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Die
Erfindung betrifft einen Träger
mit Sonnenstandsnachführung
mit Solarmodul gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Derartige
Träger
für Solarmodule
in Form von insbesondere Kollektoren, Absorbern, Reflektoren oder
Photovoltaik-Modulen sind bekannt. Damit die Wirkungsgrade der Solarmodule
erhöht
werden, weisen derartige bekannte Träger Einrichtungen auf, mittels
welcher Solarmodule der Sonne nachgeführt werden können.
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Eine
Vorrichtung zum Nachführen
von Sonnenkollektoren ist bspw. aus
DE 297 07 201 U1 bekannt. Diese u.a. mit
einem Sonnenkollektor versehene Vorrichtung, ist in mehreren Achsen
beweglich und kann der Sonne nachgeführt werden, wobei der vorgesehene
Antriebsmotor im Inneren eines Ständers angeordnet ist und das
Oberteil, welches das geneigte und nachgeführte Solarmodul trägt, als
zylindrische Hülse
ausgebildet ist und topfartig den Ständer übergreift. Durch den innen
liegenden Antriebsmotor ist nicht nur eine relativ große Dimensionierung
von Ständer
und Oberteil erforderlich, sondern ein hoher konstruktiver baulicher
Aufwand entsteht vor allem dadurch, dass einerseits zylindrische Passstücke in relativ
großen
Abmessungen gefertigt werden müssen
und darüber
hinaus die Lagerung zwischen Ständer
und Oberteil ebenfalls groß dimensioniert
und an die jeweilige Größe angepasst
werden muss.
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Darüber hinaus
ist in
DE 101 92 244
B4 eine Nachführvorrichtung
zur Nachführung
eines Solarmoduls nach dem Stand der Sonne bekannt, bei welchem
ein das eigentliche Solarmodul tragender flächiger Träger über eine im wesentlichen horizontale und
eine im wesentlichen vertikale Drehachse drehbar angeordnet ist.
Die Lagerung des Flächentragmoduls
und des rahmenförmig
ausgebildeten Oberteils am im Boden verankerbaren Ständer erfolgt über eine
als Konusspitze ausgebildete Lagerung sowie über eine weitere Lagerung,
welche am unteren Ende des Oberteils angeordnet ist. Die rahmenförmige Konstruktion
des bekannten Trägers
soll dazu dienen, etwaige Querkräfte
aus bspw. einer Windbelastung durch diese beiden Lager aufzunehmen.
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Des
Weiteren ist in
DE
101 62 116 B4 eine Solaranlage beschrieben, welche mehrere
Solareinheiten aufweist, welche jeweils auf entsprechenden Tragkonstruktionen
gelagert sind und über
die im Wesentlichen vertikal zur Erdoberfläche angeordnete Drehachse dem
Sonnenlauf nachführbar
sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind Übertragungsmittel vorgesehen,
um eine Stellbewegung zwischen mehreren Solareinheiten zu koppeln.
Der Träger
für diese
bekannte Solaranlage besteht wiederum aus einem Ständer und
einem Oberteil, welches topfartig über das Oberteil des Ständers gestülpt ist
und gegenüber
diesem zusammen mit einem das Solarmodul tragenden Flächentragwerk
drehbar gelagert ist. Das als Justier- und Lagerelement bezeichnete
Lager zwischen Ständer
und Oberteil ist entsprechend den Außenmaßen des Ständers und auch den Innenmaßen des
Oberteils dimensioniert, d. h. auf deren Bemessung abgestimmt bzw.
an deren Abmessungen angepasst. Für heutige Solaranlagen gibt
es eine Tendenz nach immer größeren Flächen an
einem jeweiligen Träger,
um die absolute Ausbeute an Sonnenenergie zu erhöhen. Allein durch die Tragkonstruktion
ergeben sich dadurch erhebliche Gewichte, welche durch die beschriebenen
Lagerelemente aufzunehmen sind. Zusätzlich muss durch diese Lagerelemente
bei immer größeren Flächen auch
mit größeren Winddrücken und
damit zusätzlichen
nicht unerheblichen Kräften
gerechnet werden. Da jedoch Solarmodule mit unterschiedlich großen Flächen für unterschiedliche
Anforderungen und Gegebenheiten in der Praxis eingesetzt werden,
werden deren Träger
an die jeweilige Größe angepasst.
