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Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Aufständerung
von Solarmodulen, mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und
verankerten Pfosten und mit wenigstens einem, etwa parallel zu der
Pfostenreihe verlaufenden Längsträgern.
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Eine
solche Konstruktion ist dem
deutschen Gebrauchsmuster 203 03 257 U1 zu
entnehmen. Dort wird entlang einer Pfostenreihe ein einziger Längsträger mit
einem Leitplankenprofil befestigt, dessen Flachseite gegenüber der
Horizontalen geneigt verläuft.
Die Rahmen der Solarmodule liegen etwa im Bereich ihres Schwerpunktes
auf der flächigen
Oberseite dieses einzigen Längsträgers auf
und sind dort befestigt. Zwar handelt es sich hierbei um eine besonders
einfache Konstruktion, auch können alle
Solarmodule unabhängig
von ihren Abmessungen auf diese Art festgelegt werden. Allerdings
werden die Solarmodule jeweils nur im Bereich ihres Schwerpunktes
abgestützt
und weder an ihren überstehenden
Ober- und Unterkanten. Infolge der starken Windlast bei Sturmböen können sich
daher starke Drehmomente ergeben, welche an den Befestigungsmitteln
extreme Kräfte
hervorrufen und die Solarmodule sogar aus ihren Verankerungen reißen können. Diese
Befestigungstechnik ist daher – insbesondere
hinsichtlich der Windlast – nicht
sicher genug.
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Eine ähnliche
Anordnung zeigt die
deutsche Gebrauchsmusterschrift
203 19 065 U1 , mit dem substantiellen Unterschied, dass
hier zwischen dem an Pfosten fixierten Längsträger und den Solarmodulen Querträger angeordnet
sind. Auch die Stabilität dieser
Anordnung läßt jedoch
zu wünschen übrig; denn
die Enden der Querträger
sind untereinander nicht verbunden, so dass sie sich bei starker
Windbelastung gegeneinander bewegen können, mit der Gefahr der Beschädigung der
Solarmodule.
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Das
Prospekt Montagesystem LORENZ® Jumbo der energiebau
solarstromsysteme gmbh aus dem Juni 2004 zeigt zwar eine Aufständerung
für Solarmodule
mit mehreren, zueinander parallelen Längsträgern, an deren Oberseite die
Solarmodule fixiert werden. Diese Aufständerung benötigt jedoch zur Verankerung
eine Vielzahl von dreieckförmigen Gerüstteilen
und ist daher sehr aufwendig.
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Die
deutsche Patentanmeldung 10
2005 015 346.1 wurde zwar am 01.04.2005 angemeldet, aber erst
am 05.10.2006 offengelegt. Angemeldet ist dort eine Trageinrichtung
für eine
dachförmig
aufgebaute Solaranlage, wobei die Solarmodule über eine pfettenartige Unterkonstruktion
oberhalb von geneigten Trägern
festgelegt sind, von denen wiederum einige auf jeweils einem oder
mehreren Pfosten im Boden verankert sind. Die Pfetten der Unterkonstruktion können ein
hutförmiges
Profil aufweisen. Einzelheiten der Verbindung zwischen Pfosten und
geneigten Trägern
sind nicht ersichtlich. Allerdings hat laut der Offenlegungsschrift
die Verbindung einen Aufbau, der bei Beschränkung auf eine einzige Pfostenreihe nur
für weniger
hohe Windlasten oder Schneelasten geeignet ist.
