DE8434320U1 - Druckflaechen-transmissions-kraftvorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwalt

Uli

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Dipl.-lng. Th. Hoefer

Vei'j'dtjr-Nr-: r 10 3 713

Diess.Akt.Z.t 5425/84

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4800 Bleiefeld 1, den

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Zugelassener Vertreter beim Europäischen Patentamt Prof. Representative before the European Patent Office Mandslalro agree pres !'Office european des brovets

Herr Ferdinand Klute,·Fixberg.6, 479o Paderborn

Druckflächen-Tra.nsmiss ions-Kraftvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckflächen-Transmissions-Kra,ftvorrichtung zurv^Nutzbarmachurig «der natürlichen Strömungsgefälle von Wasser- und Windmengen.

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Eine solche Vorrichtung dient in erster Linie der Nutzbarmachung des in der Natur vorhandenen Strömungsgefälles bei Flur-Gezeiten, Flüssen und geringvolumigen Stauseen. Wasserkraftanlagen sind in verschiedenen Ausführungen, z.B. als Turbinen oder als Wassermühlen, bekannt. Hierbei hat sich in der Praxis gezeigt, daß beim wirtschaftlichen Einsatz von Turbinen ein Druckgefälle von 1om und mehr erforderlich ist, was die Installation von langen und großen Zubringerrohrleitungen bedingt. Die Verlegung solcher Zubringerrohrleitungen ist besonders kostspielig in gebirgigem Erdreich.

Es ist bereits vorgeschlagen ein- oder mehrere gleichartige, parallel angeordnete, nach oben offene Kanäle mit jeweils rechteckigem Querschnitt vorzusehen; dabei sind in jedem Kanal zwei mit einer Hauptwelle verbundene, als Antriebe wirkende, rechteckige, in Querschnittsebenen des Kanals sich erstreckende Druckplatten in Strömungsrichtung geradlinig verschiebbar angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Kraftvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die zwischen einer seitlichen Verkleidung angeordneten Druckplatten auch bei erhöhter Zugkraft des abfließenden Mediums oder unterschiedlicher Beaufschlagung des zufließenden Mediums sich nicht verkeilen (verklemmen) können.

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Diese Aufgabe wird erfiridungsgemäß bei einer Druckflächen-Transmissions-Kraftvorrichtung mit mehreren, in einem Kanal angeordneter, als Antriebe wirkender rechteckiger, in Querschnittsebenen des Kanals sich erstreckender Druckflächen wie Druckplatten, die in Flußrichtung geradlinig verschiebbare mit einer Hauptwelle und endlosen seitlichen Ketten gekuppelt sind, wobei die Druckplatten jeweils von Seitenblechen und deren diagonalen Streben gehalten sind, deren seitlich vorstehende obere Zapfen mit den Ketten verbunden und deren seitlich vorstehende untere Zapfen in seitlichen Führungsnuten geführt sind, dadurch gelöst, daß die Seitenbleche trapezförmig ausgebildet sind, wobei deren lange Seite stromaufwärts gewendet die Druckplatte hält und der obere Zapfen jeweils in der oberen Ecke der benachbarten langen Seite des trapezförmigen Seitenbleches und der untere Zapfen jeweils in der unteren Ecke der kurzen, stromabwärts gewendeten Seite des trapezförmigen Seitenbleches befestigt ist.

■" Bei einer solchen Anlage werden die strömenden Wasser-

mengen gestaut, so daß infolgedessen Staudrucke jede Druckplatte in Fließrichtung verschoben wird, die wiederum über Gliederketten und treibende Zahnräder eine Hauptwelle antreibt. Die Kraftvorrichtung eignet sich insbesondere für den Einsatz in Flüssen und Gezeitenzonen an den Küsten.

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Jeweils ein Kanal, durch den die Strömungsmengen geleitet werden, nimmt beispielsweise zwei stark strukturierte Druckflächen auf, die in sich eben und rechteckig sind und von den Strömungsmengen in die gleiche Richtung gedrückt werden. Um größere Wassermengen in Energie umzusetzen, werden vorzugsweise entsprechend mehrere Kanäle parallel, auf gleicher Ebene liegend, zu einer Kraftvorrichtung Γ vereint.