Für jede
Größe ist entsprechend
der beschriebenen Vorrichtung eine entsprechend unterschiedliche
Dimensionierung des Lagers zwischen Ständer und Oberteil erforderlich,
was den konstruktiven und damit den Kostenaufwand für derartige
Anlagen in nachteiliger Weise erhöht.
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Den
bekannten Einrichtungen ist gemein, dass sowohl für eine entsprechende
Sonnenstandsnachführung
als auch für
eine entsprechende Aufnahme der Belastung des Drehlagers zwischen Oberteil
und Ständer
gesorgt worden ist. Ein Hinweis zur Aufnahme von axialen Zugkräften an
diesen Drehlagern ist diesem Stand der Technik nicht entnehmbar.
Dabei ist des Weiteren zu beachten, dass bei höheren Windstärken auch
erhebliche axiale Zugkräfte
auf derartige paneelartig an einem Träger angebrachte Solarmodule
wirken können,
was insbesondere dann der Fall ist, wenn relative große Flächen von
Panelen an den Trägern
angebracht sind.
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Zwar
ist aus
DE 195 25
994 A1 ein Drehstuhl für
eine Solarkollektoranlage beschrieben, bei welcher das als Drehteil
ausgebildete schwenkbare Tragelement mit einem Nadel-Axial-Kugellager
versehen ist, wobei eine Schraubsicherung das Abheben des Drehteiles
verhindern soll. Wiederum ist die grundlegende Konstruktion zur
Aufnahme großer Gewichte
von Solarmodulpanelen ein relativ groß dimensionierter Träger, welcher
durch ein topfartiges Oberteil übergriffen
wird. Zwischen dem Umfang des oberen Bereiches des Trägers und
der Innenwandung des Oberteiles im Bereich von dessen Boden ist ein
Radial-Drehlager vorgesehen, an welchem die Schraubsicherung angebracht
ist. Die Schraubsicherung ist so ausgebildet, dass sie die Wandung
des topfartigen Oberteiles durchgreift und in einer Einschnürung des
Nadel-Axial-Kugellagers geführt
ist. Zum einen erfordert diese Konstruktion, dass das Lager entsprechend
den großen
Abmessungen von Ständer
und Oberteil entsprechend groß ausgebildet sein
muss und darüber
hinaus an die Abmessungen von Ständer
und Oberteil exakt, d. h. passgenau anzupassen ist. Für unterschiedlich
dimensionierte Ständer
und Oberteile sind dadurch unterschiedliche Lager erforderlich,
was den konstruktiven und den Kostenaufwand nachteilig ansteigen
lässt.
Darüber hinaus
handelt es sich bei der Schraubsicherung um eine Konstruktion, welche
erhebliche axiale Zugkräfte,
welche insbesondere durch hohe Windbelastungen auf die Solarmodulpaneele
wirken können,
nicht zuverlässig
widerstehen können.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Lagerung eines zweigeteilten
Trägers
mit einer Sonnenstandsnachführung
für ein
Solarmodul kostengünstig
herzustellen, einfach in seiner Konstruktion, mit geringem Wartungsaufwand,
mit Eignung für
hohe Windlasten in jedweder Richtung sowie für hohe axiale Gewichtslasten
zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Träger
mit Sonnenstandsnachführung
für ein
Solarmodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Gemäß der Erfindung
weist der Träger
eine Sonnenstandsführung
für ein
Solarmodul auf, wobei das Solarmodul vorzugsweise zweiachsig verschwenkbar
ist. Der Träger
weist dabei einen Ständer,
welcher im Boden oder an diesem verankerbar ist, ein Oberteil, welches
zylinderhülsenförmig, d.