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Aus
den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, eine Aufständerung
für Solarmodule
zu schaffen, die einerseits die Montage von beliebigen Modulen,
unabhängig
von ihrer Grundfläche, erlaubt
und auch bei extremen Windverhältnissen eine
ausreichende Sicherheit der Befestigungsmittel garantiert, so dass
sich die Solarmodule nach menschlichem Ermessen nicht ungewollt
lösen können; die
Aufständerung
soll möglichst
stabil und verwindungssteif sein und dennoch einfach und preiswert.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt dadurch, dass bei einer eingangs beschriebenen
Vorrichtung zur Aufständerung
von Solarmodulen der Längsträger ein
hutförmiges
Profil aufweist mit zwei Seitenschenkeln, welche über einen
Mittelsteg miteinander verbunden sind und in eine gemeinsame Ebene
umgebogene, periphere Abschnitte aufweisen, welche sich aufgrund
der Orientierung der Längsträger unterhalb
des Mittelstegs befinden, und auf den Oberseiten von Querträgern festgelegt
ist, die im Bereich des oberen Endes je eines Pfostens befestigt
und quer zu der Pfostenreihe ausgerichtet sind, wobei benachbarte
Querträger
etwa parallel zueinander ausgerichtet sind, und wobei an der Unterseite
eines Querträgers
zwei nach unten weisende Winkel befestigt sind, die an einander
gegenüberliegenden
Seiten eines Pfostens festgelegt sind und jeweils ein längliches,
bspw. laschenförmiges,
einmal um eine quer zu seiner Längsrichtung
verlaufende Achse gebogenes Blech aufweisen, das durch eine eingesetzte,
insbesondere eingeschweißte
Platte versteift ist.
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Die
Oberseiten der Längsträger dienen
den Rahmen der Solarmodule als direkte Auflagefläche, so dass sich ein minimaler
Konstruktionsaufwand ergibt. Die Längsträger können an unterschiedlichen Positionen
der Querträger
festgelegt werden entsprechend der Abmessungen der Solarmodule,
um eine Anpassung an unterschiedliche Formate derselben zu ermöglichen.
Darüber
hinaus lassen sich die Längsträger jeweils
unter der Ober- und der Unterkante eines Solarmoduls plazieren,
so dass die Windkräfte
keine erhöhten
Drehmomente erzeugen können
und die Kräfte
an jedem Befestigungsmittel nicht viel größer werden können als
die an einem Solarmodul angreifende Windlast, geteilt durch die
Anzahl der Befestigungsmittel. Aus ihrem hutförmigen Profil erhalten die
Längsträger die
notwendige Steifigkeit, um größere Abstände von
bspw. mehr als einem Meter zwischen benachbarten Querträgern ohne
Durchbiegung überbrücken zu
können.
Andererseits können
die äußeren, doppelt
umgebogenen Seitenschenkel dieser Profile vollflächig auf den oben liegenden
Mittelstegen der Querträger
aufgesetzt werden, so dass Gewichts- und/oder Windkräfte zuverlässig von einem Profil auf das
andere übertragen
werden können.
Durch das nach unten offene Profil der Längsträger ist außerdem die Möglichkeit eröffnet, dass
sich ein Längsträger über mehrere Querträger hinweg
erstrecken kann, weil sein Mittelsteg nicht unterhalb, sondern oberhalb
seiner Seitenschenkel liegt. Außerdem
finden solchenfalls die Solarmodule eine flächige Oberseite als Anlagefläche vor,
gegen die sie von weiteren Befestigungsmitteln gepreßt werden
können,
ohne dabei Schaden zu nehmen. Der Verbindung zwischen Längsträger(n) und
Querträgern
dienen Schrauben, welche vorzugsweise die abgekröpften Seitenstege eines Längsträgers durchgreifen.
Wenn an der Unterseite eines Querträgers zwei nach unten weisende
Winkel befestigt sind, die an einander gegenüberliegenden, vorzugsweise
zueinander parallelen Seiten eines Pfostens festgelegt sind, bspw.
festgeschraubt, so kann der Abstand zwischen diesen beiden Winkeln etwa
der Breite eines Pfostens entsprechen, so dass diese flächig an
den etwa diametral gegenüberliegenden
Seiten des Pfostens anliegen. Hierzu ist es von Vorteil, wenn ein
Pfosten u. a. zwei etwa ebene, vorzugsweise zueinander parallele
Flächen
aufweisen. Durch je eine in diese Winkel eingesetzte, insbesondere
eingeschweißte
Platte können
Verbiegungen dieser Winkel langfristig ausgeschlossen werden mit
dem Vorteil, dass sich die Montagebaugruppe nicht verziehen kann
und die darauf festgelegten Solarmodule nicht beschädigt werden.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen, dass die Querträger
gegenüber
der Horizontalen geneigt verlaufen, vorzugsweise um einen Winkel
zwischen 15° und
75°, insbesondere
um einen Winkel zwischen 25° und
65° geneigt.
Damit ist eine Anpassung an den mittleren Sonnenstand an dem betreffenden Standort
möglich,
um über
das ganze Jahr hinweg eine maximale Solarstromausbeute zu erzielen.
