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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem System zur Befestigung
von – insbesondere flachen – Bauteilen verschiedenster
Art an einer parallel dazu liegenden Fläche. Insbesondere
schafft die Erfindung ein System zur Befestigung von Photovoltaikmodulen
an einem Trapezdach.
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Photovoltaikmodule
werden in herkömmlichen Systemen in der Regel in einer
Art Schienen, sogenannten Stützprofilen, geführt.
Diese Stützprofile werden in korrespondierenden Halteprofilen
aufgenommen, die wiederum auf Dächern befestigt werden.
In herkömmlichen Systemen werden die Stützprofile
an den Halteprofilen über Gleitmuttern und darin eingeschraubte
Schrauben befestigt, die in den Profilen verschoben werden können
und die Profile durch Anziehen der Schrauben in den Gleitmuttern gegeneinander
verklemmen. Alternativ wird bei besonders belasteten derartigen
Befestigungen mitunter auch nach dem Ausrichten der Stütz-
und Halteprofile aneinander ein Loch durch Stütz- und Halteprofil
gebohrt, über das die Gleitmutter geschoben wird. Eine
durch ein solches Loch gesteckte und in die Gleitmutter eingeschraubte
Schraube verbindet somit die Stütz- und Halteprofile dauerhaft.
Allerdings ist dies – unter anderem durch das zusätzlich
nötige Bohren der Löcher während der
Montage – ein sehr aufwändiges Vorgehen.
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Alternativ
können die Module beispielsweise auch in den Schienen verklebt
werden. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise zeigt die
DE 10 2004 009 935 .
Sie betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Plattenelementen
an Profilschienen, wobei jedes Plattenelement mit Hilfe von Schnellbefestigern
an Profilschienen festgelegt ist, die zuvor beispielsweise an einer
Dachkonstruktion befestigt wurden. Hierbei sind an der Unterseite
jedes Plattenelements gleichmäßig verteilt wenigstens
drei Schnellbefestiger angeschweißt, angelötet,
angeschraubt oder angeklebt. Das jeweilige Plattenelement wird nach
dem (nur beim Verkleben erforderlichen) Härten des Klebers mit
den angebrachten Schnellbefestigern so gegen die Profilschienen
gedrückt, dass die selbstrastend ausgebildeten Schnellbefestiger
in den Profilschienen einrasten.
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Die
DE 20 2008 011 312
U1 zeigt beispielsweise ein Verriegelungssystem zum Verriegeln
eines flächigen Solarmoduls an parallel zueinander verlaufenden
Stützprofilen. An der den Stützprofilen zugewandten
Unterseite des Solarmoduls sind zu den Stützprofilen passende
Halteprofile angebracht. Mehrere Haltenasen sind an den Profilen
vorgesehen. Genauer steht eine erste Haltenase an jedem Stützprofil
im Wesentlichen längs zu dessen Oberkante und quer zu dessen
Erstreckungsrichtung vor, während an jedem Halteprofil
in Querrichtung zur Erstreckung desselben und parallel sowie beabstandet zur
Unterseite des zugeordneten Solarmoduls jeweils eine zweite Haltenase
angeordnet ist, die bei einem auf dem Halteprofil aufliegenden Solarmodul
in einer zur ersten Haltenase entgegengesetzte Richtung vorsteht.
Während der Montage eines Solarmoduls werden die Halteprofile,
die am Solarmodul befestigt sind, in die Stützprofile geschoben
und die ersten und zweiten Haltenasen übergreifen in der
Montageendstellung einander derart, dass ein Abheben des Solarmoduls
von den Stützprofilen verhindert wird. Zum Verriegeln des
Solarmoduls an den Stützprofilen weisen diese an der dem
Solarmodul zugewandten Oberseite eine sich in Profillängsrichtung erstreckende
Verriegelungsnut auf, der im fertig montierten Zustand des Solarmoduls
(d. h. bei übereinanderliegenden Haltenasen) eine zweite
Verriegelungsnut gegenüberliegt, die in die der Oberseite
der der Stützprofile zugewandte Unterseite der Halteprofile eingearbeitet
ist. In den von den beiden Nuten abgegrenzten Innenkanal ist von
der Seite des fertig montierten Solarmoduls aus ein Verriegelungsfinger
einschiebbar, der im eingeschobenen Zustand ein Auseinanderbewegen
der miteinander in Eingriff stehenden ersten und zweiten Haltenasen
verhindert.
