DE102013009834A1

DE102013009834A1 - Befestigungssystem für Solarmodule

Info

Publication number: DE102013009834A1
Application number: DE102013009834.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für Solarmodule, vorzugsweise von gerahmten Modulen auf geneigten fächern. Eine Vielzahl von Befestigungssystemen sin bekannt, die aus mehreren unterschiedlich gestalteten Bauelementen bestehen, zum Teil aufwendig herstellbar sind und Verbindungselemente erfordern. Zu deren Montage Werkzeuge erforderlich sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Anzahl der der Varianten der an sich bekannten Bauelemente zu reduzieren und einfach zu gestalten, wobei ein werkzeugfreies Montieren gewährleistet ist. Erfindungsgemäß ist das Befestigungssystem wie bekannt aus auf dem Dach montierten an sich bekannten Montageschienen aufgebaut, auf denen mittels Spannbügel und Exzenter die Module befestigt sind. Die Bauelemente, Montageschienen, Spannbügel und Befestigungsschienen sind derart ausgebildet, dass sie an ihnen angeformten Vorsprünge und Nuten, sowie Auflagen in ihrer Geometrie ineinander einrasten, indem sie durch Kippen eingeschwenkt werden. Alle Bauelemente bewirken im montierten Zustand eine gewisse Elastizität aber auch Sicherheit gegen das Abheben der Befestigung durch mögliche Sogkräfte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für Solarmodule, vorzugsweise von gerahmten Modulen auf geneigten Dächern.
Es ist eine Vielzahl von Befestigungen von Solarmodulen, die in verschiedenen Abmessungen und Varianten ausgeführt sind bekannt (im Folgenden Module genannt). Diese haben zum größten Teil den Nachteil, dass zu deren Halterung auf den Dächern oder Gestellen Montagemittel Verwendung finden, die in ihrer Herstellung relativ aufwendig sind, in ihrer Geometrie den Modulen entsprechend angepasst, kompliziert und unterschiedlich gestaltet sind, so dass eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Teilen zu deren Montage erforderlich ist, Das bedingt auch eine kostenungünstige Lagerhaltung und ist bei der Montage der gesamten Anlage erschwerend.
Einen entscheidenden Mangel weisen einige Befestigungen auch auf, indem Schraub- oder Nietverbindungen zur Anwendungen kommen. Das bedeutet, dass zur Montage stets Werkzeuge erforderlich sind, welches den Nachteil zur Folge hat, dass die Montage auf Dächern erschwert ist.
Die an sich bekannten Lösungen zur Befestigung von Modulen auf Dächern oder auch separaten Gestell-Konstruktionen bestehen darin, dass die Module mittels speziell geformten Halterungen auf der Dachhaut bzw. der Dachkonstruktion im Abstand befestigt oder aufgeständert sind. ( DE 20 2004 019 681 U1 ; DE 195 35 104 A1 )
Weiterhin ist es bekannt, zur Befestigung der Module speziell geformte Hohlschienen, deren Profil auf einer Seite offen ist auf dem Dach zu befestigen. In diesem Profil sind verschiebbar Mutter oder Nutensteine angeordnet, deren zugehörige Schrauben die eigentlichen Befestigungselemente aufnehmen. Die Hohlschienen werden in der Regel kostengünstig aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt.
( DE 10 2005 040 368 A1 ; DE 198 60 660 A1 )
Eine weitere Ausführung von Befestigungssystemen, welche die Mangel der bekannten Ausführungen von Befestigungen von Modulen weitgehend vermeiden besteht darin, dass rhombusförmige Hohlschienen aus Alu als Montageschienen im Abstand auf den Dachsparren befestigt werden. Mittels entsprechende gestalteter Bügel, zwischen den Modulen angeordneter U-förmiger Schienen und Exzentern werden die Module gegen die Montageschienen gedrückt oder gezogen und dadurch auch arretiert. ( DE 10 2005 032 859 B3 ; DE 10 2006 029 396 A1 ; DE 10 2007 039 755 A1 )
Alle die genannten Ausführungen von Befestigungen für Module haben den entscheidenden Mangel, dass die Montageschienen aus einem Leichtmetall hergestellt sind, und einige Befestigungsmittel, z. B. Schrauben, aus Festigkeitsgründen aus Stahl hergestellt sind. Diese Befestigungsmittel sind materialbedingt spannungsbelastet, d. h., durch die zwangsläufig auftretenden großen Temperaturschwankungen, die durch ihre Ausdehnungskoeffizienten der Grund für unterschiedliche Ausdehnungen sind, unterschiedliche Kräfte im gesamten Befestigungssystem hervorrufen. Das wiederrum hat zur Folge, dass zu hohe Kräfte ein Verziehen der Befestigungsmittel bewirken, und zu geringen Kräfte sich negativ auf die Befestigung aus wirken und die Haltekräfte reduzieren, d. h., die Module lockern sich von ihren Befestigungen oder verziehen sich.
Hieraus entsteht in Folge noch ein weiterer Mangel, dass bedingt durch die bautechnisch auftretenden Unebenheiten der eigentlichen Dachoberfläche, wie nicht genau fluchtende Dachsparren oder unebene Dachoberfläche oder deren Verzug, auf der das gesamte Befestigungssystem aufgebaut ist, Kräfte auftreten, die Torsionsspannungen in den Montageschienen erzeugen. Diese dadurch auftretenden Kräfte übertragen sich dann auch auf den Rahmen der Module, und damit nachteilig auf deren Befestigung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Befestigungssystem, im wesentlichen nach bekanntem Aufbauprinzip unter Verwendung an sich bekannter Montage-Hohlschienen für die Befestigung der Module zu schaffen, bei dem die Module bei jeder Dachschräge sicher geklemmt und gehalten werden, und dass besonders bei durch Wind auftretenden Sog ein Abheben der Module verhindert wird. Es soll wie bisher auch angestrebt eine werkzeugfreie Montage möglich sein. Es ist wie bekannt eine absolut werkzeugfreie Montage des gesamten Befestigungssystems einschließlich der Module dadurch zu gewährleisten, indem das Spannen, bzw. das Arretieren der Module auf dem Befestigungssystem mittels eines an sich bekannten Exzenters und Spannbügel erfolgt, der aber so ausgeführt und angeordnet ist, dass sein Spannen mit geringer Handkraft ohne jedes Werkzeug möglich ist.
Das gesamte Befestigungssystem soll weitgehend an sich bekannte und bewährte Bauelemente erfordern, und auch in sich und insgesamt eine geringe aber begrenzte Elastizität aufweisen, um die erforderlichen Spannkräfte, sowohl bei der Montage als auch im Betrieb, aufzubringen, damit die geforderte Festigkeit und dauerhafte Betriebssicherheit zu garantiert ist.
Darüber hinaus sind alle Bauteile des Befestigungssystems so zu gestalten, dass sie mit geringen Kosten herstellbar sind und nur wenige Ausführungsformen erforderlich sind. Entscheidend ist auch, die bekannten Bauelemente so zu gestalten und im Grundsystem zu kombinieren, dass die Aufgabe optimal gelöst wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Bauelemente in entsprechend neuer Gestaltung, Ausführung und Anordnung derselben derart kombiniert werden, indem wie bekannt im Abstand von der Dachoberfläche (Dachhaut oder Dachsparren) parallel zueinander verlaufend rechtwinklig zur Dachschräge an sich bekannte rhombusförmige Hohlschienen mittels Halteschienen befestigt sind. Die Montagschienen sind in ihrem Abstand derart angeordnet, dass jeweils zwischen zwei Modulen ein Abstand besteht, und dass in dieser Lücke eine an sich bekannte hutförmige Modulklemme angeordnet ist, die U-förmig ausgebildet ist, und mit ihrem nach außen überstehenden oberen Rändern, die nach außen abgewinkelt sind, auf den Modulen aufliegt. Zwischen den beiden Schenkeln auf der Grundfläche ist eine bekannte exzentrische Spanneinrichtung angeordnet, die die Modulklemme gegen die Montageschiene drückt und arretiert. Die Länge der Modulklemme ist so gewählt, dass diese im oberen Teil des Spannbügels angeordnet mit einem definierten Abstand zwischen den beiden Schenkeln einsetzbar ist.
Das wesentliche Bauteil des Befestigungssystems ist der Spannbügel, der an sich als solcher bekannt ist, um die Module auf der Montageschiene zu befestigen. Er umschließt einrastend entsprechend gestaltet mit seinen Schenkeln beiderseits wie folgt die Montageschiene.
Der bekannte U-förmiger Spannbügel ist derart ausgeführt, dass seine unteren Enden der Schenkel, deren Enden hakenförmig ausgebildet sind, wobei diese Haken so ausgebildet und angeformt sind, dass sie in die in der Montageschiene längs verlaufenden Nuten und/oder überstehende an der Montageschiene überstehende Stege einrasten.