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Indem
sich je ein Querträger
direkt oberhalb je eines Pfostens befindet, ergeben sich besonders einfache
und überschaubare
Kraftverhältnisse.
Darüber
hinaus sind die Solarmodule dort vor den häufig relativ scharfen Kanten
am oberen Ende der Pfosten sicher.
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Vorzugsweise
ist wenigstens ein Querträger etwa
im Bereich seines Schwerpunktes auf einem Pfosten befestigt. Aufgrund
einer derartigen Unterstützung
etwa in der Mitte der Querträger
sind einerseits deren Gewichtskräfte
wie auch die Gewichtskräfte
der darauf montierten Elemente einigermaßen in der Waage, so dass die
Befestigungsmittel von Drehmomenten weitgehend frei sind. Dies gilt
näherungsweise
auch für
die Windkräfte,
da bei einer symmetrischen Montage die Windkräfte zu beiden Seiten der Pfostenreihe
sich großenteils
kompensieren.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Querträger an zwei in seiner Längsrichtung
voneinander beabstandeten Bereichen an einem Pfosten befestigt ist.
Sofern trotz aller oben erwähnten
Vorkehrungen in begrenztem Umfang Drehmomente auftreten, so werden
dieselben von zwei zu der Pfostenreihe gegeneinander versetzten
Befestigungspunkten sicher und ohne die Gefahr einer Überlastung
aufgefangen.
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Sofern
wenigstens ein Querträger
ein U- oder hutförmiges
Profil aufweist, so ist einerseits durch die abgebogenen Seitenschenkel
eine Versteifung geschaffen, während
andererseits der vorzugsweise einfache Mittelsteg die Möglichkeit
einer Festlegung aufliegender Längsträger bspw.
mittels Schrauben ermöglicht.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, dass wenigstens ein Querträger ein
nach unten offenes Profil aufweist. Vorzugsweise werden die Längsträger flächig auf
dem Mittelsteg eines Querträgers
aufgelegt und mit einer oder mehreren Schrauben fixiert. Dabei hat
ein oben liegender Mittelsteg eines Querträgers den Vorteil einer vollflächigen Unterstützung, kann also
bei festem Anziehen der Schrauben ebenso wenig verbogen werden wie
der darunter liegende Querträger.
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Bevorzugt
liegt der Rahmen eines Solarmoduls auf wenigstens zwei Längsträgern auf
und wird von mehreren Winkeln übergriffen,
die an dem Mittelsteg eines Längsträgers befestigt,
insbesondere festgeschraubt sind. Damit läßt sich eine klemmende Befestigung
beliebiger Solarmodule realisieren, wobei dieselben nicht bearbeitet,
bspw. gebohrt werden müssen.
Die Lage der Längsträger läßt sich
dabei völlig
dem Format eines beliebigen Solarmoduls anpassen, so dass alle Arten
von Solarmodulen mit dem erfindungsgemäßen System montiert werden können. Bei
besonders großen
Solarpaneelen können
ggf. mehrere, vorzugsweise zueinander etwa parallele Längsträger verwendet
werden. Allerdings müssen
solchenfalls nicht alle Längsträger parallel zueinander
verlaufen; vielmehr könnten
innere Längsträger auch
schief angeordnet werden; eine gemeinsame Ebene derselben wird durch
die Befestigung an den gerade gestreckten Querträgern gewährleistet.
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Schließlich entspricht
es der Lehre der Erfindung, dass wenigstens ein Längsträger, auf
dem der Rahmen eines Solarmoduls aufliegt, in einem Abstand neben
der Pfostenreihe parallel zu dieser verläuft. Indem solchenfalls wenigstens
ein Profil, auf dem der Rahmen eines Solarmoduls aufliegt, weder in
der Ebene der Pfostenreihe liegt noch diese Ebene schneidet, kann
ein Solarmodul entlang seiner auf verschiedenem Niveau liegenden
und damit statisch besonders wichtigen Ober- und Unterkanten unterstützt werden.
Die Auswirkungen auch extrem starker Windlasten, bspw. bei Stürmen, werden
solchenfalls nicht verstärkt,
sondern minimiert und können von
den vorhandenen Befestigungsmitteln problemlos kompensiert werden.
