Optimierte neuartige Wasserhebeanlage
speziell zum Fördern von Grundwasser aus beliebigen Tiefen, fern von Industrie und Energieversorgung
patentiert beim Deutschen Patent- und Markenamt unter der Nummer: DE 10 2015 014 911 B3
Erfinder und Patentinhaber: Hubert Burchert, Neuwiesenweg 30, 56566 Neuwied, Tel.: 02631 / 48544, e-mail:
Mein Patent mit der Nummer DE 10 2015 014 911 B3 betrifft eine Wasserhebeanlage zur Förderung von Grundwasser auch aus größeren Tiefen, angetrieben durch Druckluft oder Unterdruck und bestehend aus einer Anzahl von übereinander angeordneten Kammern zum stufenweisen Anheben des Wassers.
Die Förderung von Wasser aus größeren Tiefen erfordert bisher aufwendige Anlagen mit hoher Leistung, die z.B. hohe Drücke erzeugen können. Alle bisher bekannten Anlagen, auch diejenigen, welche das Wasser wie bei dieser Anlage stufenweise anheben, sind nicht nur wegen ihres hohen Energiebedarfs, sondern auch wegen der Kompliziertheit ihres Aufbaus und ihrer Installation und Wartung auf die Nähe von Industrie angewiesen.
Nun liegen diejenigen Gebiete, in denen Wasser am dringendsten benötigt wird (z.B. Wüstenrandgebiete, Sahel-Zone usw ), meist weitab von jeglicher Industrialisierung und damit auch weit entfernt von den für die o.g. Technologien erforderlichen Energiequellen. Ziel der Erfindung ist daher, mit geringem Energieaufwand, mit dem die o.g. Technologien überhaupt nicht funktionieren würden, also z.B. mit Menschenkraft oder kleineren Solarzellenflächen, dennoch Grundwasser auch aus größeren Tiefen zu fördern. Natürlich wäre die geförderte Wassermenge pro Zeiteinheit wegen der begrenzten zur Verfügung stehenden Leistung auch begrenzt. Wenn jedoch dort Wasser zur Verfügung steht, wo bisher Trockenheit herrscht, ist auch dies ein Erfolg, zumal, wie im Folgenden dargestellt, die Anordnung mit einfachen Mitteln hergestellt und ggf. repariert werden kann, also im Gegensatz zur high tech der Industrieländer eine “low tech” darstellt.
Die Anlage besteht aus einer Anzahl in einem Mantelrohr übereinander angeordneten, geschlossenen Kammern, in welchen das Wasser durch Luft- Über- oder -Unterdruck von einer Kammer zur jeweils darüberliegenden gepumpt wird. Daher genügt ein geringer Luft-Über- oder Unterdruck, um das Wasser jeweils nur eine Kammer höher zu pumpen. Eine größere Förderhöhe wird durch Erhöhung der Anzahl der Kammern erreicht, so daß hierfür nicht eine Erhöhung des Luftdrucks, sondern nur eine Erhöhung der gepumpten Luftmenge erforderlich ist.
Die Kammern (2) sind jeweils durch Steigrohre (8) mit Rückschlagventil (24) miteinander verbunden und haben je ein Be- (13) und ein Entlüftungsventil (14).Das Umschalten der Ventile wird nur durch den Wasserstand in der betreffenden Kammer durch einen Schwimmer (21) getätigt, welcher über eine Schaltgabel (20) ein Kippgewicht (17) anhebt, bis es durch Überkippen auf die andere Seite den Ventilschaltbalken (15) in die jeweils andere Position bringt. Dieser wird durch ein inliegendes Rollgewicht (16) in der jeweiligen Position stabilisiert.
Die erfindungsgemäße Hebeanlage bietet eine Reihe von Vorteilen und Anwendungsmöglichkeiten:
Die einzige Hightech Anforderung ist das Niederbringen einer Bohrung bis zum Grundwasserniveau und das Einbringen des Mantelrohres, ggf. das Einbringen einer Kiesschüttung als Wasserfilter am unteren Ende des Rohres. Der Betrieb der Hebeanlage hingegen erfordert keinen besonderen technischen Aufwand. Die einzelnen Kammern sind, abgesehen von der obersten Kammer, alle bauartgleich und eignen sich daher zur serienmäßigen Herstellung am Fließband. Auch ihr innerer Aufbau ist einfach, ebenso die Montage. Die Kammern können an einem Montageband, welches unter der untersten Kammer durchgeht, eine nach der anderen übereinandergestellt in das Mantelrohr eingebracht werden. Ebenso können sie an diesem Montageband auch wieder herausgezogen werden, um defekte Kammern auszutauschen, d.h. eine eigentliche „Montage” entfällt.
Um ein Absinken des Grundwasserspiegels von vorneherein zu berücksichtigen, kann man das Mantelrohr wesentlich tiefer niederbringen, als zunächst erforderlich. Bei Absinken des Grundwasserspiegels braucht man dann nur die im Mantelrohr befindlichen Kammern abzusenken und oben eine weitere Kammer einzuführen.