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Weiterhin
ist aus der
DE
20 2004 015 811 U1 eine Befestigungsvorrichtung für
einen Sonnenkollektor mit einer Abwinklung an der Unterseite eines einfassenden
Rahmens bekannt, die mindestens eine Trägerschiene zur
Befestigung auf zugeordneten Dachhaken umfasst. Ein in oder an einer
U-förmigen Profilschiene geführtes Unterteil ist über
mindestens einen Steg, der mindestens einer Sollbruchstelle aufweist,
am Unterteil oder an einem Distanzelement auf Abstand zu einem in
den Rahmen des Sonnenkollektors eingreifenden Oberteil gehalten.
Mindestens eine die Teile vertikal durchgreifende Schraube bewirkt
bei der Montage eine Vorspannkraft, durch die der Steg am Unterteil
oder am Distanzelement an der Sollbruchstelle bricht. Aufgrund des
Bruchs ist eine weitere Verwendung der Teile, z. B. nach einem versehentlichen
Anziehen der Schraube oder beim Austausch von schadhaften Kollektoren,
nicht möglich.
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Ein
noch anderes Beispiel für derartige Befestigungselemente
zeigt die
DE 20
2009 011 708 U1 , die die Grundlage für den Oberbegriff
des Anspruchs 1 bildet. Diese Druckschrift zielt darauf ab, die
Nachteile der vorstehend genannten Entgegenhaltungen zu vermeiden.
Insbesondere versucht sie ein Befestigungselement für Solarmodule
zu schaffen, das leicht und verdrehsicher montierbar sowie wiederverwendbar
ist. Dazu wird ähnlich wie in den vorgenannten Schriften
ein Paar von rechteckigen Profilstäben parallel zueinander
auf einer Unterkonstruktion, beispielsweise einem Dach, befestigt.
Die Profilstäbe weisen hinterschnittene Befestigungsnuten
auf, in denen Einhängenuten eines Befestigungselements
aufgenommen werden können. Um zwei Profilstäbe
kreuzweise zueinander ausgerichtet aufeinander zu montieren (wobei
beispielsweise der untere Stab am Dach und der obere Stab an einem
Solarmodul befestigt ist), sind Flachprofile vorgesehen, die jeweils
mit Führungsnasen in Nuten eingreifen, die in den Profilstäben
gebildet sind. Darüber hinaus weisen die Flachprofile Durchgangsbohrungen
auf, durch die sie mit in den Profilstäben geführten
Gleitmuttern oder mit den Profilen selbst über Schrauben verbunden
und dadurch in den Schienen festgelegt werden können.
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Die
Einhängenuten werden in die Profilstäbe eingehängt.
Dann wird das Befestigungselement durch eine Schraube am Profilstab
gesichert, die in ein senkrecht zu den Einhängenuten in
das Befestigungselement geschnittenes Gewinde geschraubt ist.
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Bei
derartigen Befestigungen muss naturgemäß auf eine
relativ genau parallele Montage der Profilschienen einer Ebene geachtet
werden, um die Solarmodule auf dem Dach in die Schienen einsetzen
zu können. Kleinere Montageungenauigkeiten können über
entsprechend ausgebildete Langlöcher z. B. in den genannten
Flachprofilen ausgeglichen werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
die Montage von plattenförmigen Modulen auf einem Dach
weiter zu vereinfachen und gleichzeitig die Kosten für
die Befestigung von Modulen zu verringern.
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Ein
entsprechendes erfindungsgemäßes Befestigungssystem
besteht aus einer grundflächenseitigen Verankerung, einer
modulseitigen Tragkonstruktion und einer Verbindungsanordnung, bei
der ein stabförmiges Element vorab mittels einer quer zu dessen
Längsrichtung durch das stabförmige Element geschraubten
Befestigungsschraube mit der modulseitigen Tragkonstruktion verschraubt
ist. Dieser Komplettaufbau wird mit der grundflächenseitigen
Verankerung dadurch verbunden, dass das stabförmige Element
in seiner Dickenrichtung und der dazu parallelen Tiefenrichtung
eines Langlochs schräg durch das dazu mit einer Spielpassung
passende Langloch in der grundflächenseitigen Verankerung
geschoben und anschließend beim Anziehen gegenüber
dem Langloch so verdreht wird, dass sich das stabförmige
Element beim weiteren Anziehen gegen die Unterseite des Langlochs
verkantet. Dadurch wird erreicht, dass die Tragkonstruktion als
ein vormontiertes Bauteil von oben in die grundflächenseitige
Verankerung eingefügt werden kann, wodurch die Montage
erleichtert wird.
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Die
erfindungsgemäße Befestigung ermöglicht
insbesondere den Verzicht auf bisher verwendete Profilschienen und
ergibt dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Befestigungssystemen
eine Material- und damit Kosteneinsparung. Zudem wird die Montage
durch Wegfall der Ebene der Schienen wesentlich vereinfacht.
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Besonders
bevorzugt weist die grundflächenseitige Verankerung einen
Anschlag auf, an dem das stabförmige Element anschlägt.