Im folgenden wird ein Kanal mit zwei Druckflächen in Form von Druckplatten beschrieben, die sich jeweils in einer Kanalhälfte befinden. Die Druckfläche jeder Kanalhälfte erstreckt sich in Querrichtung der Strömung jeweils fast über die gesamte Kanalbreite. Diese rechteckige Druckplatte ist in dem Kanal in Strömungsrichtung geradlinig verschiebbar angeordnet, so daß die konventionell erforderliche energiehemmende Richtungsänderung der Strömungsmassen vermieden wird« Die Druckplatte besteht aus einem rechteckig geformten Stahlprofil-ν rahmen, dessen zwei seitliche Bleche jeweils trapezförmig ausgebildet sind. Die Druckfläche ist somit seitlich und zur Druckseite hin mit profilierten Stahlblechen auch als Boden und Abdeckung verkleidet. Aus der Natur der Trapezform heraus neigt sich somit die eigentliche Druckfläche nicht zur druckabgewandten Seite (stromabwärts) hin, sondern steht immer senkrecht.

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Die Druckplatten können sich mit ihren vorstehenden Zapfen bei hoher Schubkraft des abfließenden Mediums nicht verkeilen oder verklemmen. Die Druckplatte ist an ihren beiden Seiten über die trapezförmigen Seitenbleche und deren von Seitenblech zu Seitenblech führenden inneren Streben oberhalb der Wasseroberfläche mit zv/ei seitlichen Gliederketten verbunden.

/~v Dazu dienen von den Seitenblechen an deren Außenseiten rechtwinklig abstehende obere Zapfen, die Teile der Gliederketten sind. An dem unteren stromabwärtsgerichteten Ende des Seitenbleches befindet sich zur Druckseite hin nach außen abstehend ein unterer Zapfen, der auf Rollen gelagert und mit diesen in etwa kettenartigen Führungsnuten geführt sind/ die sich in den Seitenwänden des Kanals befinden. Die Führungsnuten sind so ausgebildet, daß sie dem Verlauf der Gliederketten entsprechen, so daß im betrieblichen Zustand die/Öewegungen der oberen und unteren Zapfen koordiniert sind. Die Druckplatten als Druckfläche wird also an ihrem unteren Ende in den Führungsnuten geführt

C) und an ihrem oberen Ende von den Gliederketten gehalten, und zwar durch die Trapezform der Seitenbleche bzw. deren Streben derart vorteilhaft, daß ein Verkeilen oder Verklemmen der Druckfläche wie Druckplatte nicht auftritt.

Bei einer derartigen trapezförmigen Ausbildung der Seitenbleche ist es gegeben, daß die Führungsnuten mit ihren endseitigen Halbkeisen gegenüber

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endseitigen Halbkreisen der endlosen Ketten stromabwärts verschoben gelagert sind wobei der Abstand der Halbkreise der Führungsnuten gegenüber den Halbkreisen der endlosen Ketten dem rechtwinkligen Abstande des unteren Zapfens von dem oberen Zapfen an dem Seitenblech entspricht.

In der vorderen bzw. hinteren Längshälfte des einzelnen Kanals ist eine Druckplatte so angeordnet, daß sie am Anfang der Laufstrecke in die Strömung eintaucht, somit den Strömungsdruck derselben zurückweichend aufnimmt und dadurch Bewegungsenergie liefert. Anschließend hebt sie sich am Ende der Laufstrecke aus der Strömung heraus und wandert oberhalb derselben zur Ausgangsstellung zurück. Beim Auftauchen der Druckplatte am Ende der vorderen Kanalhälfte taucht gleichzeitig die Druckplatte am Anfang der hinteren Längshälfte ein und wird nunmehr von den freigegebenen Strömungsmengen aus der vorderen Längshälfte weiter in Flußrichtung bis zum Ende der hinteren Längshälfte des ' Kanals gedrückt. Während dieses Vorganges wird dieOruckplahte in der ersten Längshälfte oberhalb der Wasseroberfläche durch beschriebene Vorrichtungen zum Ausgangspunkt zurückbefördert. Zur gleichen Zeit taucht nun die Druckplatte am Ende der hinteren Längshälfte auf, Y/ährend. d,ie erstere, die sich am Anfang in der vorderen Längshälfte des Kanals befindet, eintaucht. Nun fließen die Strömungsmässen aus beiden

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Kanalhälften ab. Dieser Vorgang findet während des Betriebes in allen Kanälen abwechselnd statt, jedoch nach bestimmten Intervallen, so daß gewisse jeweilige ganz kurz auftretende Nullenergie-Stellungen beim Aus- bzw. Eintauchen zweier Druckplatten von den anderen überbrückt werden, die S-¹Ch im eingetauchten Zustand in den Nacnbarkanälen befinden.

Das Ein- bzw. Auftauchen der Druckplatten nach bestimmten betriebsbedingten Intervallen geschieht, damit eine fortdauernde, sich selbst unterhaltene und ausgeglichene Rotation der Hauptwelle gewährleistet ist. Das ist die Voraussetzung für eine gleichbleibende Energieabgabe seitens der Hauptwelle über ein Schaltgetriebe an ein Aggregat. Mit der Schaltung des Getriebes hat man die Möglichkeit, die Geschwindigkeiten der Strömungsmengen in dem Verbund mit den Druckplatten zu reduzieren, um den Wasserspiegel zu erhöhen, so daß ein Stau entsteht. Bei witterungsbedingtem Anfall großer St röftungsir.engen wird man diese durch entsprechende Stufenschaltungen so regulieren, daß die gewünschte Höhe des Wasserspiegels erhalten bleibt.

Die Druckplattenhöhe und die Durchmesser der Umlenkräder sollten doppelt so groß sein wie die normale Tiefe der Strömungs-Wassetmassen, um den Stau zu ermöglichen. Der Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel vor der Druckplatte und hinter derselben entspricht de« Strömungsdruck. Während des Betriebes halten die Drückplatten in allen Kanälen

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die gesaraten Strömüngsmengen in jeder Zeit unter Kontrolle.

Im unteren Viertel der Druckplatte können aus zwei Rohrstutzen bestehende Saugvorrichtüngen angeordnet sein. Durch dieselben pressen sich Teile der Strömungsmengen hindurch; sie weisen düsenförmige Einschnürungen auf, so daß in dem Raum hinter der Druckplatte ein statischer Unterdruck auftritt, weil die überfließenden und beidseitig sowie unterhalb vorbeifließenden Wasserströmungsmissen den Raum hinter der Druckplatte vom normalen statischen Luftdruck abschirmen. Durch dieses^ abgeschirmte Luftkissen mit statischem Unterdruck gegenüber dem normalen statischen Druck in der äußeren Umgebung des Luftkissens wird der atmosphärische Widerstandsdruck hinter der Druckplatte verringert und die Schubkräfte der Strömungsmassen werden proportional erhöht. Um jedoch einen kontrollierten Unterdruck zu erreichen, müßten steuerbare Differenzausgleichsventile an den Druckplatten angeordnet werden.

Die Oberteile der Streben der Seitenbleche der Druckplatten sind mit den umlaufenden endlosen Gliederketten verbunden. Vorteilhaft würden dabei evtl. in Abständen einzubauende größere Kettenzylinder das Eigengewicht der Ketten und Druckplatten wegen der geringeren Reibung übernehmen. Diese wirkt sich besonders bei langen Laufstrecken aus, die zwischen den Ein- bzw. Auftauchpunkten der einzelnen Druckplatten im betrieblichen Zustand entstehen. Die oberen Nischenumlaufführungen für die Gliederketten und die unteren Führungsnuten für die Zapfen bzw. Rollen sindfLn allen Kanälen kongruent, nur sind

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die letzteren konstrüktionsbedingt stromabwärts versetzt.

Während die Druckplatten über die oberen Querstreben der Seitenbleche die Gliederketten im betrieblichen Zustand stromabwärts drücken und somit über die Umlenkräder der Hauptwelle Energie liefern, übernehmen die seitlichen unteren Zapfen mit ihren in den Führungsnuten gelagerten Rollen die Umlauf führungen im unteren Bereich der Druckplatten.

Die Längen zwischen den seitlichen Zapfen der Seitenbleche der Druckplatten sind länger als die senkrechte Mittellinie der trapezförmigen Seitenbleche. Die Druckflächen sind auf ihren waagerechten Wegstrecken einmal oben mit den Kettengliedern verbunden und zum anderen unten auf Rollen gelagert, die niemals durch den Druck der Strömungsmengen den senkrechten Punkt unterhalb der Gliederkettenverbindungen erreichen. Dieses ist die Voraussetzung dafür, daß die Druckplatten im Zusammenwirken mit den Nischenführungen und den Gliederketten im betrieblichen Zustand den Wasserdruck zurückweichend aufnehmen, wobei sich der Strömungsarxtck über die Druckplatten unten auf die Rollen undbben auf die Gliederketten verlagert.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

aus vier parallelen Kanälen bestehenden ^ Einheit;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 durch einen Kanal;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Druckplatte mit den beiden Seitenblechen;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch dieselbe Druckplatte entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 3.

Eine erfindungsgemäße Kraftvorrichtung weist beispielsweise vier parallele, oben offene Kanäle mit gleichen rechteckigen Querschnitten auf. In der Mitte aller Kanäle 1o ist quer zur Strömungsrichtung eine gemeinsame Hauptwelle 11 gelagert. Jede Seitenwand eines Kanals 1o enthält an der Innenseite eine Ausnehmung., in der ein mit der Hauptwelle 11 fest verbundenes angetriebenes Zahnrad drehbar gelagert ist. In der Ausnehmung einer Kanal-

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seite ist auf jeder Kanalhälfte eine endlose Gliederkette 13 umlaufend angeordnet, die auf ein mit einem angetriebenen Zahnrad 12 der Hauptwelle 11 im Eingriff befindliches treibendes Zahnrad 14 und auf ein am Ende des Kanals 1o gelagertes Umlenkrad 15 gespannt ist.

Jeder Kanal 1o enthält zwei parallel zur Hauptwelle

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11 gerichtete/Druckplatten 16, die jeweils mit seitlich abstehenden waagerechten oberen Zapfen 17 und unteren Zapfen 18 seitlich geführt ist. Die Oberen Zapfen 17 stehen in zwei Ebenen rechtwinklig von trapezförmigen Seitenblechen 19 an der Außenseite vor., welche die Druckplatte 16 seitlich begrenzen. Sie sind Teile der endlosen Giederkette 13, die an den Seitenwänden auf die als Umlenkräder 14,15 wirkenden treibenden Zahnräder 14 und weitere Umlenkräder 2o gespannt sind. Dabei bewegen sich die Trume der Gliederketten 13 parallel zur Strömung, wobei der untere Teil (Untertrum) jeder Gliederkette sich in Strömungsrichtung und der obere Teil (Obertrum) entgegen der Strömungsrichtung bewegt. Die in der ersten und die in der zweiten Kanalhälfte angeordneten Gliederketten 13 befinden sich in derselben Höhe? die waagerechten Achsen aller treibenden Zahnräder 14, Umlenkräder 15,2o, angetriebenen Zahnräder 12 und der Hauptwelle 11 haben also denselben Abstand vom Boden des jeweiligen Kanals 1o.

In den unteren Bereichen jedes Kanals 1o sind in den Seitenwänden Führungsnuten 21 angeordnet., wobei jede Führungsnut 21 der darüber befindlichen Führungsnut der Gliederkette 13 entspricht. In den Führungsnuten 21

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sind die von den Seitenblechen 19 rechtwinklig abstehenden unteren Zapfen 18 über Rollen gelagert, so daß hier eine untere Führung der Druckplatten 16 während deren Bewegung in Strömungsrichtung erfolgt. Der obere Zapfen 17 lagert jeweils in der rückseitigen oberen Ecke der trapezförmigen Seitenbleche 19 während der untere Zapfen 18 nicht senkrecht unter dem oberen Zapfen 17, sondern Γ diagonal dazu in der ■«■■■■■fseitigen Ecke des

Seitenblechs 19 vorsteht, so daß die gedachte Verbindungslinie zwischen dem unteren Zapfen 18 und dem oberen Zapfen 17 gegenüber der Senkrechten geneigt (diagonal) angeordnet^ ist.

Die Druckplatte 16 ist jeweils an der längeren Stirnseite der beiden, einen einseitig dadurch geschlossenen Kasten bildenden Seitenwänden (Seitenbleche 19) befestigt, so daß der Strömungsdruck (Druckkräfte der Strömungsmedien s. Pfeilrichtung) rechtwinklig auf die senkrecht stehende Außenseite (Vorderseite) jeder Druckplatte 16 auftrifft und somit dieselbe genau in Flußrichtung drückt. Durch die diagonale Anordnung der

vorstehenden Zapfen 17,18 an den Seitenblechen 19,

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wobei sich die oberen Zapfen,'um ca. 25° weniger

in Flußrichtung neigen als die unteren Zapfen 18, ist eine proportionelle Schub- und Zugkraft gewährleistet. Eine Verkeilung der genannten Zapfen 17,18 gegeneinander wird auch bei erhöhter Zugkraft vermieden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der vorstehenden Zapfen 17,18 in einer Diagonalen ist es nötwendig, die endöeitigen Halbkreise 21a

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der Führungsnuten 21 in Flußrichtung zu verlagern. Wie Fig. 2 zeigt, sind diese Halbkreise 21a um denselben Abstand gegenüber den darüber angeordneten Halbkreisen 27a der Ketten 13 stromabwärts versetzt, wie der seitliche Abstand des unteren Zapfens 18 gegenüber dem oberen Zapfen 17. Dieses Versetzen gewährleistet die senkrechte Stellung der Druck- Ks platten 16 gegenüber der Flußrichtung im betrieb

lichen und außerbetrieblichen Zustand.

An der Oberkante der Druckplatte 16 schließt sich eine rechtwinklig dazu stehende Wand 22 an, durch die im Ausführungsbeispiel zwei senkrechte Rohrstutzen 23 hindurch verlaufen, um den hinter der Druckplatte 16 befindlichen Raum zu ent- oder belüften. Die Druckplatte 16 selbst weist zwei Saugvorrichtungen auf, die jeweils aus zwei waagerechten Rohrstutzen 24 und 25 bestehen. Der Rohrstutzen 24 erstreckt sich von der Vorderseite der (\ Druckplatte 16 und mündet durch die durch*gehende

Bohrung der Druckplatte* im ersten Viertel des Rohrstutzens 25 hinter der Druckseite, so daß durch ihn die Vorderseite der Druckplatte und die Rückseite der Druckplatte miteinander verbunden sind, über den Rohrstutzen 24 ist jeweils der waagerechte Rohrstutzen 25 mit größerem Durchmesser auf geringer Länge aufgesteckt und von Streben 26 an der Druckplatte 16 gehalten, so daß sich zwischen der äußeren Oberfläche des Rohrstutzens 24 und. der inneren Oberfläche des Rohrstutzens 25 ein Ringraum ergibt, durch den beim Dürchst?8me^HS^Wcn^gä§H^diüm

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Rohrstutzen 24 hindurch das an der Rückseite der Druckplatte 16 befindliche Luftpolster angesaugt wird.

Die Rohrstutzen 24 sind an ihren innerhalb der Rohrstutzen 25 befindlichen Enden nach innen ringförmig umgebördelt, so daß sich hier eine Einschnürung befindet. Diese Einschnürungen verursachen beim Durchfluß der Strömungsmengen Wirbel, die von den Hauptdurchflußmengen an die Innenwandungen der Rohrstutzen 25 geworfen werden und somit einen statischen Unterdruck (Zugkraft) hinter der Druckplatte erzeugen.

Durch die "tromaufwärtsseitige Lage der oberen Zapfen 17 um. ca. 23-25° gegenüber der senkrechten Linie der Seitenbleche 1S und deren stromabwärtsseitige Lagerung der unteren Zapfen 18 wird eine Verkeilung vorgenannter Zapfen 17,18 vermieden., auch wenn die Zugkraft, die von der Hauptwelle 11 über die Gliederketten 13 von den Druckplatten 16 gefordert wird, größer ist als die Schubkraft des Mediums.

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Claims (8)

Schutzansprüche

1. Druckflächen-Transmissions-Kraf tvorrichtung mit zwei oder mehreren, in einem Kanal angeordnete, als Antriebe wirkende, rechteckige, in Querschnittsebenen des Kanals sich erstreckende Druckflächen wie Druckplatten, die in Flußrichtung geradlinig verschiebbare mit einer Hauptwelle und jeweils zwei endlosen seitlichen Ketten gekuppelt sind, wobei die Druckplatten jeweils von Seitenblechen gehalten sind, deren seitlich vorstehende obere Sapfe.ii mit den Ketten verbunden und deren seitlich vorstehende untere Zapfen in seitlichen Führungsnuten geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (19) trapezförmig ausgebildet sind, wobei deren lange Seite stromaufwärts gewendet die Druckplatte (16) hält und der obere Zapfen (17) in der oberen Ecke der benachbarten langen Seite des trapezförmigen Seitenbleches (19) und der untere Zapfen (18) jeweils in der unteren Ecke der kurzen, stromabwärts gewendeten Seite des trape-zförmigen Seitenbleches (19) befestigt ist.

2, Druckflächen-Transmissions-Kraftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (21) mit ihren endseitigen Halbkreisen (21a) gegenüber endseitigen Halbkreisen (27a.) der endlosen Ketten^stromabwärts Verschoben gelagert sind.

3. Kraftvorrichtung' nach den Ansprüchen 1 oder 2, da^ durch gekennzeichnet, daß der Abstand der Halbkreise (21a) der Führüngsnüten (21) gegenüber den Halbkreisen; der'ienulüsen Ketten

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(13) dem rechtwinkligen Abstande des unteren Zapfens (18) von dem oberen Zapfen (17) entspricht.

4. Kraftvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis ?, da-ΐ durch gekennzeichnet, daß die gedachte Linie

f zwischen den Zapfen (17) und (18) langer ist als

die senkrechte Mittellinie eines Seitenbleches (19) und diese gedachte Linie zwischen den Zapfen (17/18) obenseitig stromaufwärts geneigt ist.

5. Kraftvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckplatte (16 ) im unteren Teil mindestens eine durchgehende Bohrung aufweistf an der sidi an der von dem strömenden Medium abgewandten rückseitigen Oberfläche senkrecht dazu stehende Rohrstutzen (24,25) einer Saugvorrichtung anschließen.

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6. Kraftvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- f\ durch gekennzeichnet, daß sich im oberen Bereich der Druckplatte (16) eine zwischen den Seitenblechen (19) angeordnete senkrecht dazu stehende Wand (2?) anschließt, wobei ein unterhalb der Wand (22) freier und von der rückseitigen Oberfläche der Druckplatte (16) begrenzter Raum über als Ausgleichsventile wirkende, durch Bohrungen der Wand (22) hindurch parallel zur Druckplatte (16) verlaufende Bohrstutzen (23) mit der Außenseite verbunden ist.

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7, Kraftvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die allen Kanälen gemeinsame Hauptwelle (11) sich in der Mitte jedes Kanals (1o) quer zur Strömungsrichtung erstreckt, an der befestigte angetriebene Zahnräder (12) sich mit als Umlenkräder der Gliederketten (13) wirkenden treibenden Zahnrädern (14) im Eingriff stehen.

8. Kraftvorrxchtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinien der Mittelpunkte einander entsprechender treibender Zahnräder (14) und einander entsprechender Umlenkräder (15,2o) der Glieder ketten (13) beider Seiten jedes Kanals (1o) mit der Achse der Hauptwelle (11) auf einer Höhe liegen.