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Weitere
Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Beschreibung. Hierbei zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufständerung für Solarmodule;
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2 einen
Schnitt durch die 1 entlang der Linie II-II; sowie
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3 einen
Schnitt durch die 2 entlang der Linie III-III.
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Die
Vorrichtung 1 zur Aufständerung
von Solarmodulen 2 hat die Form eines Gestells, das auf
im Boden verankerten Pfosten 3 ruht.
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Wie
die 2 und 3 erkennen lassen, bestehen
die Pfosten 3 aus einem Metallblech, vorzugsweise aus verzinktem
oder anderweitig vor Korrosion geschützten Eisen, aus Edelstahl
od. dgl. Diese Metallblech ist zu einem Profil mit über seine
gesamte Länge
etwa gleichbleibendem Querschnitt gebogen. Gemäß 3 zeigt
der Profilquerschnitt zwei zueinander parallele Seitenschenkel 4,
die über
einen gemeinsamen Mittelsteg 5 miteinander verbunden sind.
Die Breite b eines Pfostens 3 entspricht dem Abstand der
Außenseiten
seiner Seitenschenkel 4.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
die aber nicht zwingend ist, sind die freien Kanten 6 der Seitenschenkel 4 aufeinander
zu gebogen. In ähnlicher
Form kann der Querschnitt des Mittelstegs 5 nach Art von
3 jeweils stumpf aneinander stoßenden Seiten
eines Trapezes gestaltet sein, wie 3 erkennen
läßt, und
zwar vorzugsweise derart, dass der mittlere Abschnitt 7 des
Mittelstegs 5 etwa auf der Mittelsenkrechten der beiden
Seitenschenkel 4 liegt.
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Mehrere
derartige Pfosten 3 mit einer Länge von jeweils bspw. 1 m bis
3 m, vorzugsweise 1,5 m bis 2,5 m, werden in einer Reihe hintereinander
in den Boden gerammt, so dass ihre oberen Enden 8 in einer
gemeinsamen Flucht liegen, vorzugsweise auf identischem Niveau gegenüber dem
Boden. Vorzugsweise verlaufen die Pfostenreihen 3 in Ost-West-Richtung. Dabei
sind die Pfosten 3 derart gedreht, dass ihre Seitenschenkel 4 ebenfalls
in zwei, zueinander versetzten Ebenen liegen, derart, dass je ein
Seitenschenkel 4 (bzw. das Lot auf diese Fläche) nach
Norden, der andere nach Süden
zeigt.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, wird oben auf jedem
Pfosten 3 ein Querträger 9 befestigt.
Sämtliche
Querträger 9 sind
identisch. Sie haben bei der dargestellten Ausführungsform ein U-förmiges Profil mit
zwei Seitenschenkeln 10 und einem Mittelsteg 11. Indem
der Mittelsteg 11 sich an die obenliegenden Kanten der
Seitenstege 10 anschließt, ist das Profil 9 nach
unten offen. An den freien unteren Kanten 12 sind Befestigungswinkel 13, 14 befestigt,
insbesondere angeschweißt.
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Die
Befestigungswinkel 13, 14 umfassen je ein längliches,
bspw. laschenförmiges,
einmal um eine quer zu seiner Längsrichtung
verlaufende Achse gebogenes Blech 15, 16, sowie
jeweils eine angeschweißte
Versteifungsplatte 17, 18.
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Die
beiden Befestigungswinkel 13, 14 sind an den beiden
Seitenschenkeln 4 je eines Pfostens 3 angeschraubt,
vorzugsweise mittels miteinander fluchtender Bohrungen durchgreifender
Maschinenschrauben 19 und diese konternder Gewindeelemente 20.
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Sofern
die Solarmodule horizontal ausgerichtet sind, was in unseren Breitengraden
allerdings nicht optimal ist, wären
beide Befestigungswinkel 13, 14 identisch, und
die Umbiegungen der Laschen 15, 16 wie auch die
eingeschweißte
Ecke der Versteifungsplatten 17, 18 wären jeweils
rechtwinklig.
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Die
beiden Befestigungswinkel sind im Normalfall jedoch nicht identisch.