Wenn die Befestigungsschraube im stabförmiges Element angezogen
werden soll, kann sich das Element mitdrehen, bis es an einem Anschlag
anschlägt. Der Anschlag verhindert dann das Weiterdrehen
des Elements und erleichtert dadurch den Zusammenbau.
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Besonders
bevorzugt wird als modulseitige Tragkonstruktion ein Winkel verwendet.
Ein solcher Winkel führt außerdem dazu, dass ein
Teil des Winkels als ein Anschlag für das stabförmige
Element wirken kann, wenn ausgehend von der Mitte der Verschraubung
eine Seite des stabförmiges Elements lang genug ist, um
sich nicht an diesem Anschlag vorbei zu drehen. Um dies in jeder
Stellung der modulseitigen Tragkonstruktion im Langloch zu erreichen,
muss jedoch eine Seite des stabförmigen Elements ausgehend
von einem Gewindeloch im stabförmigen Element, durch das
die Befestigungsschraube geschraubt ist, länger als das
Langloch sein. In diesem Fall muss darüber hinaus die zweite Seite
des stabförmigen Elements kürzer als die Länge
des Langlochs sein, damit die Verbindungsanordnung zusammenmontiert
durch das Langloch geführt werden kann. Somit teilt die
Gewindebohrung das stabförmige Element in diesem Fall in
einen kürzeren und einen längeren Teil.
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Die
modulseitige Tragkonstruktion kann als ein Blechteil ausgeführt
werden, wobei das Langloch beispielsweise eingestanzt sein kann.
Selbstverständlich ist auch dann eine Winkelform möglich.
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Wenn
das stabförmige Element einen kürzeren und einen
längeren Teil aufweist, ist die Länge des längeren
Teils vorzugsweise so groß, dass das längere Teil
beim Drehen des stabförmigen Elements an einem Anschlag
anstößt. Auf diese Weise ist das stabförmige
Element im montierten Zustand immer in einer bestimmten Stellung
festgelegt und kann beispielsweise so festgelegt sein, dass es nicht
aus dem System herausragt. So kann es nicht zu einer Stolperfalle
werden und wird zugleich vom Modul vor der Witterung geschützt.
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Das
kürzere Teil muss zwei Bedingungen erfüllen: Zum
einen muss es kurz genug sein, um mit eingeschraubter Befestigungsschraube
noch durch das Langloch führbar zu sein, ohne zu verkanten.
Daher muss seine Länge kleiner als die Länge des Langlochs
sein. Zum anderen muss es jedoch lang genug sein, um auch im ungünstigsten
Fall noch eine ausreichende Auflagefläche neben dem Langloch
zu bieten, um die zulässige Flächenpressung zwischen dem
stabförmigen Element und dem Material der Tragkonstruktion
um das Langloch nicht zu überschreiten.
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Das
Innengewinde des stabförmigen Elements und/oder das Außengewinde
der Befestigungsschraube sind vorzugsweise selbsthemmend ausgeführt.
Durch die Selbsthemmung wird das stabförmige Element beim
Drehen der Befestigungsschraube zum Anziehen nach dem Montieren
durch das Langloch zunächst mitgenommen, bis es am Anschlag
oder einem Gegenhalter anschlägt. Auf diese Weise wird
die Montage erleichtert, weil das stabförmige Element nicht
mehr festgehalten werden muss.
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Besonders
einfach kann die Selbsthemmung des Gewindes durch eine leichte Verformung
des Innen- oder Außengewindes erfolgen. Eine derartige Verformung
kann beispielsweise durch ein Ankörnen des Innengewindes
oder anderweitig definiertes Verformen des Innengewindes oder ein
vorsichtiges Einspannen des Außengewindes, beispielsweise
in einem Schraubstock oder einer Zange, erfolgen. Dadurch kann eine
geringfügige Verformung der Gewindeflächen bewirkt
werden, die zu der gewünschten Hemmung führt.
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Für
die Befestigungsschraube sind abhängig von ihrer Festigkeit
und ihrem Durchmesser bestimmte Anzugsmomente vorgeschrieben. Bei
der herkömmlichen Montage werden diese entweder (bei engen
Toleranzen) über Anziehen mittels eines Drehmomentschlüssels
oder (bei großen Toleranzen) auf Grund der Erfahrung des
und Kraft des Montierenden mittels Schraubenschlüssel aufgebracht.
Ergonomisch zweckmäßig gestaltete Schraubenschlüssel für
bestimmte Gewinde weisen nun allgemein eine zum Gewinde so passende
Länge auf, dass das für das Gewinde passende Drehmoment
mit einer minimal erwartbaren von einem Monteur aufgebrachten Kraft
auf das Ende des Schraubenschlüssels erreicht wird. Wenn
nun der längere Teil des stabförmigen Elements
ebenfalls eine entsprechend angepasste Länge aufweist,
kann auch dieses stabförmige Element zum Anziehen verwendet
werden, wobei die Schraube gegengehalten wird. Dadurch kann bei
der Montage durch richtige Wahl der Länge des langen Teils
des stabförmigen Elements ohne zusätzliches Werkzeug
in gewissen Grenzen ein benötigtes Anzugsdrehmoment festgelegt
sein.
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Dieses
vorstehend dargestellte System kann im Prinzip auf herkömmliche
Weise an der Grundfläche, beispielsweise einem Dach, verankert
werden. Besonders bevorzugt ist die Verbindungsanordnung jedoch
mit einem oder mehreren Langlöchern versehen, um die modulseitige
Tragkonstruktion mit der Verankerung zu verbinden. Mittels dieser
Langlöcher ist dann bei festgelegter Verankerung eine Justage der
Tragkonstruktion möglich, um so aus der Verankerung herrührende
Montagetoleranzen auszugleichen.
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Besonders
bevorzugt sind die Langlöcher an der grundflächenseitigen
Verankerung miteinander verbunden und laufen in verschiedene Richtungen, beispielsweise
senkrecht zueinander. Beispielsweise sind sie T-förmig
ausgestaltet. Auf diese Weise kann noch kurz vor dem endgültigen
Festschrauben die Lage der Modulklemme und somit die Lage des Moduls
verändert werden, ohne beispielsweise eine Schraube vollständig
aufdrehen zu müssen. Somit wird die Montage vereinfacht.
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Die
Verbindungsanordnung kann mit mehreren Verankerungen gleichzeitig
verbindbar sein. Beispielsweise kann sie eine Brückenform
aufweisen. Dadurch wird eine besonders stabile Bauweise erreicht.
Bei dieser Brückenform kann das Langloch in der Mitte zwischen
den beiden Brückenteilen angeordnet sein. Auch eine allgemein
spiegelsymmetrische Anordnung (beispielsweise mit einer mehrarmigen,
z. B. sternförmigen „Brücke”)
ist möglich. Eine solche Anordnung ist in der Regel stabiler
als eine Verankerung an nur einer Stelle und unter diesem Aspekt
besonders bei schwächeren Unterkonstruktionen, auf denen
das System zu verankern ist, von Vorteil.
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Die
Verankerung bzw. die Verankerungen können beispielsweise
so aufgeführt sein, dass sie Durchgangslöcher
aufweisen, über die sie mit der Grundfläche verschraubt
sind. Bei mehreren Verankerungselementen kann auch zwischen diesen
eine Klemmwirkung erzielt werden, wenn die Grundfläche Elemente
aufweist, die sich für ein entsprechendes Verklemmen eignen.
Selbstverständlich können auch Verfahren wie das
bereits bei der Erörterung des Stands der Technik genannte
Verkleben verwendet werden. Schließlich ist auch eine Kombination
mehrerer derartiger Verfahren miteinander und mit weiteren herkömmlichen
Befestigungsverfahren allgemein und nicht nur in dieser speziellen
Ausführungsform möglich.
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Wenn
in der Verbindungsanordnung und in den Verankerungen entsprechende
Langlöcher vorgesehen sind, wird die Justage erleichtert.
Besonders bevorzugt sind Langlöcher in der Verbindungsanordnung
und zugehörige Langlöcher in der Verankerung zueinander
senkrecht angeordnet, so dass eine Verschiebung der Verbindungsanordnung
zu der Verankerung in zwei zueinander senkrechten Richtungen möglich
ist. Außerdem kann es insbesondere dann, wenn die Verbindungsanordnung mehrere
getrennte und senkrecht zueinander verlaufende Langlöcher
aufweist, sinnvoll sein, zwei einander überschneidende
Langlöcher in der Verankerung vorzusehen. Auf diese Weise
kann abhängig von der Montagesituation jeweils das passende
Langloch der Verbindungsanordnung gewählt werden, während
in der Verankerung nur ein Loch vorgesehen ist, in dem sich die
Montageschraube in zwei Richtungen bewegen kann. Dadurch wird das
Ansetzen der modulseitigen Tragkonstruktion an die Verankerung erleichtert,
weil nur an einem Bauteil vorab zwischen unterschiedlichen Einfügelöchern
auszuwählen ist. Selbstverständlich ist auch eine
analoge Lösung mit mehreren getrennten, senkrecht zueinander
verlaufenden Langlöchern in der Verankerung und miteinander verbundenen
Langlöchern im Verbindungsaufbau möglich.
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Besonders
bevorzugt wird zur Verankerung ein Trapezblechschuh verwendet. Trapezblechschuhe
sind insbesondere zur Befestigung von Bauteilen auf einem Dach übliche
Verankerungsmittel, die auch bei der vorliegenden Aufgabe zum Einsatz
kommen können. Durch die Flexibilität des erfindungsgemäßen
Systems ist mit derartigen Trapezblechschuhen eine kostengünstige
Verankerung möglich.
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Das
System ist zur Befestigung modulförmiger Bauteile, insbesondere
von Solarmodulen, an einer Grundfläche vorgesehen. Solarmodule
gibt es in verschiedenen Ausführungsformen, nämlich
mit und ohne Rahmen. Rahmenlose Solarmodule haben den Vorteil, dass
die für die Umwandlung der Sonnenenergie verwendbare Fläche
steigt, weil die Rahmen einen Teil des Sonnenlichts abschirmen.
Darüber hinaus sind die Rahmen selbst ein Kostenfaktor.
Nachteil der rahmenlosen Module ist, dass die Verarbeitung schwieriger
ist, weil die Bruchgefahr, insbesondere die Gefahr des Abplatzens
der Kanten, steigt. Zusätzlich können die Rahmen
eine Verformung durch über die Modulklemmen aufgebrachte
Lasten auf Grund ihrer Festigkeit zumindest teilweise abfangen und
von den Modulen ableiten. Daher müssen rahmenlose Module
sowohl vorsichtiger montiert werden als auch nach der Montage vor
Verformung geschützt werden.
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Insbesondere
auf „weichen” Dachoberflächen wie beispielsweise
Blechdächern, die sich beispielsweise bereits unter der
Last eines Monteurs, Schornsteinfegers etc. oder durch thermische
Ausdehnung verformen, kann dies dazu führen, dass rahmenlose
Module brechen, wenn sie wie gerahmte Module in herkömmlicher
Weise fest eingespannt wären. Daher verwendet man üblicherweise
in Modulklemmen für rahmenlose Module Elastomere, um einen
Spielraum zum Ausgleich von Verformungen zu schaffen. Klemmenoberteil
und Klemmenunterteil verbleiben dabei zueinander unbeweglich, sobald
sie miteinander verschraubt sind und dadurch das Modul halten. Die
Elastomere erhöhen nebenbei die Haftreibung zwischen Klemme
und Modul.
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Erfindungsgemäß wird
das vorliegende System durch eine Modulklemme ergänzt,
die die Module sicher hält und trotzdem einen größeren
Spielraum für Verformungen schafft. Die Modulklemme weist
ein federndes Element wie eine Schrauben- oder Tellerfeder auf,
die das Klemmenoberteil gegen das Klemmenunterteil drückt
und somit eine vorab definierte Federkraft aufbaut. Verformt sich
nun der Untergrund wie vorstehend beschrieben, kann sich erfindungsgemäß die
Modulklemme gegen die Federkraft kurzzeitig um einen vorab festgelegten
Betrag öffnen, um die Spannung auf das Modul abzufangen.
Auf Grund der Federspannung sichert die Klemme das Element wieder
wie im ursprünglichen Zustand, sobald die Verformung zurückgeht.
Die Federspannung wird so gewählt, dass das Modul sicher
gehalten wird, ohne dass Bruchgefahr auftritt.
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Besonders
bevorzugt weist die Modulklemme neben dem Klemmenoberteil und dem
Klemmenunterteil eine Hülse auf, die durch das Klemmenoberteil
geht und auf dem Klemmenunterteil aufsitzt. Durch die Hülse
wird dann eine Schraube mit einer unter dem Unterteil sitzenden
Mutter, bevorzugt einer Mutter nach dem erfindungsgemäßen
Befestigungssystem, verschraubt. Dadurch liegt die Hülse
am Klemmenunterteil fest an. Das Klemmenoberteil wird nun durch
eine sich am Schraubenkopf abstützende Feder auf dem Unterteil
gehalten. Weil bei gleicher Hülsenlänge und gleicher
Feder somit die Klemmkraft stets gleich festgelegt wird, muss bei
der Montage nicht auf die Einstellung der Federkraft geachtet werden.
Dies vereinfacht die Montage.
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Obwohl
hier von einer Verschraubung gesprochen wird, kann selbstverständlich
auch eine entsprechende andere Verbindung, beispielsweise eine Schnellspannverbindung,
verwendet werden. Entscheidend ist lediglich das Aufbringen einer
definierten Federkraft zwischen Modulober- und Unterteil über
ein speziell dafür vorgesehenes Federteil.
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Um
die erfindungsgemäße Modulklemme in größeren
Stückzahlen einsetzen und sie somit wirtschaftlicher fertigen
zu können, ist es weiterhin vorstellbar, ein Zwischenstück
vorzuhalten, das zwischen Oberteil und Unterteil einfügbar
ist und diese in einem vorab bestimmten Abstand hält. Dieser
vorab bestimmte Abstand kann dann so gewählt werden, dass
gerahmte Solarmodule ohne Federung oder mit einem vorab definierten
kleineren Federweg und höherer Federkraft zwischen Ober-
und Unterteil mit derselben Modulklemme klemmbar sind. Somit kann mit
denselben Ober- und Unterteilen eine Montage von rahmenlosen und
gerahmten Solarmodulen erfolgen.
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Falls
der Federweg entsprechend einem Dickenunterschied zwischen gerahmten
und rahmenlosen Modulen gewählt wird, können außerdem
die Schraube zum Klemmen der Module und die Hülse zur Abstützung
der Schraube bzw. das Zwischenstück für beide
Fälle gleich gefertigt werden. Dadurch lassen sich die
Stückzahlen erhöhen und somit die Fertigung der
Bauteile wirtschaftlicher werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Auch
wenn hier in Anbetracht der Einsatzweise, für die das System
entwickelt wurde, von einer Befestigung von Modulen, insbesondere
Photovoltaikmodulen, auf einem Dach gesprochen wird, ist die Erfindung
nicht nur darauf beschränkt. Die Erfindung kann generell
dazu verwendet werden, Elemente wie Verkleidungsteile für
Fassaden, Werbetafeln oder dergleichen mit möglichst geringem
Aufwand federnd oder fest an bzw. auf einer Montagefläche
zu befestigen.
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Das
derart modular aufgebaute Befestigungssystem hat den Vorteil, dass
die vereinfachte Montage selbst dann teilweise erreicht werden kann, wenn
statt aller vorstehend genannter erfindungsgemäßer
Teile wie grundflächenseitiger Verankerung, stabförmigem
Element, Befestigungsschraube und Modulklemme, nur bestimmte derartige
Teile gemeinsam mit konventionellen Teilen verwendet werden.
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Insbesondere
kann bei Einsatz des erfinderischen Systems auf den Einsatz bisher üblicher
Profilschienen verzichtet werden, wodurch sich eine Materialersparnis
sowie eine wesentliche Verringerung der Montagezeit ergibt, weil
mit geringerem Aufwand als bei herkömmlichen Befestigungen
ein Ausgleich von Toleranzen geschaffen werden kann.
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Das
erfindungsgemäße System und die zugehörigen
Einzelteile werden im Folgenden anhand einer in den beiliegenden
Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungsform genauer
beschrieben. Im Einzelnen zeigen
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1 einen
beispielhaften Zusammenbau des Systems in einer Vorderansicht,
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2 einen
beispielhaften Zusammenbau des Systems nach 1 in einer
Seitenansicht,
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3 einen
beispielhaften Zusammenbau des Systems nach 1 in einer
Draufsicht,
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4 einen
beispielhaften Anschlagwinkel zur Verwendung in einem Systems nach 1 in
einer isometrischen Ansicht,
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5 und 6 jeweils
einen linken bzw. rechten Flügel eines Trapezblechschuhs
als ein Beispiel einer Befestigung des Befestigungssystems an einem
Dach,
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7 ein
stabförmiges Befestigungselement des erfindungsgemäßen
Systems,
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8 eine
erfindungsgemäße Modulklemme in zusammengebautem
Zustand und
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9 eine
erfindungsgemäße Modulklemme in Explosionsansicht.
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1 zeigt
eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems zur Befestigung eines
Solarmoduls. Von oben nach unten erkennt man eine Modulklemme 40, einen
Aufnahmewinkel 10 als Beispiel einer modulseitigen Tragkonstruktion,
eine in dieser Ansicht seitlich über den Aufnahmewinkel
hinausragende Mutter 20 als stabförmiges Befestigungselement
sowie einen aus zwei Flügeln 30A und 30B bestehenden
Trapezblechschuh zur Verankerung an einer Grundfläche.
Im Folgenden wird für den Trapezblechschuh das Bezugszeichen 30 verwendet,
wenn die beiden Flügel gemeinsam oder eine äquivalente
Befestigung des Systems an einem Dach gemeint ist.
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Im
Unterschied zu herkömmlichen Befestigungssystemen wird
beim erfindungsgemäßen System auf den Einsatz
von Schienen verzichtet. Stattdessen werden je nach Größe
der zu befestigenden Module mehrere Einzelsysteme wie in 1 gezeigt verwendet.