Bei Betrieb mit Überdruck könnte man mehrere Druckluftquellen mit Rückschlagventilen an einen Windkessel anschließen, an welchen dann über einen Druckminderer, welcher den zum Betrieb der Anlage erforderlichen Druck einstellt, die Hebeanlage angeschlossen wird. So könnte man einerseits eine solarbetriebene Pumpe, andererseits aber auch Blasebälge, wie früher an historischen Orgeln üblich, oder hand- oder fußbetriebene Kolbenpumpen oder andere Druckerzeuger anschließen für den Fall, daß die Sonne nicht scheint, man aber Wasser benötigt.
Bei Betrieb mit Unterdruck könnte man eine Saugpumpe in Form einer üblichen Gartenpumpe für den Handbetrieb verwenden. In windhöffigen Gebieten wäre es auch möglich, den Unterdruck mit Hilfe eines Bernoulli-Rohres zu erzeugen oder ein Windrad direkt an eine Vakuumpumpe anzuschließen.
Ein besonderer Vorteil ist, daß die Anlage durch das Mantelrohr und die oberste, abgeschlossene Pumpkammer ein geschlossenes System darstellt, bei dem lediglich ein Luftfilter für die zum Pumpen erforderliche Luft und die Ausflußöffnung für das geförderte Wasser eine Verbindung zur Umgebung bilden. Daher ist eine Versandung, die oft bei einem üblichen gebohrten Brunnen zum allmählichen Versiegen führt, nicht möglich.
Umgekehrt ist es aber auch nicht möglich, mehr als die durch die Dimensionierung und Funktionsweise der Anlage vorgegebene Wassermenge pro Zeiteinheit zu fördern, wodurch ein Raubbau am Grundwasser zu Lasten der Nachbarn verhindert oder zumindest begrenzt werden kann.
Da nach der Erstinstallation keine weitere Energieversorgung oder industrielle Unterstützung mehr erforderlich ist, eignet sich diese Hebeanlage für weit entlegene Trockengebiete, in denen dann, wenn eine Vielzahl solcher Anlagen über ein großes Gebiet verteilt wird, nicht nur Wasser für Mensch und Tier, sondern vor allem Wasser zur Bewässerung von Gärten und Feldern, also zur Erzeugung von Nahrungsmitteln zur Verfügung steht. Insofern könnte die Hebeanlage auch für die Entwicklungshilfe interessant sein. Aber auch in unbewohnten Gebieten könnte man diese Hebeanlagen installieren, da sie mit Solarenergie ja selbständig arbeiten können, und so neue Vegetation hervorbringen, was eine regulierende und damit positive Wirkung auf den Wasserhaushalt, auf die Temperatur, auf den CO2 - Gehalt der Luft und damit auf das Weltklima zur Folge hätte.
Die Anlage kann überall eingesetzt werden. Daher ist sie geeignet für alle wasserarmen oder trockenen Gebiete der Erde, insbesondere in Entwicklungsländern.
Die Rhein-Zeitung hat am 14.4.2018 im Neuwieder Lokalteil auf Seite 13 einen Bericht über mein Patent veröffentlicht.
Am 1.3.2018 habe ich eine weitere Variante dieser Erfindung beim Patentamt angemeldet, welche die Funktionssicherheit der Anlage noch weiter steigert und optimiert, und die Effektivität um mindestens das zehnfache steigert.
Sie betrifft ein weiteres, verbessertes Ausführungsbeispiel zum Patent 10 2015 014 911 (Wasserhebeanlage), betreffend die Anordnung und die Funktionsmechanik der Be- und Entlüftungsventile.
Die Lufteinlaß- und Auslaßöffnungen (13) und (14) sind am oberen Ende der Seitenwände der Pumpkammer (2) angeordnet. Die Verschlußdeckel der Ventile (13) und (14) sind jeweils am oberen Ende einer beweglichen Gabel (31) montiert, die am unteren Ende in einem Lager (33) drehbar gelagert ist. Die beiden Arme dieser Gabel bilden eine Führung (34) in der sich die Rollen (32) auf und ab bewegen, die am äußeren oberen Ende des Ventilschaltbalkens (15) rechts und links montiert sind. Die Führung (34) ist so geformt, daß die Rolle (32) die Gabel (31) und den Verschlußdeckel für die Lufteinlaßöffnung (13) bei Neigung des Ventilschaltbalkens (15) nach links nach rechts gegen die Lufteinlaßöffnung (13) drückt und diese verschließt. Gleichzeitig wird die Luftauslaßöffnung (14) geöffnet. Bei Neigung des Ventilschaltbalkens (15) nach rechts wird die Lufteinlaßöffnung (13) geöffnet und die Luftauslaßöffnung (14) geschlossen.
Die Form der Führung (34) bewirkt eine große Kraftübersetzung, so daß mit einer geringen Kraft der Rollen (32) die Gabeln (31) mit großer Kraft die Verschlußdeckel der Ventile (13) und (14) bewegen und diese damit gegen großen Luftdruck von innen oder von außen öffnen oder schließen können. So kann mit einem sehr großen Luftdruck gearbeitet werden und die Luftdruckdifferenz und damit die Höhe der Pumpkammern vervielfacht und damit deren Zahl verringert werden.
Weiterhin wird durch die wesentlich einfachere Form der Kammern auch deren Herstellung stark vereinfacht.
Die gesamte Patentschrift (Nr. 10 2015 014 911) sowie die Anmeldeschrift der Variante (Nr. 10 2018 001 619.7) sind auf der Internetseite des Patentamtes (dpma.de) abrufbar.
Bei Interesse an diesem Patent bitte e-mail an: