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Bei einer Fischaufstiegsschnecke handelt es sich um ein zylindrisches, unter relativ schwacher Neigung gegenüber der Horizontalen rotierend gelagertes Aufstiegs-Rohr, das längs seiner Innenwandung mit einer Aufstiegs-Schneckenwendel nach Art einer archimedischen Schraube bestückt ist, wodurch zwischen dieser und der Innenwandung eine achsparallele Folge von Kammern gebildet wird. Das Aufstiegsrohr ist bei der Querverbauung eines, gewöhnlich fließenden, Gewässers installiert, mit seinem unteren, offenen Eintrittsende in dessen Unterwasser eintauchend. Bei Verdrehen um seine Längsachse fördert die Aufstiegs-Schneckenwendel mittels der Kammern im Rohrinnern Wasser und darin schwimmende Fische aus dem Unterwasser nach oben, um sie dort ins Oberwasser auszugeben. Das Drehmoment dafür kann von einem stationären Motor geliefert werden; oder von längs der Außenmantelfläche des Aufstiegsrohres herabfließendem Oberwasser, wenn diese Außenmantelfläche mit einer archimedischen Schraube bestückt ist, deren Neigung zu derjenigen im Rohrinnern entgegengesetzt orientiert ist (vgl.
DE 20 2011 108 819 U1 ).
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Anadrome Fische weisen das Bestreben auf, in Fließgewässern gegen deren Strömung anzuschwimmen. Um dieses Bestreben zum Annähern an das Eintrittsende der Fischaufstiegsschnecke zu nutzen und zu fördern, sind an dieser besondere Ausgestaltungen in Gebrauch. Als solche kommt gemäß dem vorerwähnten Gebrauchsmuster in Betracht, im unteren Bereich des Aufstiegsrohres dessen Wandung zu durchbrechen. Hier kann dann Oberwasser, das gegebenenfalls bereits Drehmomenten-Arbeit längs der Abstiegs-Schneckenwendel auf der Rohr-Außenmantelfläche geleistet hat, von außerhalb dieses Aufstiegsrohres zentripetal ins Innere der Fischaufstiegsschnecke übertreten. Weil dort die Schnecken-Kammern bereits mit angehobenem Unterwasser gefüllt sind, fließt dieses übertretende, im Rohrinnern überschüssige Außenwasser längs der freien Stirnflächen der Aufstiegs-Schneckenwendel, also im Wesentlichen koaxial, nach unten und durch das Eintrittsende des Aufstiegsrohres hinaus. Denn die radiale oder Blatt-Höhe der, möglichst spaltfrei, an der Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Aufstiegsrohres befestigten Schnecken-Gewindegänge ist kürzer bemessen, als der Halbmesser des Hohlzylinders, so dass um dessen Drehachse herum ein Freiraum zum Abfließen des überschüssigen Wassers verbleibt. Aus dem Wasseraustritt ins Unterwasser resultiert für Fische im Unterwasser eine Lockströmung zu zielgerichtetem, etwa zentralem Eintreten in das Innere des Rohres mit seiner Aufstiegs-Schneckenwendel.
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Dem natürlichen Instinkt folgend schwimmt somit der anadrom wanderwillige Fisch gegen solche Lockströmung an und tritt dabei unwillkürlich in die unterste, ins Unterwasser eintauchende Schneckenwendel-Kammer ein, um nun mit deren Kammerfüllung im Innern des rotierenden Aufstiegsrohres angehoben und schließlich ins Oberwasser ausgebracht zu werden. Wegen der großvolumigen wassergefüllten, spaltfrei am Rohrinnern befestigten Kammern, in denen die Fische während des Aufstiegs im Wesentlichen in der Eintritts-Schwimmrichtung verbleiben, sind Verletzungsgefahren praktisch ausgeschlossen. So können bei der stromauf gerichteten Fischwanderung Wasserfälle und dergleichen Geländestufen ebenso überwunden werden, wie Stauwehre und Wasserkraftwerke, ohne des Geländes für das Einrichten von herkömmlichen Bypass-Fischtreppen um die Querverbauung seitlich herum zu bedürfen.