h. topfförmig
ausgebildet ist und das obere Ende des Ständers überkragt und gegenüber diesem
drehbar gelagert ist, sowie ein an dem Oberteil befestigtes Flächentragwerk
auf, welches der Aufnahme des Solarmoduls dient. Das Flächentragwerk
ist gegenüber der
Längsachse
des Ständers
entsprechend dem Sonnenstand geneigt und kann je nach Sonnenstand und
Jahreszeit sowie tageszeitlich bedingter Sonnenrichtung der Sonne
nachgeführt
werden, und zwar zusammen mit dem Oberteil.
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Das
vorzugsweise topfartig ausgebildete Oberteil weist einen Boden auf,
und die Oberseite des Ständers
ist mit einem Deckel abgeschlossen. Das Oberteil ist gegenüber dem
Ständer
so bemessen, dass es den oberen Bereich des Ständers überkragt, d. h. dass das Oberteil
topfartig über
den Ständer
geschoben werden kann. Zwischen dem Boden des Oberteils und dem
Deckel des Ständers
ist ein Axialdrehlager angeordnet, welches im Innern eine Bohrung
aufweist und durch einen Bolzen, welcher den Deckel, die Öffnung des
Axialdrehlagers und den Boden des Oberteils durchgreift und diese
miteinander verschraubt, so dass eine feste drehbare Verbindung
zwischen dem Oberteil und dem Ständer
dergestalt ausgebildet ist, dass sowohl Axialzug- als auch Axialdruckkräfte zuverlässig und
in sämtlichen
während
des Betriebs auftretenden Größen aufnehmbar sind.
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Ein
wesentlicher Vorteil einer derartigen Konstruktion besteht darin,
dass die Verwendung eines Axialdrehlagers in Verbindung mit der
Verschraubung von Oberteil und Ständer den Einsatz einer Lagerung
ermöglicht,
welche hinsichtlich der Dimensionierung von Ständer und Oberteil abgekoppelt
ist. D: h. das Axialdrehlager kann in seinem Durchmesser deutlich
kleiner ausgebildet sein als die für große Sonnenpaneele erforderlichen
relativ großen
Durchmesser des Ständers
und des Oberteils, welche durchaus im Bereich von deutlich über 200
mm liegen können.
Derartige Axialdrehlager sind einfach im Aufbau, kostengünstig und
erlauben eine einfache und wartungsarme Trägerkonstruktion. Darüber hinaus
kann selbst für
unterschiedliche Durchmesser-Abmessungen des Trägers immer stets ein und dasselbe
Axialdrehlager verwendet werden. Auch dieser Aspekt führt dazu,
dass der Wartungsaufwand für
die Träger
bzw. Solaranlagen insgesamt gering gehalten wird. Vor allem aber
ermöglicht
die erfindungsgemäße Konstruktion,
dass auch hohe Windlasten in jedweder Richtung, nämlich auch
in axialer Richtung, zuverlässig
aufgenommen werden können.
Die Aufnahme hoher axialer Gewichtslasten ist aus zwei Aspekten
wesentlich. Einerseits führt
eine immer größere Fläche an Solarmodulen
pro Träger zu
höheren
Gewichtslasten, d. h. Axial-Druckkräften auf den Ständer. Anderseits
können
heftige Winde zu erheblichen Axial-Zugkräften führen, die jedoch zuverlässig von
der Konstruktion gemäß der Erfindung aufgenommen
werden können.
Darüber
hinaus erschwert die erfindungsgemäße Konstruktion den Diebstahl
der Sonnenpaneele, was in jüngster
Zeit zunehmend zu einem Problem geworden ist.
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Bevorzugt
ist das Axialdrehlager als Axial-Gelenklager mit Gleitpaarung zwischen
einem Außenring
und einem darin gelagerten Innenring ausgebildet, wobei der Innenring
formkonform zum Außenring
ballig ausgebildet ist, wobei die Gleitpaarung vorzugsweise durch
eine PTFE-Beschichtung auf dem Gleitbereich auf dem Innern des Außenringes
angeordnet ist. Derartige Axial-Gelenklager
sind als handelsübliche
Lager kostengünstig
erhältlich.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Art von Lager besteht darin, dass
hohe Axialdruckkräfte
aufnehmbar sind, dass aber gleichermaßen seitliche Windkräfte von
einem derartigen Lager ebenfalls in beträchtlichen Größen, wie
sie in der Praxis immer wieder auftreten können, aufnehmbar sind. Vorzugsweise
ist der Durchmesser des Axialdrehlagers klein gegenüber dem
jeweiligen Durchmesser von Oberteil und Ständer, ohne dass die Aufnahme der
hohen Axial- und Seitenkräfte
in irgendeiner Weise eingeschränkt
ist. Die Entkopplung der Dimensionierung des Lagers von der Dimensionierung
des aus Oberteil und Ständer
bestehenden Trägers
bietet den Vorteil, ein und dasselbe Lager für unterschiedliche Trägerabmessungen
einzusetzen. Damit das topfartige Oberteil sich zuverlässig und ohne
merkenswertes Kippen um den Ständer
drehen kann, ist zwischen dem Innern des überkragenden Endes des Oberteils
und dem Äußeren des
Ständers in
diesem Bereich ein Gleitring angeordnet, welcher vorzugsweise aus
PTFE ausgebildet ist und somit die Drehbewegung des Oberteils gegenüber dem
Ständer
zuverlässig
führt.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
detailliert erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines kompletten Trägers für ein Solarmodul einschließlich einer
Verankerungseinrichtung im Boden;
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2 ein
gemäß der Erfindung
verwendetes Axialdrehlager in teilweise aufgeschnittener und bemaßter Darstellung;
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3 ein
hülsenförmiges Oberteil
mit Getriebe für
einen Drehantrieb;
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4 einen
Schnitt durch die Verschraubung im Bereich des Bodens des Oberteils
und des Deckels des Ständers
mit dazwischen angeordnetem Axialdrehlager gemäß der Erfindung; und
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5 eine
Teilschnittdarstellung durch den Bereich des Trägers, an welchem zwischen Oberteil und
Ständer
ein Gleitring angeordnet ist.
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In 1 ist
ein kompletter erfindungsgemäßer Träger 1 mit
einer Sonnenstandsnachführung 2 und
auf einem der Sonne zugeneigten Flächentragwerk 6 angeordnetem
Solarmodul 7 gezeigt. Der Träger 1 weist einen
Ständer 4,
welcher mit einer Verankerungsvorrichtung 21 in Form eines
Bodenschraubfundamentes versehen ist und ein Oberteil 5 auf.
Das Oberteil 5 ist topfartig bzw. hülsenartig ausgebildet, ist
mit einem (in 1 nicht bezeichneten) Boden 19 verschlossen
und – den
Ständer
in sich aufnehmend – über das
obere Ende desselben gestülpt.
Mit der Verankerung 21 ist der Träger 1 im Erdreich
verankert. Selbstverständlich
kann die Verankerung auch in einem speziell vorgesehenen Fundament
bspw. einem Betonfundament erfolgen. Am Boden der Hülse sind
nach oben stehende Bleche angeordnet, zwischen welchen ein Doppelknieblech
angeordnet ist, welches seinerseits das Flächentragwerk 6 und
das daran angebrachte Solarmodul 7 in geneigter Form trägt. Zwischen
dem unterhalb des Doppelkniebleches angeordneten Bereich des Flächentragwerks 6 und
dem Oberteil 5 ist eine zusätzliche Strebe 18 zu Erhöhung der
Stabilität
vorgesehen. Die Strebe 18 dient u. a. dazu, Windkräfte aus
dem Flächentragwerk 6 in
den Träger 1 einzuleiten.
Zwischen dem Boden 19 des Oberteils 5 und einem
in 1 nicht sichtbarem Deckel 20, welcher
die Oberseite des Ständers 4 abschließt, ist
ein in dieser Figur nicht detailliert gezeigtes Axial-Drehlager 9 angeordnet.
Die konstruktive Ausgestaltung der Anordnung dieses Drehlagers 9 ist
insbesondere aus 4 ersichtlich.
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An
der Außenseite
des zylinderförmigen Oberteils 5 ist
an dessen unterem Ende ein Zahnkranz 17 angeordnet, mit
welchem ein auf der Abtriebswelle eines Antriebsmotors sitzendes
Ritzel 16 in Eingriff sitzt. Der Antriebsmotor 15 seinerseits
ist am Ständer 4 befestigt,
so dass bei Betätigung
des Antriebsmotors 15 das Oberteil 5 mit dem Flächentragwerk 6 und
dem daran befestigten Solarmodul 7 im Sinne einer Sonnstandsnachführung 2 der
Sonne nachgeführt
werden kann. Durch die Neigung des Flächentragwerks 6 mit
dem Solarmodul 7 gegenüber
der Längsachse 8 des
Trägers
und die Drehung des Oberteils 5 gegenüber dem Ständer 4 mittels der Sonnenstandsnachführung 2 ist
somit eine optimierte Sonnenstandsnachführung zur Berücksichtigung
des tageszeitbedingten Höhen-
und Richtungsstandes der Sonne ermöglicht.
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In 2 ist
in räumlicher
Darstellung in teilweise aufgeschnittener Form das Axialdrehlager 9 dargestellt.
Das Axialdrehlager 9 weist einen Unterring bzw. Außenring 11,
welcher nach innen weisend zur Erzielung einer Gleitpaarung 10 eine
gleitvermindernde Beschichtung, welche als PTFE-Beschichtung ausgebildet
ist, aufweist und auf welcher ein oberer bzw. Innenring 12 getragen
ist. Die Gleitflächen
des Innenrings 12 und des Außenringes 11 sind dabei
formkongruent zueinander ausgebildet, wobei die Gleitfläche des
Innenringes 12 ballig und die des Außenringes 11 formkongruent
dazu als konkave Fläche
ausgebildet sind. Diese spezielle Ausbildung des Lagers hat den
Vorteil, dass sowohl Axialkräfte wie
auch Radialkräfte
bzw. Seitenkräfte
durch ein und dasselbe Lager aufgenommen werden können. Der
Durchmesser D des Außenringes 11 ist
dabei deutlich kleiner als der Innendurchmesser des Oberteils 5 bzw.
der Außendurchmesser
des Ständers 4. Das
Lager weist in seinem Inneren eine Durchgangsöffnung auf, dessen kleinster
Durchmesser d durch die Öffnung
im Innenring 12 gebildet ist. Dadurch, dass der Innenring 12 in
seiner Lagerung im Außenring 11 auch
eine seitliche taumelartige Bewegung ausführen kann, ist ein weiterer
Vorteil der Verwendung eines derartigen Lagers gegeben, weil nämlich nur
eine relativ geringe Präzision
bei der Fertigung erforderlich ist. Gewisse Abweichungen in der
Parallelität
zwischen dem Boden 19 des Oberteils 5 und dem
Deckel 20 des Ständers 4 werden
durch das Axialdrehlager 9 ohne weiteres ausgeglichen.
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In 3 ist
der im Wesentlichen oberirdische Teil des Ständers 4 gezeigt, welcher
mit einem nicht bezeichneten Flansch mit dem Verankerungsteil 21 zur
Verankerung im Erdreich 3 verbindbar ist. An dem Ständer 4 ist
ein Ritzel 16 dargestellt, welches an einer Abtriebswelle
eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotors befestigt ist,
wobei der Antriebsmotor über
eine Grundplatte mit dem Ständer 4 verbunden ist. Über den
oberen Teil des Ständers 4 ist
topfartig das Oberteil 5 gestülpt, welches an seinem unteren Rand
einen Zahnkranz 17 aufweist, welcher mit dem Ritzel 16 zur
antreibenden Verbindung kämmt.