Vielmehr gibt es eine kürzere
Lasche 15 mit der Länge
l1 und eine längere Lasche 16 mit
der Länge
l2. Die kürzere Lasche 15 ist um
mehr als 90° umgebogen,
so dass sich zwischen den beiden Schenkeln 21, 22 hier
ein spitzer Winkel α ergibt.
Die längere
Lasche 16 ist dagegen um weniger als 90° umgebogen, mit einem stumpfen
Winkel β zwischen
den beiden Schenkeln 23, 24.
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Vorzugsweise
gilt: β =
180° – α. Ferner
sollte gelten: l1 = l2.
+ b·cotα. In diesem
Fall liegen einerseits die beiden freien Schenkel 21, 23 der
an gegenüberliegenden
Seiten 4 des Pfostens 3 in gleicher Höhe festgeschraubten 19 Befestigungswinkel 13, 14 in
einer gemeinsamen Ebene, die gegenüber der Horizontalen um einen
Winkel von γ =
90° – α geneigt ist.
Entsprechend weisen die Querträger 9 zwar
(etwa) in Nord-Süd-Richtung, sind andererseits
aber unter dem Winkel γ gegenüber der
Horizontalen geneigt.
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Dieser
Winkel γ sollte
auf den gemittelten höchsten
Sonnenstand während
eines Jahres an dem betreffenden Standort abgestimmt sein, bspw. nach
der Formel
wobei θ
Sonne die
Zenitaldistanz der Sonne ist und a ein Jahr beträgt. Diese Formel läßt sich
vereinfachen zu
wobei θ
Sonne,min der
tägliche,
minimale Zenitalabstand der Sonne ist. Dieser ist von dem jeweiligen
Breitengrad abhängig,
nicht dagegen vom Längengrad
oder der Höhe über NN.
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Demnach
kann anhand dieser Formeln der Biegewinkel α, β der Befestigungswinkel 13, 14 bestimmt
werden zu: α =
90° – γ, β =
90° + γ
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Entsprechend
ist der Winkel an der einzuschweißenden Ecke der betreffenden
Versteifungsplatte 17, 18 zu wählen.
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An
den Oberseiten der Querträger 9 sind etwa
in Längsrichtung
der Pfostenreihe 3 verlaufende Träger 25 festgelegt,
die im folgenden als Längsträger 25 bezeichnet
werden sollen, auch wenn sie im Einzelfall nicht unbedingt exakt
parallel zu der Pfostenreihe 3 ausgerichtet sein müssen.
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Die
Längsträger 25 sind
derart orientiert, dass ihr Mittelsteg 27 oben und die
peripheren Abschnitte 28 der Seitenschenkel 26 unten
sind. Dadurch liegen die peripheren Abschnitte 28 flächig auf den
Oberseiten bzw. Mittelstegen 11 der Querträger 3 auf
und sind dort mittels diese beide Flächen 11, 28 durchgreifender
Schrauben 29 und damit zusammenwirkender Konterelemente
befestigt.
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Auf
den Oberseiten bzw. Mittelstegen 27 jeweils mindestens
zweier Längsträger 25 liegen
die Solarmodule 2 auf. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck
der Abstand zweier dafür
vorgesehener Längsträger 25 geringfügig kleiner
als eine etwa in Nord-Süd-Richtung verlaufende
Seitenkante 30 eines Solarmoduls 2.
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Zur
Befestigung der Solarmodule 2 auf den Längsträgern 25 dienen Winkelelemente 31,
die zwei etwa gleich große,
aber entgegengesetzte Umbiegungen aufweisen und dadurch mit einem
Ende den Rahmen 32 eines Solarmoduls 2 übergreifen
können,
während
das andere Ende an dem Mittelsteg 27 eines Längsträgers 25 festgelegt
wird, bspw. mittels beide Elemente 31, 27 durchgreifender
Schrauben 33 und damit zusammenwirkender Konterelemente 34.
Dafür ist
es von Vorteil, dass der mittlere Abschnitt eines Winkelelements 31 zwischen
dessen beiden gegensinnigen Umbiegungen gleich oder (etwas) kleiner
ist als die Dicke des Rahmens 32 zwischen dessen Vorder-
und Rückseite.
wobei θSonne,min der tägliche, minimale Zenitalabstand der Sonne ist. Dieser ist von dem jeweiligen Breitengrad abhängig, nicht dagegen vom Längengrad oder der Höhe über NN.