopf zwischen seinem ersten und zweiten Bereich. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine Kraft, die mittels des in der Druckkammer befindlichen Fluids an der Differenzfläche angreift, stets in einer Richtung weg von der Auslassöffnung wirkt und somit der Federvorspan- nung entgegenwirkt. Ab einem vorbestimmten Druck innerhalb der Druckkammer wird dann der Verschlusskopf von der Auslassöffnung abgehoben, so dass ein insbesondere hydraulischer Hochdruck-Impuls aus der Druckkammer an die Umgebung ausgelassen wird. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung eine Versteileinrichtung aufweisen, mittels der eine Vorspannung der Feder einstellbar ist. Die Größe der Federvorspannung beeinflusst in Wechselwirkung mit dem Druck innerhalb der Druckkammer den Schaltpunkt, ab dem der Verschlusskopf von der Auslassöffnung abgehoben und in seine zweite Schaltstellung überführt wird. Durch eine Veränderung der Federvorspannung lassen sich in Bezug auf die erzeugten Hochdruck-Impulse sowohl die Frequenz als auch die Intensität einstellen. Je nach Einsatzzweck der Vorrichtung, zum Beispiel in Abhängigkeit von einem bestimmten Brunnen bzw. dessen Grad einer Verunreinigung, kann es erforderlich sein, die Frequenz und die Intensität der in den Brunnen eingebrachten Hochdruck-Impuls anzupassen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann durch die VerStelleinrichtung ein Ventilgehäuse, das mit der Feder in Kontakt ist, translatorisch in Richtung einer Längsachse der Feder verschoben werden, um dadurch die Vorspannung der Feder zu erhöhen bzw. zu vermindern. Die Vorspannkraft der Feder drückt den Verschlusskopf gegen eine Dichtfläche der Auslassöffnung und verschließt damit den Ausslasskanal, der zur Umgebung führt. Über die Vorspannkraft der Feder wird vorteilhaft der Druck eingestellt, ab dem der Verschlusskopf von der Auslassöffnung abhebt bzw. bei dem der Impulsgenerator auslöst.
Eine einfache Bedienbarkeit der Versteileinrichtung lässt sich dadurch erzielen, dass sie von außerhalb des Gehäuses betätigt werden kann, zum Beispiel da- durch, dass die VerStelleinrichtung in Form einer in der Wandung des Gehäuses eingefassten Stellmutter ausgebildet ist. Somit lässt sich vor einer
Inbetriebnahme der Vorrichtung eine vorbestimmte Vorspannung der Feder einstellen. Falls die Auslassöffnung innerhalb der Stellmutter ausgebildet ist, wird durch ein Verstellen der Stellmutter bzw. ein translatorisches Verschieben in Richtung der Längsachse der Feder das Ventilgehäuse gegenüber der Feder bewegt, um dadurch die Vorspannung der Feder zu verändern. In einer alternativen Ausführungsform kann die Stellmutter in einer Stirnplatte des Gehäuses entgegengesetzt zur Auslassöffnung vorgesehen sein, wobei ein Fußabschnitt der Feder durch die Stellmutter gehalten ist. Ein Drehen der Stellmutter führt zu einem Verschieben des Fußabschnitts der Feder gegenüber dem Ventilgehäuse, um dadurch die Vorspannung der Feder zu verändern.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Auslassöffnung in einen Auslasskanal münden, der eine Öffnung zur Umgebung aufweist. Durch einen solchen Auslasskanal wird das Fluid, das durch die geöffnete Auslassöffnung an die Umgebung ausgelassen wird, kanalisiert bzw. in einer Richtung gebündelt, so dass das Auslassen an die Umgebung in Form eines gerichteten Fluid- strahls erfolgt. Dies verbessert den Impulseintrag an die Umgebung der Vorrichtung. Die genannte Kanalisierung des Fluids ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Fluid Wasser verwendet wird, weil hierdurch ein gerichteter Wasserstrahl an die Umgebung ausgelassen wird.