Beispielsweise kann zur Befestigung eines einzelnen rechteckigen
Solarmoduls mit acht derartigen Systemen (jeweils zwei an jeder
Umfangsseite des Moduls) gearbeitet werden. Ferner kann eine erfindungsgemäße
Modulklemme, wie dies aus 2 deutlicher
zu erkennen ist, ein Modul oder auch zwei Module (in 2 auf
der rechten und linken Seite der Klemme 40) gleichzeitig
halten. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die erfindungsgemäße
Klemme 40 nicht wesentlich von Modulklemmen aus dem Stand
der Technik.
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Wie
aus den 1 und 4 bis 6 deutlich
wird, weisen der Aufnahmewinkel 10 und die rechten und
linken Flügel 30A und 30B mehrere Langlöcher
in den Bereichen auf, in denen sie wie in 1 gezeigt
zusammenmontiert werden. Es werden zur Montage jeweils ein Langloch 12 oder 13 im Aufnahmewinkel 10 und
ein Langloch 35A, 35B in einem Flügel 30A, 30B des
Trapezblechschuhs 30 übereinandergelegt und der
Aufnahmewinkel und der Flügel beispielsweise über
eine Schrauben-Mutter-Verbindung zusammengefügt. Auf Grund
der Langlöcher ist dabei eine Verschiebung des Aufnahmewinkels 10 gegenüber
den beiden Flügeln des Trapezblechschuhs 30 sowie
zur Anpassung an das jeweilige Dach ein Zusammenführen
der beiden Flügel des Trapezblechschuhs möglich,
um den Aufnahmewinkel auf dem Dach zu befestigen. Prinzipiell sind
natürlich auch andere Fügeverfahrens wie Nieten,
Löten, Kleben oder Schweißen, verwendbar, mit denen
der Aufnahmewinkel und die Trapezblechschuhe zueinander ausgerichtet
werden.
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Obwohl
dies nicht gezeigt ist, können in jedem der Flügel 30A, 30B des
Trapezblechschuhs 30, der einen Teil der Verankerung bildet,
Durchgangslöcher vorgesehen sein, um das Teilstück
am Dach zu befestigen. Auch diese Befestigung ist prinzipiell mit einem
bekannten Verfahren wie Schrauben, Nieten, Kleben, Schweißen
usw. möglich. Durch die Langlöcher sowohl an den
Flügeln des Trapezblechschuhs 30 als auch am Aufnahmewinkel 10 ist
dann ein einfacher Ausgleich eventueller Montageungenauigkeiten
bei der Befestigung am Trapezdach möglich. Insbesondere
ist durch die beispielhaft in 5 und 6 gezeigten
T-förmigen Langlöcher in den Flügeln
auch eine Höhenjustierung des Aufnahmewinkels 10 zu
dem Trapezblechschuh 30 möglich.
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Neben
der in 1 gezeigten Anbringung der beiden Flügel
des Trapezblechschuhs 30 in den im Wesentlichen waagerecht
verlaufenden Langlöchern 12 im Aufnahmewinkel 10 kann
bei dem gezeigten Aufnahmewinkel im Falle eines besonders engen
Klemmabstands zwischen den beiden Flügeln des Trapezblechschuhs
auch mindestens einer der Flügel mit dem im Montagezustand
senkrecht stehenden Langloch 13 verschraubt werden. In
diesem Fall kann über das T-förmige Langloch in
dem entsprechenden Flügel 30A, 30B eine
Justierung des Aufnahmewinkels erfolgen.
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Ferner
wäre es prinzipiell – sofern nicht wie in wohl
den meisten Fällen Stabilitätsgründe
dagegensprechen – auch möglich, statt der in 1 und 3 gezeigten
Befestigung des Aufnahmewinkels an einem Trapezblechschuh aus zwei
Flügeln 30A, 30B den Aufnahmewinkel an
nur einem Flügel zu befestigen.
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Neben
den bisher in Verbindung mit der Befestigung am Dach erörterten
Langlöchern in einem ersten, im Montagezustand im Wesentlichen
senkrecht stehenden plattenförmigen Teil 10A weist
der erfindungsgemäße Aufnahmewinkel 10 einen
im Wesentlichen parallel zum Dach stehenden plattenförmigen
Teil 10B auf, der im Montagezustand vom Dach über
die senkrecht stehende Platte und den Trapezblechschuh beabstandet
ist.
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In
diesem Teil 10B ist ein Langloch 11 eingebracht,
das zur Befestigung einer später genauer beschriebenen
Modulklemme 40 mit einer Mutter 20 nach 7 und
einer Befestigungsschraube 22 zusammenwirkt.