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Eine andere Lockströmungs-Gewinnung sieht im Innern des unteren Bereiches des mit der Aufstiegs-Schneckenwendel bestückten Rohres in als solcher bekannter Weise einen zusätzlichen, zweiten Schneckengang vor, wie er in der
DE 1 96 30 263 A1 beschrieben ist. Dadurch wird im unteren Bereich des Rohres mehr Unterwasser aufgenommen und aufwärts gefördert, als beim Ende des kürzeren Schneckenganges von den schon gefüllten Kammern der durchgehenden Aufstiegs-Schneckenwendel übernommen werden kann. Deshalb wird das hier überschüssige Wasser wieder koaxial, als Lockströmung wirkend, aus dem Rohr-Eintrittsende in das Unterwasser zurückgegeben. Allerdings wird die Fertigung infolge der ohnehin schwierigen Montage der Aufstiegs-Schneckenwendel ins Rohrinnere durch den zusätzlichen Einbau eines kürzeren zweiten Schneckenganges noch spürbar aufwändiger. Außerdem wird durch den unterwasserseitig zweiten Schneckenflügel am Aufstiegsrohr-Eintrittsende der den Fischen zur Verfügung stehende, resultierende Eintrittsquerschnitt wesentlich verringert, was je nach der Größe der wanderwilligen Fische die Aufstiegsleistung trotz starker Lockströmung spürbar mindern kann. Außerdem muss die Antriebsleistung für die Rotation des schneckenbestückten Aufstiegsrohres nun für die Fördermenge auch des zusätzlichen Schneckenganges ausgelegt sein; und das selbst dann, wenn im Einzelfall, etwa bedingt durch den Fischbesatz im Unterwasser am Einsatzort, gar kein nennenswerter Fischaufstieg anfällt.
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In Erkenntnis derartiger Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine fertigungs- und betriebstechnisch vorteilhaftere, den örtlichen Gegebenheiten leicht anpassbare aber doch nur optionale Lockströmungs-Gewinnung für eine herkömmliche Fischaufstiegsschnecke zu eröffnen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach ist eine Zusatzeinrichtung zum Generieren einer Lockströmung vorgesehen, die nicht Bestandteil einer Fischaufstiegsschnecke ist, sondern bedarfsweise problemlos koaxial unten vor das Eintrittsende des Aufstiegsrohres mit der herkömmlichen, nicht zum Generieren einer Lockströmung ausgelegten Schneckenwendel montiert, aber – wenn nicht benötigt – auch einfach fortgelassen beziehungsweise erforderlichenfalls auch leicht wieder abgebaut werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung handelt es sich um ein innen schneckenwendelbestücktes hohlkegelstumpfförmiges bis hohlzylindrisches Zusatzrohr. Das Fördervolumen dessen Schneckenkammern ist jedenfalls am unterwasserseitigen Eintritt größer, als das der Aufstiegsschnecke. Das kann über die Bemessung einer konstanten oder variablen Schneckensteigung im Zusatzrohr bewirkt werden. Stattdessen oder zusätzlich kann der Innendurchmesser des Zusatzrohres wenigstens etwas größer sein, als der des zylindrischen Aufstiegsrohres der Fischaufstiegsschnecke, die unterwasser-stirnseitig mit dieser Zusatzeinrichtung bestückbar ist. Ein ringscheibenförmiger, also zentral gelochter Deckel am oberen Ende der Zusatzeinrichtung schließt den Ringspalt zwischen unterschiedlichen Rohrdurchmessern einerseits der Zusatzeinrichtung und andererseits der Fischaufstiegsschnecke, indem der Außendurchmesser dieses Deckels an die obere Stirn des Zusatzrohres anschließt, und dessen Innendurchmesser an die untere Stirn des Aufstiegsrohres.