Ein Ausrichten des an die Umgebung ausgelassenen Fluids lässt sich weiter durch eine Düse verbessern, die in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung steht. Zweckmäßigerweise kann die Düse in der Öffnung des Auslasskanals angeordnet sein. Zusätzlich zu dem Effekt, dass die Düse das ausgelassene Fluid in Form eines Strahls ausrichtet, wird durch die Düse in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit, wenn Fluid unter Druck an die Umgebung aus- tritt, in der Druckkammer ein Staudruck hervorgerufen. Dieser Staudruck wirkt auf den Verschlusskopf in einer Richtung weg von der Auslassöffnung. Infolgedessen wird der Verschlusskopf in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit ausreichend weit von der Auslassöffnung weg bewegt bzw. abgehoben, so dass eine ausreichende Fluidmenge durch die Auslassöffnung an die Umge- bung ausgelassen wird. Die Düse ist mit ihrem Strömungsquerschnitt derart ausgestaltet, dass die Auslassöffnung in der besagten zweiten Schaltstellung der Ventileinheit gedrosselt ist, was den soeben erläuterten Staudruck herbeiführt. Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Druckkammer, die über eine Hochdruck-Zuleitung mit einem Fluid unter Druck befüllt werden kann, wobei das Gehäuse zumindest eine Auslassöffnung aufweist, die von der Druckkammer zur Umgebung führt. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Ventileinheit, die in Abhängigkeit von einem Druck innerhalb der Druckkammer zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung bewegt werden kann. In der ersten Schaltstellung verschließt die Ventileinheit die Auslassöffnung, wobei die Ventileinheit in ihrer zweiten Schaltstellung die Auslassöffnung öffnet. In der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit wird durch die geöffnete Auslassöffnung zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer unter Druck an die Umgebung ausgelassen, so dass dadurch ein hydraulischer Hochdruck-Impuls erzeugt wird. Die Ventileinheit weist einen translatorisch verschieblichen Verschlusskopf auf, der durch eine Feder gegen die Auslassöffnung vorgespannt ist, wobei der Verschlusskopf in der ersten Schaltstellung der Ventileinheit die Auslassöffnung verschließt und in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit von der Auslassöffnung abgehoben ist.
Die vorstehend genannte alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorspannung des Verschlusskopfs gegen die Auslassöffnung mittels einer Feder, d.h. mit einfachen und robusten Mitteln erzielt wird. Dies schlägt sich vorteilhaft in einer hohen Betriebssicherheit und einer großen Lebensdauer nieder. Des Weiteren lässt sich ein Druckpunkt, ab dem die Ventileinheit in Abhängigkeit eines in der Druckkammer herrschenden Innendrucks öffnet, mit einfachen Mitteln einstellen, indem die
Vorspannung der Feder verändert wird. Hierdurch können die Frequenz und die Intensität der Hochdruck-Impulse eingestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der alternativen Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung entsprechen jenen der ersten Ausführungsform, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hierauf verwiesen wird.
Die Erfindung sieht des Weiteren ein Verfahren zum Erzeugen von Hochdruck- Impulsen vor, und umfasst die Schritte:
(i) Befüllen einer Druckkammer mit einem Fluid unter Druck, wobei der
Druck innerhalb der Druckkammer und damit die darin gespeicherte potentielle Energie zunimmt,
(ii) Öffnen einer Auslassöffnung, die von der Druckkammer zur Umgebung führt, bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Druckkam- mer, wobei zumindest eine Teilmenge des Fluids aus der Druckkammer durch die geöffnete Auslassöffnung an die Umgebung unter Druck und mit großer kinetischer Energie ausgelassen wird, um dadurch einen hydraulischen Hochdruck-Impuls zu erzeugen,
(iii) Verschließen der Auslassöffnung bei Unterschreiten eines vorbestimm- ten Drucks innerhalb der Druckkammer, wobei das Öffnen und Schließen der
Auslassöffnung gemäß der Schritte (ii) und (iii) durch eine Ventileinheit erfolgt, die vollständig innerhalb des Arbeitsspeichers angeordnet ist, und
(iv) zyklisches Wiederholen der Schritte (i) bis (iii). Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den bereits genannten Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Die im Wesentlichen vollständige Anordnung der Ventileinheit innerhalb der Druckkammer erhöht die Betriebssicherheit und vermindert den beanspruchten Raum, um das Verfahren durchzuführen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Öffnen und Schließen der Auslassöffnung gemäß der Schritte (ii) und (iii) mit einer Frequenz, die von einer Höhe des Drucks, mit der die Druckkammer mit dem Fluid befüllt wird, und/oder von einer Vorspannung der Feder, mit der der Verschlusskopf gegen die Auslassöffnung vorgespannt wird, abhängig ist. Eine Veränderung der Frequenz des Öffnens und Schließens der Auslassöffnung und auch eine Veränderung der Intensität der erzeugten hydraulischen Hochdruck-Impulse kann zweckmäßigerweise durch eine Veränderung der Vorspannung der Feder er- zielt werden, mit der der Verschlusskopf gegen die Auslassöffnung vorgespannt wird. Eine solche Änderung der Federvorspannung kann durch eine VerStelleinrichtung erzielt werden, die von außerhalb der Druckkammer bzw. ihres Gehäuses betätigt werden kann. In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Öffnen der Auslassöffnung, wenn Fluid unter Druck an die Umgebung austritt, in der Druckkammer ein Staudruck erzeugt, der auf den Verschlusskopf in einer Richtung weg von der Auslassöffnung wirkt. Dieser Staudruck hat zur Folge, dass der Verschlusskopf in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit ausrei- chend weit von der Auslassöffnung abgehoben wird, um eine genügend große Menge an Fluid an die Umgebung auszulassen. Der besagte Staudruck kann durch eine Düse hervorgerufen werden, die mit der Auslassöffnung in Fluidver- bindung steht. Ein Strömungsquerschnitt dieser Düse ist derart gewählt, dass die Auslassöffnung in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit gedrosselt wird, was in der Druckkammer angrenzend zur Auslassöffnung den Staudruck hervorruft.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem Fluid, mit dem der Arbeitsspeicher unter Druck befüllt wird, um ein flüssiges Medium, vorzugsweise Wasser. Die mechanischen Komponenten, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen, sind hierbei geeignet so ausgebildet, dass auch mit dem Medium Wasser eine hohe Frequenz für das Öffnen und Schließen der Auslassöffnung bzw. eine ausreichend schnelle Hin- und Herbewegung des Verschlusskopfs gewährleistet ist. Entsprechend führt dies zu einer vorteilhaft hohen Frequenz des an die Umgebung ausgelassenen hydraulischen Hochdruck-Impulses.
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 einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung,
Figur 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung von Figur 1 , wobei eine
Ventileinheit der Vorrichtung eine erste Schaltstellung einnimmt,
Figur 3 einen Bereich I von Figur 2 in vergrößerter Ansicht, und
Figur 4 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung von Figur 1 , wobei eine
Ventileinheit dieser Vorrichtung eine zweite Schaltstellung einnimmt und dabei eine Auslassöffnung von einer Druckkammer zur Umgebung hin offen ist.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erläutert, mittels der sich Hochdruck-Impulse erzeugen lassen. Des Weiteren wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung solcher Hochdruck-Impulse erläutert. Die Vorrichtung 1 ist in Figur 1 in einer Perspektivansicht dargestellt. Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich um ein Gerät in Form eines Impulsgenerators, in dem über einen bestimmten Zeitraum Energie mittels eines Arbeitsfluids, vorzugsweise Wasser, gespeichert wird. Falls ein einstellbarer Grenzwert in Bezug auf den Druck des Arbeitsfluids innerhalb des Impulsgenerators erreicht ist, wird über einen Ventilmechanismus dafür gesorgt, dass diese potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, indem das Arbeitsfluid über einen kurzen Zeitraum wiederholt an die Umgebung des Impulsgenerators abgegeben wird. Das Befüllen des Impulsgenerators 1 mit dem Arbeitsfluid erfolgt mittels einer (nicht gezeigten) Hochdruckpumpe. Mit einer solchen Hochdruckpumpe wird eine innerhalb des Impulsgenerators 1 ausgebildete Druckkammer durch einen konstanten Volumenstrom des Fluids unter Druck gesetzt.
Die Vorrichtung 1 , nachstehend auch als Impulsgenerator bezeichnet, umfasst ein mantelförmiges Gehäuse 2, das durch eine obere Stirnplatte 3 und durch eine untere Stirnplatte 4 verschlossen ist. Die obere Stirnplatte 3 und die untere Stirnplatte 4 sind durch eine Mehrzahl von Bolzen 5 miteinander verschraubt und klemmen dadurch das mantelförmige Gehäuse 2 zwischen sich ein. Zum Zweck eines vereinfachten Handlings des Impulsgenerators 1 ist an der oberen Stirnplatte 3 ein Befestigungsauge 6 vorgesehen, an dem ein Seil, eine Kette oder dergleichen angebracht werden kann. Des Weiteren ist an der oberen Stirnplatte 3 eine Anschlussmuffe 7 vorgesehen, an die eine Hydraulikleitung oder dergleichen angeschlossen werden kann. Die Anschlussmuffe 7 führt zu einer innerhalb des Impulsgenerators 1 vorgesehenen Druckkammer.
Der innere Aufbau des Impulsgenerators 1 ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 im Detail erläutert, die einen Längsschnitt der Darstellung von Figur 1 zeigt. Das mantelförmige Gehäuse 2 umschließt die Druckkammer 8, wobei die
Anschlussmuffe 7 in Fluidverbindung mit der Druckkammer 8 steht. Mit dem Bezugszeichen 9 ist vereinfacht eine Leitung gezeigt, die mit der Anschlussmuffe 7 verbunden ist. Die Leitung 9 kann an eine (nicht gezeigte) Hochdruckpumpe angeschlossen sein, mittels der ein Arbeitsfluid, vorzugsweise Wasser, fortwährend in die Druckkammer 8 hinein gefördert wird. Anders ausgedrückt, wird die Druckkammer 8 durch die Hochdruckpumpe fortwährend mit einem Fluid unter Druck befüllt. Als Fluid eignet sich insbesondere Wasser, wobei das Fluid in der nachfolgenden Beschreibung stets als Wasser bezeichnet wird, oh- ne jedoch darin eine Einschränkung auf Wasser zu verstehen. Bei dem Fluid kann es sich auch um andere wässrige Lösungen oder um ein Gas handeln.
In der unteren Stirnplatte 4 ist eine Auslassöffnung 10 ausgebildet, die von der Druckkammer 8 zur Umgebung führt. Die Auslassöffnung 10 geht in einen Aus- lasskanal 11 über, der eine Öffnung 12 zur Umgebung hin aufweist. In der Öffnung 12 des Auslasskanals 11 ist eine Düse 13 angeordnet, deren Funktion nachstehend noch im Detail erläutert ist.
Innerhalb der Druckkammer 8 ist eine Ventileinheit 14 angeordnet, die ein Ven- tilgehäuse 15, eine innerhalb des Ventilgehäuses 15 befestigte Führungsbuchse 16 und einen Verschlusskopf 17 umfasst, der innerhalb der Führungsbuchse
16 längsverschieblich aufgenommen ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 15 ist eine Feder 18 aufgenommen, die über einen Stößel 19 mit dem Verschlusskopf
17 in Verbindung steht. Die Feder 18 spannt den Verschlusskopf 17 in Richtung der Auslassöffnung 10 vor. Ein dem Verschlusskopf 17 entgegengesetztes Ende der Feder 18 ist durch eine Befestigungsbuchse 20 in bzw. an der unteren Stirnplatte 3 fixiert.
Das Ventilgehäuse 15 weist angrenzend zur Auslassöffnung 10 eine offene Stirnseite mit einem Innenraum 21 auf. In der Wandung des Ventilgehäuses 15 sind seitliche Bohrungen 22 ausgebildet, die eine Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 8 und dem Innenraum 21 schaffen. Innerhalb des Innenraums 21 ist koaxial zum Auslasskanal 11 bzw. angrenzend zur Auslassöffnung 10 die Führungsbuchse 16 angeordnet, in der der Verschlusskopf 17 längsverschieb- lieh aufgenommen ist. In gleicher Weise wie das Ventilgehäuse 15 sind in der Führungsbuchse 16 seitliche Bohrungen 23 ausgebildet. Durch die seitlichen Bohrungen 22, 23 des Ventilgehäuses 15 bzw. der Führungsbuchse 16 ist gewährleistet, dass der Verschlusskopf 17 seitlich durch das in der Druckkammer 8 enthaltene Wasser angeströmt wird, bzw. mit dem Wasser benetzt ist. Die Geometrie des Verschlusskopfs 17 ist nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 3 im Detail erläutert, die eine vergrößerte Ansicht des Bereichs I von Figur 2 darstellt.
Der Verschlusskopf 17 ist zylindrisch ausgebildet, und weist entlang seiner Längsachse 24 Bereiche mit verschiedenen Durchmessern auf. Angrenzend an die Auslassöffnung 10 weist der Verschlusskopf 17 einen ersten Bereich 25 mit einem ersten Durchmesser Di auf. Oberhalb des ersten Bereichs 25 weist der Verschlusskopf 17 einen zweiten Bereich 26 mit einem zweiten Durchmesser D 2 auf, wobei dieser zweite Durchmesser D 2 größer ist als der erste Durchmesser Di. Der Größenunterschied dieser beiden Durchmesser bildet an dem Verschlusskopf 17 eine Differenzfläche, die in Bezug zur Längsachse 24 des Verschlusskopfs 17 im Wesentlichen orthogonal verläuft. Figur 3 verdeutlicht, dass der Verschlusskopf 17 in einem Abschnitt zwischen seinem ersten und zweiten Bereich 25, 26 durch die seitlichen Bohrungen 22, 23 des Ventilgehäuses 15 bzw. der Führungsbuchse 16 mit Wasser angeströmt wird. Entsprechend steht das Wasser in Wechselwirkung mit der soeben genannten Differenzfläche. Ab einem ausreichenden Wasserdruck wird auf den Verschlusskopf 17 mittels der Differenzfläche eine vertikale Kraftkomponente nach oben, d.h. in einer Richtung weg von der Auslassöffnung 10 ausgeübt.
Die Ventileinheit 14 bzw. der darin verschieblich angeordnete Verschlusskopf 17 können zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstel- lung bewegt werden. In der ersten Schaltstellung ist die Auslassöffnung 10 verschlossen. Dies ist in der Darstellung von Figur 2 bzw. Figur 3 gezeigt. Der Verschlusskopf 17 wird durch die Vorspannung der Feder 18 mit einer Anlageschulter 27 gegen eine Dichtfläche 28 der Auslassöffnung 10 gedrückt. Bei verschlossener Auslassöffnung 10 kann das in der Druckkammer 8 enthaltene Wasser nicht an die Umgebung austreten.
Bei Überschreiten eines vorbestimmten Wasserdrucks innerhalb der Druckkammer 8 wird die vertikale Kraftkomponente, die an der Differenzfläche des Verschlusskopfs 17 angreift, größer als die entgegengesetzt gerichtete Vor- Spannung der Feder 18. Infolgedessen wird der Verschlusskopf 17 von der Dichtfläche 28 der Auslassöffnung 10 nach oben abgehoben, so dass das Wasser in den Auslasskanal 11 strömen und an die Umgebung austreten kann. Sobald der Verschlusskopf 17 von der Auslassöffnung 10 abgehoben ist, befin- det er sich in einer zweiten Schaltstellung. Anders ausgedrückt, ist die Auslassöffnung 10 in der zweiten Schaltstellung der Ventileinheit 14 bzw. von deren Verschlusskopf 17 geöffnet, so dass zumindest eine Teilmenge des in der Druckkammer 8 enthaltenen Wassers an die Umgebung austreten kann. In der Längsschnittansicht von Figur 4 ist der Verschlusskopf 17 in seiner zweiten Schaltstellung gezeigt, wenn er wie vorstehend erläutert von der Auslassöff- nung 10 nach oben abgehoben ist.
Nachstehend ist die Funktionsweise des Impulsgenerators 1 zur Erzeugung von insbesondere hydraulischen Hochdruck-Impulsen erläutert.
Die Druckkammer 8 des Impulsgenerators 1 wird über die Leitung 9 an eine Hochdruck-Wasserversorgung angeschlossen, die die Druckkammer 8 kontinuierlich mit Wasser unter Druck setzt. In einem Ausgangszustand des Impulsgenerators 8 befindet sich der Verschlusskopf 17 in seiner ersten Schaltstel- lung, wenn er, bedingt durch die Vorspannung der Feder 18, die Auslassöff- nung 10 verschließt. Entsprechend kann das in der Druckkammer 8 befindliche Wasser nicht in den Auslasskanal 11 und durch die Düse 13 strömen und an die Umgebung entweichen. Solange der Verschlusskopf 17, bedingt durch die Vorspannung der Feder 18, in seiner ersten Schaltstellung verbleibt, ist die Druckkammer 8 an ihrer unteren Stirnplatte 4 verschlossen. Der Druck innerhalb der Druckkammer 8 nimmt sodann stetig zu, da von der Hochdruck-Wasserversorgung kontinuierlich Wasser unter Druck in die Druckkammer 8 eingespeist wird. Wie unter Bezugnahme auf die Figur 3 erläutert, führt der auf die Differenzfläche des Verschlusskopfes 17 wirkende Wasserdruck zu einer vertikalen Kraftkomponente, die den Verschlusskopf 17 in einer Richtung weg von der Auslassöffnung 10 beaufschlagt. Sobald der Druck innerhalb der Druckkammer 8 einen vorbestimmten Ansprechdruck der Ventileinheit 14 überschreitet und hierbei die auf den Ver- schlusskopf 17 wirkende vertikale Kraftkomponente größer als die Vorspannkraft der Feder 18 wird, so hebt sich der Verschlusskopf 17 nach oben von der Auslassöffnung 10 ab. In Folge dessen kann das Wasser in den Auslasskanal 11 strömen und durch die Düse 13 an die Umgebung austreten. Durch die Pfei- le A ist in Figur 4 der hydraulische Hochdruck-Impuls in Form eines Wasserstrahls angedeutet, der aus der Düse 13 an die Umgebung abgegeben wird.
