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Die Erfindung betrifft autark schwimmfähige Schwergewichtsgründungen zur Verbindung mit einer schwimmfähigen Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Massivplatte aus Beton, Stahlbeton, einem Verbund mit Beton oder einer Kombination davon, wenigstens einer befüllbaren Kammer und Befestigungsmitteln zur Verbindung eines Tragwerks in Verbindung mit einem Turm einer Windkraftanlage oder mit wenigstens einem Träger mit einer Solaranlage, wobei die schwimmende Schwergewichtsgründung leere Kammern und die abgesenkte Schwergewichtsgründung gefüllte Kammern aufweist.
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Zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation sind in den Boden der See einzubringende Pfähle bekannt. Dazu können Bohrpfähle als in den Boden gebohrte Stahlrohre eingesetzt werden. Die Erde wird aus dem Innern des Rohres entfernt und Beton in den durch das Rohr ausgebildeten Hohlraum eingebracht. Eine derartige Lösung ist unter anderem durch die Druckschrift
DE 196 41 422 A1 als Verfahren zum Herstellen eines Betonbohrpfahles bekannt. Eine andere Möglichkeit sind sogenannte Rammpfähle, wie sie beispielsweise durch die Druckschrift
DE 28 23 269 A1 als Stahlrammpfähle bekannt sind. Der Einsatz von Pfählen führt bei deren Platzierung im Boden der See insbesondere zu einer starken Geräuschbildung.
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Durch die Druckschrift
DE 10 2009 044 278 A1 ist ein Schwimmfundament mit verbesserter Abspannung bekannt. Das Schwimmfundament weist Anker auf, die vertikal unterhalb von Anschlussstellen eines Schwimmtragwerks angeordnet sind. Dazu sind diese ortsfest in horizontalen Abständen zueinander am Meeresboden angeordnet. Die Anker sind vorzugsweise Ballastkörper in Form von Schwergewichtsfundamenten, die nicht schwimmfähig sind.
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Schwimmende Auftriebskörper in Verbindung mit Ankern für Windkraftanlagen in der offenen See sind beispielsweise durch die Druckschrift
GB 2 378 679 A bekannt. Das dazu realisierte Schwimmfundament besteht aus mehreren Auftriebskörpern, die über radiale Stahlstreben mit dem Turm der Windkraftanlage verbunden sind. Die Stahlstreben sind in Draufsicht kreuzförmig angeordnet und untereinander nicht verbunden. Treten an den radialen Stahlstreben des Bauwerks Biegekräfte auf, führen diese zu hohen Biegemomenten.
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Ein Schwergewichtsanker für Offshore-Anlagen ist durch die Druckschrift
US 4 296 706 A bekannt. Dieser besitzt einen befüllbaren Behälter, der zum Absenken durch Flutung mit Wasser befüllbar ist. Das Wasser wird durch Ballast ausgetauscht, so dass der Schwergewichtsanker auf dem Meeresboden realisiert ist. An diesem können mehrere weitere Behälter angeordnet sein, so dass der Transport zu einem neuen Ort leicht möglich ist. Abspannmittel für eine Offshore-Anlage und deren Befestigung sind nicht näher ausgeführt.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 208 162 A1 offenbart einen schwimmfähigen Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation. Der Schwergewichtsanker weist eine Massivplatte, mehrere flutbare Kammern und Befestigungsmittel für Auftriebskörper des Tragwerks auf, wobei der schwimmende Schwergewichtsanker nicht geflutete Kammern, der sich absenkende Schwergewichtsanker teilgeflutete Kammern und der abgesenkte Schwergewichtsanker geflutete Kammern aufweist. Der schwimmfähige Schwergewichtsanker ist ein monolithisch ausgebildeter Schwergewichtsan ker.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Offshore-Anlage einfach ortsfest zu verankern.
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Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die autark schwimmfähigen Schwergewichtsgründungen zur Verbindung mit einer schwimmfähigen Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Massivplatte aus Beton, Stahlbeton, einem Verbund mit Beton oder einer Kombination davon, wenigstens einer befüllbaren Kammer und Befestigungsmitteln zur Verbindung eines Tragwerks in Verbindung mit einem Turm einer Windkraftanlage oder mit wenigstens einem Träger mit einer Solaranlage, wobei die schwimmende Schwergewichtsgründung leere Kammern und die abgesenkte Schwergewichtsgründung gefüllte Kammern aufweist, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Offshore-Anlage einfach ortsfest verankerbar ist.
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Dazu besitzt die Massivplatte Ankerplatten mit jeweils einem Befestigungsmittel zur Verbindung mit wenigstens einem Abspannmittel zur Verbindung mit dem Tragwerk. Die Ankerplatte weist wenigstens eine vertikal orientierte oder im wesentlichen vertikal orientierte erste Platte mit dem Befestigungsmittel und mindestens eine horizontal oder im wesentlichen horizontal orientierte zweite Platte auf. Weiterhin befindet sich die erste Platte wenigstens teilweise in der Massivplatte, so dass die zweite Platte von einem Bereich der Massivplatte überdeckt ist. Damit sind die ersten Platten der Ankerplatten Zugkräfte des Tragwerks weiterleitende erste Platten und die zweiten Platten der Ankerplatten die aus den Zugkräften resultierenden Druckkräfte auf die Massivplatte ausübende zweiten Platten.
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Die autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung ist damit vor Ort schwimmfähig und senkt sich durch Flutung der Kammern selbst ab. Bei eventuell vorhandenen Strömungen ist dieser dabei nur in Position zu halten. Das Absenken kann dabei vorteilhafterweise durch das Fluten gezielt gesteuert erfolgen. Die gefluteten Kammern erhöhen natürlich das Gewicht der Schwergewichtsgründung auf dem Boden der See.
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Die Herstellung kann vollständig an Land erfolgen. Daraufhin ist diese einfach durch Schleppen selbst oder mittels eines Transportschiffes oder in einem Trockendock zum Ort der Platzierung der Offshore-Anlage transportierbar. Die Schwergewichtsgründung ist bei Störungen oder bei Nichtbedarf leicht wieder vom Boden der See zu entfernen. Die Kammern sind dazu einfach mit Luft zu befüllen, so dass der Schwergewichtsanker einfach aufschwimmt.
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Zur Befestigung eines Tragwerks, welches sich im Wesentlichen im Unterwasser befindet und Auftriebskörper aufweist, sind die ersten Platten der Ankerplatten über jeweils ein Befestigungsmittel zur Verbindung mit wenigstens einem Abspannmittel zur Verbindung mit dem Tragwerk versehen. Durch die Auftriebskörper werden die Abspannmittel und damit die ersten Platten der Ankerplatten auf Zug beansprucht. Die zweite horzontal oder im Wesentlichen horizontal orientierte Platte in oder an der Massivplatte drückt dadurch auf die Massivplatte. Die Zugkräfte der Abspannmittel werden durch die Ankerplatten quasi in auf die Massivplatte als Betonkörper wirkende Druckkräfte gewandelt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 12 angegeben.
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Die erste Platte und die zweite Platte sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 direkt und/oder über wenigstens eine Verbindungsplatte miteinander verbunden.
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An der ersten Platte befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 wenigstens eine quer zur ersten Platte und winklig zur zweiten Platte angeordnete dritte Platte. Diese dritte Platte leitet die Zugkraft eines mit einem Winkel größer 0 und kleiner 90° in Bezug zur Massivplatte angeordneten Abspannmittels anteilig als Druckkraft zur Mitte der Massivplatte.
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Die Massivplatte mit den Ankerplatten und die Kammer sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 monolithisch ausgebildet.
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Die Kammer besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 Zwischenwände. Die Schwergewichtsgründung kann gezielt sicher abgesenkt werden.
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Die Schwergewichtsgründung weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 eine zentrale Kammer und symmetrisch um die zentrale Kammer angeordnete und gleich gestaltete Kammern auf der Massivplatte auf. Damit können die Abspannmittel zwischen den Kammern geführt werden.
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Die Kammer besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 wenigstens einen Einlass und mindestens einen Auslass zum Befüllen der Kammer, wobei der Einlass am Boden der Kammer und der Auslass entweder an der Decke oder in der Decke angeordnet sind. Bei der Befüllung kann im Wesentlichen der gesamte Raum der Kammer mit einem Füllkörper versehen werden. Beim Absenken wird beispielsweise Wasser in die Kammer eingeleitet, welches nach dem Absenken durch Sand ersetzt wird. Dieser wird in die Kammer gedrückt, wobei gleichzeitig Wasser entweicht. Die Anordnung von Einlass und Auslass verhindern ein ansonsten auftretenden Schüttkegel.
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Die Schwergewichtsgründung weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 Erdspieße auf. Diese dringen in den Boden ein und verringern die Gefahr eines Gleitens der Schwergewichtsgründung auf dem Boden.
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Die Ankerplatte besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 im Querschnitt eine umgekehrte T-Form, wobei der Schenkel die erste Platte und der Querbalken die zweite Platte sind.
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Die Massivplatte der Schwergewichtsgründung besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 eine mehreckige, beispielsweise quadratische, Grundfläche. In den Eckbereichen und wenigstens in den mittleren Bereichen der Seiten befinden sich Ankerplatte, so dass vertikal und schräg verlaufende Abspannmittel mit den Ankerplatten verbindbar sind.
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Die schwimmende Schwergewichtsgründung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 mit dem schwimmenden und flutbare Auftriebskörper aufweisenden Tragwerk über Abspannmittel verbunden, wobei die Schwergewichtsgründung und das Tragwerk vor Ort nacheinander eine durch Flutung der Kammer absenkbare Schwergewichtsgründung sowie ein durch wenigstens teilweise Flutung der Auftriebskörper absenkbares und durch eingepresste Luft in die Auftriebskörper schwimmendes Tragwerk sind. Die Schwergewichtsgründung und das Tragwerk mit oder ohne einen Turm einer Windkraftanlage oder mit wenigstens einem Träger mit einer Solaranlage als Bestandteile der Offshore-Anlage können leicht zusammen bewegt werden. Vor Ort kann dann die Schwergewichtsgründung und das Tragwerk durch Flutung der Kammern und der Auftriebskörper platziert werden. Das ist das Tragwerk insbesondere ein Unterwassertragwerk, wobei nur ein Traggerüst die Wasseroberfläche durchschneidet. Durch Befüllen der Kammern und/oder der Auftriebskörper kann die Offshore-Anlage wieder leicht an an neuen Ort platziert werden.
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Die Grundflächen der Schwergewichtsgründung und des Tragwerks besitzen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 die gleiche Geometrie und die gleichen Abmessungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung als Bestandteil einer Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie,
- 2 eine Ankerplatte mit einem Befestigungsmittel,
- 3 eine Ankerplatte mit Befestigungsmitteln,
- 4 eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung in Verbindung mit einem Tragwerk mit einer Windkraftanlage beim Transport, beim Absenken der Schwergewichtsgründung und mit vor Ort abgesenkter Schwergewichtsgründung.
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Eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung 1 zur Verbindung mit einer schwimmfähigen Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie besteht im Wesentlichen aus einer Massivplatte 2, befüllbaren Kammern 3, Befestigungsmitteln zur Verbindung eines Tragwerks 10 in Verbindung mit einem Turm 11 einer Windkraftanlage oder mit wenigstens einem Träger mit einer Solaranlage und Ankerplatten 4 in der Massivplatte 2.
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Die 1 zeigt eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung 1 als Bestandteil einer Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die Massivplatte 1 und die Kammern 3 sind monolithisch ausgebildet und bestehen aus Beton, Stahlbeton, einem Verbund mit Beton oder einer Kombination davon. Die Kammern 3 können Zwischenwände und/oder Stützen aufweisen, die ebenfals aus Beton, Stahlbeton, einem Verbund mit Beton oder einer Kombination davon bestehen können. Die Massivplatte 2 weist eine quadratische Grundfläche auf und in ihr sind wenigstens in den Eckbereichen Ankerplatten 4 angeordnet. Die 1a zeigt dazu eine prinzipielle Draufsicht und die 1b eine prinzipielle Schnittdarstellung jeweils einer autarken schwimmfähigen Schwergewichtsgründung 1.
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Die 2 zeigt eine Ankerplatte 4 mit einem Befestigungsmittel 5 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die Ankerplatte 4 mit dem Befestigungsmittel 5 zur Verbindung mit wenigstens einem Abspannmittel zur Verbindung mit dem Tragwerk weist eine vertikal orientierte erste Platte 6 mit dem Befestigungsmittel 5 und mit der ersten Platte 6 verbundene horizontal orientierte zweite Platten 7 auf. Die erste Platte 6 und die zweite Platte 7 sind direkt und/oder über wenigstens eine Verbindungsplatte 8 miteinander verbunden. Die Verbindungsplatten 8 können auch eine beabstandet zu den zweiten Platte 7 angeordnete erste Platte 6 verbinden. Die erste Platte 6 und die zweite Platte 7 besitzen im Querschnitt eine kopfstehende T-Form. Die erste Platte 6 befindet sich wenigstens teilweise in der Massivplatte 1, so dass die zweiten Platten 7 von einem Bereich der Massivplatte 1 überdeckt sind. Damit sind die ersten Platten 6 der Ankerplatten 4 Zugkräfte des Tragwerks weiterleitende erste Platten 6 und die zweiten Platten 7 der Ankerplatten 4 die aus den Zugkräften resultierenden Druckkräfte auf die Massivplatte 1 ausübende zweite Platten 7. Das Befestigungsmittel 5 der ersten Platte 6 ist eine Bohrung. Dazu zeigen die 2a eine prinzipielle Vorderansicht und die 2b eine prinzipielle Draufsicht der Ankerplatte 4.
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Die 3 zeigt eine Ankerplatte 4 mit Befestigungsmitteln 5 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer Ausführungsform einer Ankerplatte 4 besitzt die erste Platte 6 mehrere Befestigungsmittel 5 in Form von beabstandet zueinander angeordneten Bohrungen. Die erste Platte 6 ist über quer angeordnete Verbindungsplatten 8 mit den zweiten Platten 7 verbunden. Die erste Platte 6 ist dabei beabstandet zu den zweiten Platten 7 angeordnet. Natürlich kann auch die erste Platte 6 mit den zweiten Platten 7 verbunden sein. An der ersten Platte 6 befinden sich quer zur ersten Platte 6 und winklig zu den zweiten Platten 7 angeordnete dritte Platten 9. Diese dritten Platten 9 leiten die Zugkraft eines mit einem Winkel größer 0 und kleiner 90° in Bezug zur Massivplatte 1 angeordneten Abspannmittels anteilig als Druckkraft zur Mitte der Massivplatte 1. Dazu zeigen die 3a eine prinzipielle Vorderansicht und die 3b eine prinzipielle Draufsicht der Ankerplatte 4. Die erste Platte 6 befindet sich wiederum wenigstens teilweise in der Massivplatte 1, so dass die zweiten Platten 7 von einem Bereich der Massivplatte 1 überdeckt sind. Damit sind ersten Platten 6 der Ankerplatten 4 Zugkräfte des Tragwerks weiterleitende erste Platten 6 und die zweiten Platten 7 der Ankerplatten 4 die aus den Zugkräften resultierenden Druckkräfte auf die Massivplatte 1 ausübende zweite Platten 7.
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Die 4 zeigt eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung 1 in Verbindung mit einem Tragwerk 10 mit einer Windkraftanlage 12 beim Transport, beim Absenken der Schwergewichtsgründung und mit vor Ort abgesenkter Schwergewichtsgründung 1.
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Das Tragwerk 10 ist ein in der offenen See schwimmendes und über Abspannmittel 13 mit der Schwergewichtsgründung 1 verbundenes Tragwerk 10 für die Windkraftanlage 12. Das Tragwerk 10 selbst weist ein unter Wasser angeordnetes erstes Bestandteil mit Auftriebskörpern 14 und ein die Wasseroberfläche 15 durchschneidendes zweites Bestandteil auf. Der unter der Wasseroberfläche 15 angeordnete erste Bestandteil besitzt an den Eckpunkten eines Vierecks angeordnete und sich in der Senkrechten zu einer Ebene erstreckende Auftriebskörper 14. An diese ist der die Wasseroberfläche 15 durchschneidende zweite Bestandteil des Tragwerks 10 gekoppelt. Die Auftriebskörper 14 sind miteinander verbunden. Die Verbindung können Rohre sein, die selbst gleichzeitig dem Auftrieb dienen. Die Innenräume der Auftriebskörper 14 und die der Rohre können dazu vorteilhafterweise einen Hohlraum begrenzen. Der Auftriebskörper 14 kann ein Hohlzylinder mit einer Grundplatte und einer Deckplatte sein. Der zweite Bestandteil des Tragwerks 10 besitzt die Wasseroberfläche 15 schneidende Tragelemente und Tragmittel für den Turm 11 der Windkraftanlage 12.
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Die schwimmende Schwergewichtsgründung 1 besitzt teilweise geflutete Kammern 3, die sich absenkende Schwergewichtsgründung 1 weiter teilgeflutete Kammern 3 und die abgesenkte Schwergewichtsgründung 1 geflutete Kammern 3. Die schwimmende Schwergewichtsgründung 1 und das schwimmende flutbare Auftriebskörper 14 aufweisende Tragwerk 10 sind dazu miteinander verbunden, wobei die Schwergewichtsgründung 1 und das Tragwerk 10 vor Ort nacheinander eine durch Flutung der Kammern 3 absenkbare Schwergewichtsgründung 1 und danach ein durch Flutung der Auftriebskörper 14 absenkbares Tragwerk 10 sind. Die unter die Wasseroberfläche 15 abgesenkten Auftriebskörper 14 des Tragwerks 10 werden in ihrer Position gegenüber der Schwergewichtsgründung 1 mit Luft befüllt, so dass das Tragwerk 10 ein schwimmendes Tragwerk 10 ist und sich der zweite Bestandteil unter der Wasseroberfläche 15 befindet. Die Auftriebskörper 14 weisen dazu einen Hohlraum auf, der zur Positionierung als Unterwassertragwerk ein sowohl mit Seewasser flutbarer als auch mit einem gasförmigen Medium als Luft befüllbarer Hohlraum der Auftriebskörper 14 ist. Die Schwergewchtsgründung 1 befindet sich auf dem Boden 16 der See und ist über die Abspannmittel 13 mit dem Tragwerk 10 verbunden. Diese können vertikal orientiert und/oder schräg verlaufend angeordnet sein. Die Auftriebskörper 14 des Tragwerks 10 können auch nicht flutbar ausgebildet sein, wobei das Tragwerk 10 vor Ort an den Abspannmitteln 13 herabgezogen werden kann. Vorteilhafterweise können die Grundflächen der Schwergewichtsgründung 1 und des Tragwerks 10 gleich ausgebildet sein, wobei diese die gleichen Abmessungen aufweisen können.
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Eine autark schwimmfähige Schwergewichtsgründung 1 zur Verbindung mit einer schwimmfähigen Offshore-Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie weist anstelle des Turms 11 der Windkraftanlage 12 einen Träger mit Solarmodulen auf.