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In der Querschnittsebene, in der das weitere Rohr der Zusatzeinrichtung abdichtend koaxial mit dem dagegen engeren Rohr der Fischaufstiegsschnecke – wieder demontierbar – verbunden ist, fällt mehr aus dem Unterwasser gefördertes Wasser an, als von den dagegen kleineren Schneckenwendel-Kammern im Aufstiegsrohr übernommen werden kann. Dieses überschüssige Wasser strömt im schon erwähnten Freiraum längs der Drehachse zwischen den Kammern zurück und tritt unten aus der Zusatzeinrichtung als Lockströmung ins Unterwasser aus. Oberhalb der Zusatzeinrichtung gelegen wirkt die Fischaufstiegsschnecke z. B. etwas kleineren Innendurchmessers, verglichen mit demjenigen des Zusatzrohres, also in der Montage-Querschnittsebene zwischen der Fischaufstiegsschnecke und der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung begrenzend auf das vom größeren Kammervolumen der Zusatzeinrichtung aufgenommene und bis hier geförderte Unterwasser.
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Zweckmäßigerweise wird in der Montageebene zwischen dem Zusatzrohr und dem Aufstiegsrohr etwa mittels Markierungen, oder besser noch formschlüssig, sichergestellt, dass der bedarfsweise koaxiale Anbau der Zusatzeinrichtung in einer Rotations-Winkelstellung relativ zur untersten Fischaufstiegsschneckenwendel erfolgt, bei der die Orientierung des Ausgangsflügels am oberen Ende der anzubauenden Zusatz-Schneckenwendel mit der Flügelorientierung am unteren Ende der Fischaufstiegsschnecke übereinstimmt; um den aufwärts geförderten Fischen hier den größtmöglichen Übergangs-Querschnitt zur Verfügung zu stellen.
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Wenn bei einem Durchmesser-Sprung in der Montage-Querschnittsebene zwischen externem Zusatzrohr und Aufstiegsrohr störende Wirbeleffekte auftreten sollten, ist es vorteilhaft, zur Abhilfe den ringscheibenförmigen Deckel zwischen der Fischaufstiegsschnecke und der optionalen Zusatzeinrichtung haubenförmig, insbesondere hohlkegelstumpfförmig auszubilden; gegebenenfalls mit über diese kurze axiale Distanz stetig abnehmender radialer Schneckenwendel-Steghöhe dieses Abschnittes der auf die Innenmantelfläche der Haube montierten Zusatzschneckenwendel. Ein längerer Konus – dann gegebenenfalls sogar unter Verzicht auf einen eintrittseitigen hohlzylindrischen Tubus – fördert das Ausrichten der Schwimmorientierung der aufgenommenen Fische in einem angenähert laminaren Strömungsübergang für das von der anmontierten Zusatzeinrichtung aufgenommene Unterwasser, insoweit das aus der Schneckenwendel der Zusatzeinrichtung in diejenige der Fischaufstiegsschnecke übertritt.
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Die herkömmliche Fischaufstiegsschnecke ist typischerweise eine Stahlkonstruktion mit ins Innere eines Aufstiegsrohres eingeschweißter Aufstiegsschnecke. Das kann auch für die erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung gelten; diese im Vergleich zur Rohrlänge der Fischaufstiegsschnecke kurze Zusatzeinrichtung kann gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt aber auch aus insbesondere faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein, oder aus hochfestem Kunststoff wie dem unter der Marke Robalon vertriebenen Polyethylen. Je nach der Materialpaarung kann die einfache oder mehrgängige Zusatzschneckenwendel in das Zusatzrohr eingeschweißt oder eingeklebt – aber auch konstruktiv montiert, etwa festgeschraubt – werden. Die Montage wird vereinfacht, wenn das Zusatzrohr wenigstens zweischalig achsparallel geteilt ist; so dass Zusatzschneckenwendeln nach Einsenken in einen Trog für die Montage zugänglich bleiben. Auch ist dann eine Schutzbeschichtung leichter auf die Innenmantelfläche und die Schneckenwendel des Zusatzrohres aufzubringen. Der so bestückte Trog wird schließlich mittels (wenigstens) eines weiteren, aufgestülpten Troges form-, kraft- oder stoffschlüssig sargähnlich verschlossen. Ein hohlkegelstumpfförmiges oberes Ende des Zusatzrohres kann ein- oder mehrteilig gesondert schneckenbestückt und auf das Zusatzrohr montiert werden; oder dessen Rohrtröge erstrecken sich bis auf diese Verjüngung.
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Parameter für die Intensität der durch die Zusatzeinrichtung bewirkten Lockströmung ist vor allem das Fördervolumen der Zusatzeinrichtung aufgrund deren Eintritts-Durchmessers sowie der Steigungsauslegung ihrer Zusatzschneckenwendel(n), beide im Vergleich zu den entsprechenden Gegebenheiten bei der mit der Zusatzeinrichtung koaxial zu bestückenden Fischaufstiegsschnecke. Je länger die Zusatzeinrichtung ist, und je geringer die Neigung deren verjüngten oberen, an das Aufstiegsrohr anzuschließenden Bereiches gegenüber der Drehachse ist, desto ungestörter erfolgt der Übergang der Fische aus dem Unterwasser durch die Lockströmungs-Zusatzeinrichtung in die eigentliche Aufstiegsschnecke.
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Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung von deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines etwa maßstabsgerecht verkleinert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispieles zur Erfindung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in Draufsicht eine geöffnete erfindungsgemäße, optionale Zusatzeinrichtung in der Auslegung als hohlzylindrisches Zusatzrohr, das mittels einer hohlkegelstumpfförmigen Deckel-Haube (diese im Axial-Längsschnitt) unten vor eine in abgebrochener Seitenansicht angedeutete Fischaufstiegsschnecke montierbar ist.
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Die besagte Fischaufstiegsschnecke
11 besteht aus einem hohlzylindrischen Aufstiegsrohr
12, an dessen Innenmantelfläche eine Aufstiegs-Schneckenwendel nach Art einer archimedischen Schraube möglichst spaltfrei montiert ist (nicht dargestellt, vgl. aber Position
17). Abgesehen von einem oberwasserseitigen Lager, in der Nähe einer radialen Fischausgabe-Öffnung und des koaxial angeflanschten Getriebes eines Antriebsmotors, kann die Aufstiegsschnecke etwa gemäß
EP 1 930 597 A2 im Unterwasser gelagert sein; vorteilhafter aber oberhalb dessen Wasserspiegels etwa an einer Traverse ähnlich
DE 20 2010 017 803 U1 oder in einer Riemenschlaufe, wie es aus der
DE-AS 1 960 605 bekannt ist.
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Koaxial vor das untere oder Eintritts-Ende 13 der Fischaufstiegsschnecke 11, also der Gesamtheit aus Aufstiegsrohr 12 und in dieses hinein gebauter Aufstiegs-Schneckenwendel, ist eine davon unabhängige, lockstromerzeugende Zusatzeinrichtung 14 montierbar. Diese weist im Wesentlichen ein, in diesem Beispiel ebenfalls hohlzylindrisches, Zusatzrohr 15 auf, mit achsparallel längs seiner Innenmatelfläche 16 praktisch spaltfrei montierter Zusatzschneckenwendel 17. Das Zusatzrohr 15 weist bei diesem Realisierungsbeispiel einen in der Größenordnung von typisch um 15% größeren Durchmesser auf, als das Aufstiegsrohr 12. Diese Beispielsangabe ist aber nicht schutzbegrenzend. Je nach den örtlichen, insbesondere unterwasserseitigen Gegebenheiten kann die Länge der Zusatzeinrichtung 14 unabhängig von derjenigen der Fischaufstiegsschnecke 11 variieren. Je größer das durchmesser- und steigungsabhängige Fördervolumen der ein- oder mehrgängigen Zusatzschneckenwendel 17 im Vergleich zur Übernahmekapazität der Fischaufstiegsschnecke 11 ist, desto mehr Wasser strömt im Wesentlichen zentral durch die Zusatzeinrichtung 14 zurück, um dann als koaxiale Lockströmung ins Unterwasser auszutreten.
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Der Durchmesserangleichung unter der Montage-Querschnittsebene 18 zwischen dem Zusatzrohr 15 und dem Aufstiegsrohr 12 dagegen kleineren Durchmessers dient bei diesem Ausführungsbeispiel der haubenartige, hohlkegelstumpfförmig gebogene, tiefgezogene oder kunststoffgespritzte Deckel 19. An dessen zentralen Innendurchmesser 20 ist das Eintrittsende 13 des Aufstiegsrohres 12, möglichst wasserdicht, angeschlossen, und in axialer Verlängerung an den Hauben-Außendurchmesser 21 das Zusatzrohr 15. Dessen (wenigstens eingängige) Zusatzschneckenwendel 17 erstreckt sich in den Hauben-Deckel 18 hinein bis vor die Montage-Querschnittsebene 18 zum Aufstiegsrohr 12.
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Für eine problemlose Montage und Demontage der Zusatzeinrichtung 14 sind diese und das Aufstiegsrohr 12 in der Montage-Querschnittsebene 18 mit Befestigungsmitteln, wie etwa den skizzierten, rippenförmig umlaufenden Kragen 22 möglichst übereinstimmender Innendurchmesser, ausgestaltet. Längs dieser können die Fischaufstiegsschnecke 11 und die Zusatzeinrichtung 14, problemlos wieder demontierbar, achsparallel miteinander verbunden, insbesondere verschraubt werden.
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Gleichartige kragenförmig umlaufende Rippen 23 können dem austauschbaren Zusammenbau des Zusatzrohres 15 mit seinem haubenförmigen Deckel 19 dienen (insoweit die nicht einstückig ausgebildet sind), über welchen ein Anpassen der Durchmesser 21/20 des Zusatzrohres 15 und des Aufstiegsrohres 12 aneinander erfolgt, wie aus der Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung ist auch berücksichtigt, dass der obere Bereich 24 der Zusatzschneckenwendel 17 dann der Querschnittsebene 18 axial gegenüber bei den umlaufenden Rippen 23, vorzugsweise ohne Sprung in der Wendelsteigung, axial getrennt ist, um einen separaten Deckel 19 zum Anpassen an die beiderseitigen Rohr-Innendurchmesser leicht austauschen zu können.
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Zeichnerisch ist außerdem dargestellt, dass es zweckmäßig ist, zumindest das Zusatzrohr 15 der Zusatzeinrichtung 14 achsparallel getrennt wenigstens zweischalig auszuführen. Das ermöglicht es, die vorgefertigte Zusatzschneckenwendel 17 in eine untere, nach oben offene Schale 26 einzusenken und stoffschlüssig, etwa durch Schweißen oder Kleben, möglichst spaltfrei auf der Innenmantelfläche 16 dieser Schale 26 zu befestigen; woraufhin die andere(n) Schale(n) 26 zum Komplettieren des Zusatzrohres 15 achsparallel aufgelegt und mit der bestückten unteren Schale 26 sowie gegebenenfalls untereinander verbunden, etwa entlang den Schalenrändern 27 stumpf verschweißt oder verklebt werden können – was wesentlich unproblematischer durchführbar ist, als der axiale Einbau in ein rundum geschlossenes Zusatzrohr. Für diesen Zusammenbau können auch, wie skizziert, längs der Schalenränder 27 rippenförmig zentrifugal abgekantete, im Vergleich zum Rohrdurchmesser sehr schmale, achsparallele Stege 28 tangential bezüglich des Zusatzrohres 15 miteinander kraft-, stoff- oder formschlüssig, insbesondere verschweißt, verklebt, vernietet oder vorzugsweise verschraubt, werden.
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Da bei Vorliegen eines Zusatzrohres 15 der hohlkegelstumpfförmig-haubenförmige Deckel 19 zur Durchmesseranpassung zwischen den beiderseitigen Rohren 12–15 mit einander benachbart unterschiedlichen Innendurchmessern vergleichsweise kurz sein kann, ist hier die koaxiale Montage des abgetrennten oberen Bereiches 24 der Zusatzschneckenwendel 17 in die wie dargestellt geschlossene Haube 19 unproblematisch; zumal durch die etwa konische Verjüngung deren Innendurchmessers eine definierte axiale Positionierung dieses Bereiches 24 der Zusatzschneckenwendel 17 während seiner Befestigung an der Innenmantelfläche erfolgt.
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Um also die Effizienz beliebig gegebener, herkömmlicher Fischaufstiegsschnecken 11 durch Bemessen einer den lokalen Gegebenheiten angepassten, ins Unterwasser auszugebenden Lockströmung gezielt und nachweisbar zu steigern, ist erfindungsgemäß eine separate, autonome Zusatzeinrichtung 14 vorgesehen, die bedarfsweise unter eine beliebige Fischaufstiegsschnecke 11 montiert und von ihr auch problemlos etwa zum Austausch wieder demontiert werden kann, die also kein Bestandteil der Fischaufstiegsschnecke 11 selbst ist. Dafür ist ein hohlzylindrisches oder hohlkegelstumpfförmiges Zusatzrohr 15 auf seiner Innenmantelfläche 16 mit einer wenigstens eingängigen, bei Rotation des Zusatzrohres 15 geschöpftes Unterwasser hebenden, Zusatzschneckenwendel 17 bestückt; und im Falle einander benachbart unterschiedlicher Rohrdurchmesser ist das Zusatzrohr 15 bei seinem oberen Stirnende mittels eines zentral gelochten, insbesondere haubenförmigen Deckels 19 versehen, dessen größerer Außendurchmesser 21 an das Stirnende des Zusatzrohres 15 anschließt. Jedenfalls der Deckel-Innendurchmesser 20 ist mit konstruktiven Hilfsmitteln wie einem umlaufenden Kragen 22 zu auch wieder demontierbarem Anschluss unter das Eintrittsende 13 der Fischhebeschnecke 11 ausgestattet. Der die Außen- und Innendurchmesser 21–20 einander angleichende, zentral gelochte Deckel 19 kann als flache Lochscheibe, vorzugsweise aber haubenförmig als Hohlkegelstumpf ausgebildet sein, über dessen axiale Länge die Strömungsverhältnisse am Übergang aus dem Zusatzrohr 15 der Zusatzeinrichtung 14 in das Aufstiegsrohr 12 der Fischaufstiegsschnecke 11 beeinflussbar sind; wobei dieser haubenförmige Deckel 19 auch zu einem konischen Zusatzrohr 15 axial verlängert sein kann. Wesentlicher Parameter für die Intensität der von der Zusatzeinrichtung 14 generierten Lockströmung ist die gegenüber derjenigen der Fischaufstiegsschnecke 11 größere Förderkapazität der Zusatzeinrichtung 14, bedingt durch größeren eintrittseitigen Rohrdurchmesser und/oder durch steilere Schneckensteigung(en) innerhalb der Zusatzeinrichtung 14, im Vergleich zu den entsprechenden Gegebenheiten in der darüber zu montierenden Fischaufstiegsschnecke 11.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Fischaufstiegsschnecke
- 12
- Aufstiegsrohr (von 11)
- 13
- Eintrittsende (von 11/12)
- 14
- Zusatzeinrichtung (zu 11)
- 15
- Zusatzrohr (von 14)
- 16
- Innenmantelfläche (von 15)
- 17
- Zusatzschneckenwendel (auf 16)
- 18
- Montage-Querschnittsebene (von 14–11)
- 19
- (zentral gelochter) Deckel (auf 15, bei 18)
- 20
- Innendurchmesser (von 19)
- 21
- Außendurchmesser (von 19)
- 22
- Kragen (an 15 bei 18)
- 23
- Rippe (an 12 bei 18)
- 24
- oberer Bereich (von 17 beziehungsweise 15)
- 25
- Innenmantelfläche (von hohlkegelstumpfförmigem 19)
- 26
- Schale (von 15)
- 27
- Seitenrand (achsparallel, von 26)
- 28
- Steg (längs 27)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011108819 U1 [0001]
- DE 19630263 A1 [0004]
- EP 1930597 A2 [0014]
- DE 202010017803 U1 [0014]
- DE 1960605 [0014]