Der Abfluss von Wasser aus der Druckkammer 8 ist durch die Düse 13 gedrosselt, wobei ein Strömungsquerschnitt der Düse 13 zum Bewirken einer solchen Drosselung geeignet gewählt ist. Diese Drosselung erzeugt in dem ausfließenden Wasser einen Staudruck, der sich durch den Auslasskanal 11 zurück in die Druckkammer 8 hinein fortpflanzt. Der Staudruck ist zwar stets kleiner als der Betriebsdruck innerhalb der Druckkammer 8, wirkt aber nahezu auf die gesamte Querschnittsfläche des Verschlusskopfs 17 und erzeugt somit eine relativ große Kraft in einer Richtung nach oben, d.h. weg von der Auslassöffnung 10. Infolgedessen kommt ein relativ großer Ventilhub des Verschlusskopfs 13 zustande, durch den der Verschlusskopf 13 ausreichend weit von der Auslassöffnung 10 abgehoben wird. Das in der Druckkammer 8 befindliche Wasser kann dadurch rasch und in sehr kurzer Zeit durch die Auslassöffnung 10, den Auslasskanal 11 und die Düse 13 in die Umgebung entweichen. Auf diese Weise werden hydraulische Hochdruck-Impulse an bzw. in die Umgebung abgegeben. Die Düse 13 hat hierbei zusätzlich die Wirkung, dass solche Hochdruck-Impulse in einer definierten Richtung ausgerichtet werden. Durch das Entweichen des Wassers aus der Druckkammer 8 nimmt der Druck innerhalb der Druckkammer 8 rasch ab. Dies führt dazu, dass die Vorspannkraft der Feder 18 nunmehr wieder größer als die Kraft wird, die auf den Verschlusskopf 17 auf dessen Differenzfläche und ggf. durch den Staudruck ausgeübt wird. Entsprechend gelangt der Verschlusskopf 17 zurück in seine erste Schalt- Stellung und kommt somit in Dichtkontakt mit der Auslassöffnung 10. Hierdurch wird der Auslasskanal 11 verschlossen. Die Druckkammer 8 wird erneut durch das über die Leitung 9 kontinuierlich zufließende Wasser gefüllt. Sobald der Ansprechdruck der Ventileinheit 14 wieder erreicht und der Verschlusskopf 17 in seine zweite Schaltstellung überführt wird, wiederholt sich der beschriebene Vorgang des Entweichens des Wassers aus der Druckkammer 8, wodurch erneut ein hydraulischer Hochdruck-Impuls erzeugt wird.
Wie vorstehend erläutert, handelt es sich bei dem Fluid, mit dem die Druck- kammer des Impulsgenerators 1 stetig unter Druck gesetzt wird, vorzugsweise um Wasser bzw. eine wässrige Lösung. Entsprechend sind die Hochdruck- Impulse, die mit dem Impulsgenerator 1 erzeugt werden, hydraulischer Art. Dies ist für einen Impulseintrag bei einem Reinigen von Wasserbrunnen von Vorteil, wenn der Impulsgenerator 1 in ein Filterrohr des Brunnens eingeschoben bzw. hinabgelassen wird und entsprechend in Wasser eingetaucht ist. Der hydraulische Hochdruck-Impuls, der aus Düse 13 des Impulsgenerators 1 ausgelassen wird, pflanzt sich wirkungsvoll in das umgebende Wasser bzw. in angrenzende Bereiche des Brunnens fort, z.B. Filterkiesschüttung und/oder das angrenzende natürliche Gebirge. In Folge dessen können Verschmutzungen in der Filterkies- schüttung und in dem an den Brunnen angrenzenden Gebirge bzw. Verstopfungen in den Poren des Korngerüstes des Gebirges gelöst werden, wodurch eine Reinigung, Aktivierung bzw. eine Regenerierung des Brunnens verbessert wird. Der vorzugsweise hydraulische Impulseintrag in das Brunnenwasser gewährleistet somit, dass mögliche Porenverstopfungen bei Vorliegen von hohen Strömungsgeschwindigkeiten fortlaufend wiederholt gelöst werden.
Bei Brunnen wird eine optimale Reinigung von Filterkiesporen bzw. Poren des Korngefüges des an den Brunnen angrenzenden Gebirges durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des transportierenden Mediums Wasser erzielt. In allen Bereichen, die es zu reinigen gilt, werden durch geeignete Maßnahmen ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers sichergestellt, z.B. durch eine Vorrichtung gemäß DE 10 2007 050 966. Solche hohen
Strömungsgeschwindigkeiten werden mit der erfindungsgemäßen Erzeugung von Hochdruck-Impulsen überlagert, so dass wie vorstehend erläutert Poren- Verstopfungen wirkungsvoll verhindert werden.
Im Folgenden ist erläutert, in welcher Weise sich der Impulsgenerator 1 für seinen Betrieb zur Veränderung der Impulserzeugung einstellen lässt. Der Impulsgenerator 1 weist eine Versteileinrichtung auf, mittels der eine Vorspannung der Feder 18 eingestellt bzw. verändert werden kann. Durch eine Veränderung der Vorspannung der Feder 18 wird der Ansprechdruck der Ventileinheit 14 geeignet verstellt, so dass dadurch die Frequenz als auch die Intensität der Hochdruck-Impulse erhöht bzw. vermindert werden. Nachstehend ist der Mechanismus dieser Versteileinrichtung im Detail erläutert.
An der unteren Stirnplatte 4 ist ein Adapter 29 (Figur 2) befestigt, in dem eine Stellmutter 30 eingeschraubt ist. Die Stellmutter 30 hält einen Ventilblock 31 , der in einer Ausnehmung 32 der unteren Stirnplatte 4 aufgenommen ist. Der Auslasskanal 11 ist zentrisch innerhalb des Ventilblocks 31 ausgebildet, wobei die Auslassöffnung 10 an einem oberen Ende des Ventilblocks 31 vorgesehen ist. Die Düse 13 ist an dem der Auslassöffnung 10 entgegengesetzten Ende des Ventilblocks 31 , nämlich in der Öffnung 12, vorgesehen.
Der Ansprechdruck der Ventileinheit 14 kann von einer Aussenseite des Gehäuses 2 über die Stellmutter 30 eingestellt werden. Durch ein Drehen der Stellmutter 30 wird das Ventilgehäuse 15 translatorisch bewegt und drückt den Verschlusskopf 17 über die Führungsbuchse 13 gegen die Feder 18, die da- durch je nach Drehrichtung der Stellmutter 30 gespannt bzw. entspannt wird.
Die Vorspannkraft der Feder 18 drückt den Verschlusskopf 17 gegen die Dichtfläche der Auslassöffnung 10, wodurch auch der Auslasskanal 11 verschlossen wird. Über die Vorspannkraft der Feder 18 wird der Druck eingestellt bei dem die Ventileinheit 14 bzw. der Impulsgenerator 1 auslösen.
Alternativ oder ergänzend zu dem Mechanismus der Stellmutter 30 kann auch vorgesehen sein, dass die Befestigungsbuchse 20 in der oberen Stirnplatte 3 durch ein Schraubgewinde befestigt ist. Analog zum Verstellen der Stellmutter 30 kann dann durch eine Schraubbewegung dieser Befestigungsbuchse, die in Kontakt mit der Feder 18 ist, eine Vorspannung eben dieser Feder 18 vergrößert oder vermindert werden, um den Ansprechdruck der Ventileinheit 14 geeignet zu verändern.
Next Patent: DEVICE FOR THE SITUATION-DEPENDENT AUTHORISED ADMISSION OR ACCESS TO ANY CASING AND PROTECTION OF SA...