Im oberen Teil des Spannbügels ist zur Aufnahme eines Exzenters in Form einer den eigentlichen Exzenter umgebenden Führung angeordnet. Die Schenkel des Spannbügels sind außerdem derart ausgebildet, dass ein Schenkel nach innen als ein Federsteg wirkend auf der Modulklemme einrastet und sich abstützt. Auf der anderen Seite ist ein Vorsprung ausgeformt ist, auf dem sich die Modulklemme ebenfalls abstützt. Auf dieser gleichen Seite ist ein nach innen ragender federnder Klemmsteg derart angeordnet, dass er gegen die Oberseite der Montageschiene drückt. Dadurch ist die Modulklemme in der obersten Stellung gehalten, und das Modul kann leicht zur Justierung eingeschoben werden.
Die Schenkel und die zugehörige Auflage sind so in ihrem Querschnitt bemessen, dass eine geringe Federwirkung gegeben ist, damit dieser mit seinen Haken an den Enden der Schenkel leicht in die Montagschiene einrastet und mit geringer Kraft von Hand das Modul in die Montageschiene klemmbar ist. Damit wird der Spalt zwischen den Schenkeln und der Modulklemme geschlossen und die Federwirkung ist unwirksam. Es kann das Spannsystem durch ein damit entstandenes Kräftefachwerk sicher gegen hohe Sogkräfte entgegen wirken.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Modulklemme in Verbindung mit dem speziell gestalteten Spannbügel ermöglicht es, den Spannbügel mit die Montageschiene mit der Modulklemme durch seitliches Einschwenken miteinander durch Einrasten zu verbinden.
Die Befestigungsschiene für die Montageschienen sind an der in Richtung der Module zugewandten Seite derart ausgespart, dass die Montageschiene in einer Aussparung liegt, und seitlich an der Befestigungsschiene ist in deren Aussparung für die Hohlschiene ein nach innen reichender Haken augeformt, der in die in der Montageschiene längsverlaufende Nut und/oder überstehenden Stege einrastet. Innerhalb der Feder ist eine größere Aussparung zum Justieren der Montageschiene in Längsrichtung eingebracht, die auch zugleich zum Zusammenstecken von Montageschienen, d. h., bekannter Weise zum Einsetzen von entsprechenden Verbindern verwendbar ist.
Die Unterseite, d. h. die Auflagefläche für die Montageschiene ist im Bereich der Aussparung nach oben gegen die Montageschiene etwas gewölbt. Diese Ausführung gibt die Möglichkeit, die Montagschiene in der Aussparung eine Kippbewegung auszuführen und die Montageschienen federnd einzuschwenken und dadurch von selbst zu arretieren. Eventuelle Differenzen durch nichtfluchtende Dachhaken werden dadurch ausgeglichen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Befestigungssystems zur besseren Demontage der Module besteht darin, dass auf einer Seite des Spannbügels, vorzugsweise der Seite gegenüber dem Klemmsteg, an dessen unteren Ende in dem Schenkel unterhalb der unter dem Vorsprung an der Montageschiene der Aussparung der Montageschiene zugewandt eine Aussparung eingebracht ist. Diese ermöglicht es mittels eines dem Durchmesser der Aussparung angepassten mit einem Hebel, vorzugsweise dem des Spannbügels diesen seitlich von der Montageschiene wegzudrücken um den Spannbügel abzuziehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Befestigungssystems besteht darin, dass in der Längsseite der Halteschiene Aussparungen, vorzugsweise unterschiedlichen Querschnitts, zur Aufnahme von Kabeln eingebracht sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, die Schenkel der Spannbügel bogenförmig zu gestalten, damit die Spannkraft annähernd konstant bleibt.
Es können auch zweckmäßiger Weise die Lage des Vorsprunges und der Nuten, die das Einrasten der Montageschiene und Spannbügel, sowie der Halteschienen geändert werden, wobei es auch möglich ist eine in ihrer Geometrie geänderte Form der beiden Gegenstücke zu wählen. Wesentlich ist die einrastende und arretierende Funktion der Elemente.
Weiterhin ist es zweckmäßig, die Montageschiene und/oder Spannbügel und/oder Halteschienen strangzuziehen und aus einem Material herzustellen
Das erfindungsgemäße Befestigungssystem hat folgende Vorteile: Sämtliche Teile für das System sind hochproduktiv durch Strangziehen und Stanzen aus Leichtmetall kostengünstig herzustellen. Die Varianten der einzelnen Teile sind sehr gering, sodass die Lagerhaltung günstig ist.
Bei der Montage ist kein Werkzeug erforderlich, denn durch das Zusammensetzen erfolgt eine dauerhafte und feste, sowie sichere Verbindung, die auch durch die Elastizität der Teile und das Zusammensetzen allen Einwirkungen, insbesondere den aufkommenden Sog Stand hält. Das System bewirkt durch seine Konstruktion, dass je größer die einwirkenden Kräfte werden, umso höher wird die Festigkeit der Verbindung. Dazu trägt besonders die erfindungsgemäße Ausbildung des Spannbügels und die definierte Länge und Lage der Modulklemme bei.
Tritt durch sehr starken Wind ein erhöhter Sog auf, werden die Arme des Spannbügels nach innen bewegt und stützen sich dadurch an der Modulklemme ab. Dadurch wird die dabei wirksame hohe Kraft selbst bei starkem Sturm das Abheben der Module verhindert. Ist die Montageschiene in ihrer Aufnahme eingerastet, wird sie durch den elastischen Rasthebel gesichert. Beim Auftreten besonders hoher Sogkräfte kann die Montageschiene durch ein vorzugsweise rundes Bauteil, welches in die Aussparung hinter dem Rasthebel gesteckt wird zusätzlich gesichert werden.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: ein Befestigungssystem in einem Schnitt zwischen zwei Modulen quer durch die Montageschiene, d. h., einen Schnitt durch das Befestigungssystem in Richtung der Dachschräge, (im fertig montierten Zustand)
2: einrasten der Montageschiene in die auf dem Dach befestigte Befestigungsschiene, (erster Schritt der Montage)
3: einrasten des Spannbügels auf die in der Befestigungsschiene eingerastete Montageschiene. (zweiter Schritt der Montage)
In 1 sind die wesentlichen Bauelemente für das Befestigungssystem in ihrem Gesamtaufbau und Zusammenwirken dargestellt. Die Montageschienen 1, sind rechtwinklig zur Dachschräge mittels winkligen Halteschienen 2 auf der Dachhaut 3 in bekannter Weise mittels Stockschrauben 4 befestigt. Auf den Montageschienen 1 liegen die Module 5 auf, und werden mit in den Zwischenräumen eingelegten Modulklemmen 6 gehalten, wobei die Modulklemmen 6 mit dem Spannbügel 7 gegen die Montageschiene 1 gedrückt werden. In die Aussparung 11 der Halteschiene 2 wird die Montageschiene 1 eingesetzt. Die Aussparung 11 ist so geformt, dass ihre Grundfläche, auf der die Montageschiene 1 aufliegt leicht nach oben gewölbt ist.
Die Montageschiene 1 ist eine Hohlschiene mit rhombusförmigem Querschnitt, wobei auf einer unteren Seite und der diagonal gegenüber liegenden Seite eine längs verlaufende Nut 9 und auf den anderen gegenüber liegenden Seiten an der Montageschiene 1 längs verlaufender Vorsprung 10 ausgebildet ist. Als eine vorteilhafte Ausgestaltung sind zur Führung von Kabeln in den senkrecht angeordneten beiderseitigen Stegen der Halteschienen 2 Kabelaussparungen 12 eingebracht.
Der Spannbügel 7 ist derart ausgebildet, dass er in die Montageschiene 1 und die Modulklemme 6 rastet und eine kraft- und formschlüssige Verbindung herstellt. Dazu befinden sich als Gegenstück, welches in die Montageschiene 1 einrastet nach innen gerichtet an seinen Schenkeln 13 beiderseitig Vorsprünge 14; 15. In der Öffnung 8 des Spannbügels 7 einerseits eine feste Auflage 16 und auf der Gegenseite eine federnde bügelförmige Auflage 17 für die Modulklemme 6. In dem oberen Teil, d. h. in Richtung des Moduls 5 ist die Modulklemme 6 derart ausgeformt, dass der entsprechend ausgebildete Exzenter 18 in bekannter Weise durch seine Drehbewegung mit dem abnehmbaren Spannhebel 19 das Modul 5 gegen die Montageschiene 1 drückt.
Zweckmäßiger Weise sind in dem Spannbügel 7 in dem oberen Bereich zu beiden Seiten des Exzenters 18 Querschnittverjüngungen 20 vorgesehen, die bewirken, dass die Elastizität des Spannbügels erhöht wird.
In den 2 und 3 ist der Montageablauf der Systems gezeigt.