Am oberen Ende des Oberteils 5 ist ein Boden 19 angeordnet,
sodass das Oberteil 5 nach oben hin verschlossen ist. Der
Boden 19 trägt
nicht bezeichnete Flansche, welche mit dem in 1 dargestellten,
jedoch nicht spezifisch bezeichneten Doppelknieblech verbindbar
sind, mittels welchem das Flächentragwerk 6 für das Solarmodul 7 gehalten
bzw. mit dem Oberteil 5 verbunden ist.
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In 4 ist
eine Teilschnittansicht durch den mit dem Deckel 20 verschlossenen
oberen Teil des Ständers 4,
das Axialdrehlager 9 und den das Oberteil 5 nach
oben verschließenden
Boden 19 gezeigt. Sowohl der Deckel des Ständers 4 als
auch der Boden 19 des Oberteils 5 weisen mittig
im Bereich der Längsachse 8 des
Trägers 1 Durchgangsöffnungen auf,
durch welche einschließlich
durch das Axialdrehlager 9 ein Bolzen 13 gesteckt
ist, welcher mit einer nicht bezeichneten Mutter auf der nach außen weisenden
Oberseite des Bodens 19 des Oberteils 5 festgelegt
ist. Durch den Bolzen ist eine zuverlässige Verbindung zwischen dem
Oberteil 5 und dem Ständer 4 gewährleistet,
welche sowohl axial gerichtete Druckkräfte als auch axial gerichtete
Zugkräfte
sowie Seitenkräfte
zuverlässig
aufnehmen kann, ohne dass das Oberteil 5 im Bereich seines
Bodens im Innern gegenüber
der Außenkontur
des oberen Bereiches des Ständers 4 abgestützt sein
muss. Damit ist das jedwede lastenaufnehmende Axialdrehlager 9 abgekoppelt
von der Dimensionierung des Ständers
und des Oberteils, sodass für
jede Abmessung des Ständers 4 und
des Oberteils 5 ein und dasselbe Axialdrehlager 9 Anwendung
finden kann.
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Schließlich ist
in 5 der Vollständigkeit halber
der untere Bereich des Oberteiles 5 dargestellt, an welchem
der Zahnkranz 17 andeutungsweise eingezeichnet ist. Zwischen
dem unteren, nach unten offenen Ende des Oberteils 5 und
der Außenkontur
des Ständers 4 ist
in diesem Bereich ein Gleitring 14 angeordnet, welcher
insbesondere aus PFTE gefertigt ist. Dieser Gleitring stellt die
axiale Führung des
Oberteils 5 gegenüber
dem Ständer 4 sicher
und kann entweder an der Innenseite des Oberteils 5 oder
auch an der Außenseite
des Ständers 4 befestigt
sein.
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Durch
die erfindungsgemäße Konstruktion ist
es somit möglich,
jede Art von Windkräften
einschließlich
erheblicher Axial-Zugkräfte
zuverlässig
im Träger
aufzunehmen und auch die Diebstahlssicherheit zu erhöhen.
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- 1
- Träger
- 2
- Sonnenstandsnachführung
- 3
- Erdreich
- 4
- Ständer
- 5
- Oberteil
- 6
- Flächentragwerk
- 7
- Solarmodul
- 8
- Längsachse
- 9
- Axialdrehlager
- 10
- Gleitpaarung
- 11
- Außenring
- 12
- Innenring
- 13
- Bolzen
- 14
- Gleitring
- 15
- Antriebsmotor
- 16
- Ritzel
- 17
- Zahnkranz
- 18
- Strebe
- 19
- Boden
- 20
- Deckel
- 21
- Verankerung