Nach der Befestigung der Halteschienen 2 auf der Dachhaut 3 mittels Stockschrauben 4 wird gemäß 2 die Montageschiene 1 schräg in die Halteschiene 2 gekippt. Dabei wird die in der Aussparung 11 angeformte Feder 21 zur Seite gedrückt, und die Montageschiene 1 rastet wie 2 zeigt mit der Feder 21 in die Nut 9 ein. Die Montageschiene 1 bleibt in Längsrichtung beweglich, um den notwendigen Ausgleich in dieser Richtung zu gewährleisten und eine Justierung zu ermöglichen
In einem weiteren Schritt gemäß 3 wird der Spannbügel 7 auf die Montageschiene 1 aufgesetzt, so dass zuerst der Vorsprung 15 in die Nut 9 der Montageschiene 1 einrastet und danach durch Kippen derselben auch der auf der Gegenseite vorhandene federnde Vorsprung 14 hinter den Vorsprung 10 einrastet. Damit ist gemäß 1 die Endstellung der fertig montierten Baugruppe erreicht, und die Module 5 können mittels zwischen den Modulen 5 einzubringenden Modulklemmen 6 aufgesetzt und verspannt werden, Das Spannen derselben erfolgt durch den Exzenter 18, der die Module 5 gegen die Montageschiene 1, durch Drehen des Spannhebels 19 drückt.
Bezugszeichenliste

1: Montageschiene
2: Halteschiene
3: Dachhaut
4: Stockschraube
5: Modul
6: Modulklemme
7: Spannbügel
8: Öffnung
9: Nut
10: Vorsprung
11: Aussparung
12: Kabelaussparung
13: Schenkel
14: Vorsprung
15: Vorsprung
16: Auflage
17: Auflage
18: Exzenter
19: Spannhebel
20: Querschnittverjüngung
21: Feder
22: Auflage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 202004019681 U1 [0004]
DE 19535104 A1 [0004]
DE 102005040368 A1 [0005]
DE 19860660 A1 [0005]
DE 102005032859 B3 [0006]
DE 102006029396 A1 [0006]
DE 102007039755 A1 [0006]

Claims

Befestigungssystem für Solarmodule bestehend aus einem auf dem Dach montierten mittels auf ihn befestigten Montagesystem aus längs und quer auf dem Dach montierten rhombusfömigen Montageschienen (1) aus einem Hohlprofil vorzugsweise aus Aluminium, welches mittels Spannbügel (7) und Exzenter (18) die Module (5) gegen die der Halteschiene (2) Montageschienen (1) drückt und arretiert, dadurch gekennzeichnet, dass – in den Halteschienen (2) Aussparung (11) eingebracht sind, in denen die Montageschienen (1) arretiert sind, – die Montageschienen (1) derart ausgebildet sind, dass an ihren Kanten jeweils diagonal gegenüber Nuten (9) und Vorsprünge (10) ausgeformt sind, – in diese Nuten (9) und Vorsprünge (10) Gegenstücke des Spannbügels (7) in Form von Vorsprüngen (14; 15) einrastend angeordnet sind, und die Verbindung der Montagschiene (1) mit ihren Schenkeln (13) durch das Einrasten der an den Schenkeln (13) der Spannbügel (7) an geformten Vorsprünge (14; 15) in die Nuten (9) und Vorsprünge (10) Montageschiene (1) herstellbar ist, – zwischen zwei Modulen (1) in Abständen Modulklemmen (6) eingelegt sind, die U-förmig und im oberen Bereich beiderseitig nach außen abgewinkelt sind, – die Modulklemme (6) von dem Spannbügel (7), der einen Exzenter (18) aufnimmt mit, und mit ihren beiderseits ausgebildeten Schenkeln (13) die Montagschiene (1) umschließt, – in der U-förmigen Öffnung (8) des Spannbügels (7) einerseits eine federnde Auflage (17) und andererseits eine Auflage (16) als Gegenlager für die Modulklemme (6) ausgebildet ist, – die Länge der der Modulklemme (6) so gewählt ist, dass zwischen der Auflage (16) und der Auflage (17) ein Spalt definierter Breite gebildet ist
Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Quersteg des Spannbügels (7) zu beiden Seiten des Exzenters (18) mindestens eine Querschnittverjüngung (20) eingebracht ist,
Befestigungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberkante der Halteschiene (2) Kabelaussparungen (12) eingebracht sind.
Befestigungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der form- und kraftschlüssigen Verbindungen von den Montageschienen (1) mit den Halteschienen (2) einerseits und mit dem Spannbügel (7) anderseits dienenden Vorsprünge (10) und (14) und Nuten (9) in ihrer örtlichen Anordnung ausgetauscht und ihrer Geometrie angepasst sind.
Montagesystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageschienen (1), und/oder Spannbügel (7) und/oder Halteschienen (2) Stranggepreßt sind.
Montagesystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageschienen (1) und Spannbügel (7) aus dem gleichem Material der Modulrahmen hergestellt sind.
Montagesystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (22) in der Aussparung (11) nach oben gewölbt ist.