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Die
Mutter 20 in dieser Ausführungsform ist ein stabförmiges
Element mit Länge, Breite und Dicke, die in der Dickenrichtung
ein Innengewinde aufweist. Die Breite und Dicke der Mutter sind
mit der Breite des Langlochs 11 so abgestimmt, dass die Mutter 20 mit
geringem Spiel durch das Langloch 11 führbar ist,
ohne sich beim Einführen darin zu verkanten. Beispielsweise
kann die Breite der Mutter ungefähr ein bis fünf
Zehntelmillimeter geringer als die Breite des Langlochs sein. Selbstverständlich
ist die Breite der Mutter abhängig vom Durchmesser des
Innengewindes ausreichend groß zu wählen, um eine hinreichende
Stabilität zu gewährleisten.
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Wie
aus den Zusammenbauansichten der 1 bis 3 deutlich
wird, unterteilt das Innengewinde (in den 1 bis 3 mittig
unterhalb der Modulklemme 40) die Mutter 20 in
der Ausführungsform in einen längeren Teil 20A und
einen kürzeren Teil 20B.
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Die
relativen Längen des kürzeren und des längeren
Teils der Mutter 20 hängen wie folgt von den Maßen
des Aufnahmewinkels 10 ab: Der längere Teil 20A der
Mutter ist mindestens so lang, dass die Mutter bei einer Drehung
im montierten Zustand selbst dann am plattenförmigen Teil 10B des
Anschlagwinkels 10 anschlägt, wenn die zugehörige
Schraube 22 in dem am weitesten vom plattenförmigen
Teil 10B entfernten Ende des Langlochs 11 durch
das Langloch verläuft. Somit verhindert der längere
Teil 20A bei bestimmungsgemäßer Montage
ein „Durchdrehen” der Mutter 20, indem
er am Teil 10A des Aufnahmewinkels anschlägt.
Die Länge des längeren Teils ist nach oben lediglich
durch wirtschaftliche Überlegungen, beispielsweise hinsichtlich
Materialverbrauchs, begrenzt. Ein zu langes Teil 20A könnte
beispielsweise die Handhabung auf der Baustelle erschweren. In einer
besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die Länge
der längeren Seite der Mutter einer Länge eines
zum Gewindemaß passenden Schraubenschlüssels.
Dadurch kann bei der Montage auf den Einsatz eines Schraubenschlüssels verzichtet
werden, weil über die Mutter das Drehmoment aufbringbar
ist, das ergonomisch mittels eines herkömmlichen Schraubenschlüssels
aufgebracht wird.
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Die
Länge des kürzeren Teils 20B der Mutter wird
durch die folgenden beiden Randbedingungen festgelegt:
In jeder
Situation im angezogenen Zustand, insbesondere wenn die lange Seite 20A der
Mutter in einer beliebigen Lage am plattenförmigen Teil 10A anschlägt,
muss die kurze Seite 20B mindestens so weit über
die Kante des Langlochs 11 hinaus stehen, dass die Flächenpressung
zwischen Mutter 20 und Aufnahmewinkel 10 an dieser
kurzen Seite noch tolerierbar ist. Dadurch ergibt sich die Mindestlänge
des kürzeren Teils 20B. Wenn, wie im gezeigten
Ausführungsbeispiel, der Anschlag durch den Winkel 10 selbst
gebildet wird und gleichzeitig die Modulklemme 40 am vom
senkrecht stehenden Teil 10A des Aufnahmewinkel 10 entfernten
Ende sitzt, so dass die Schraube 22 in der Nähe
eines Endes des Langlochs durch das Langloch geht, ist der Winkel,
den die Mutter gegenüber dem Langloch einnimmt, relativ spitz,
so dass nur ein geringerer Teil der Breite der Mutter auf dem Rand
des Langlochs aufliegt. Die Länge des kürzeren
Teils der Mutter muss so lang gewählt werden, dass die
Flächenpressung in diesem ungünstigsten Fall nicht
zu groß wird. Die maximal mögliche Länge
des kürzeren Teils wird später erörtert.
Wird der Anschlag in der Nähe der Mitte des Langlochs neben
dem Langloch 11 angeordnet, liegt die Mutter im Vergleich
zu dem Fall, in dem der Anschlag in der Nähe eines Endes
des Langlochs liegt, in jeder Stellung in einem weniger spitzen
Winkel zum Langloch auf dem Rand des Langlochs auf, wodurch sich
eine größere Überdeckung zwischen dem Rand
des Langlochs und der Mutter und somit eine geringere Flächenpressung
ergeben sollte. Daher kann die Länge des kürzeren
Teils der Mutter durch geeignete Auslegung des Anschlags am Aufnahmewinkel 10 beeinflusst
werden.
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Die
größte zulässige Länge der kurzen
Seite ergibt sich daraus, dass bei der Montage des erfindungsgemäßen
Moduls vorgesehen ist, dass die Mutter im lose mit der Modulklemme
verschraubten Zustand schräg durch das Langloch 11 eingeführt, dann
parallel zum oberen Teil 10B des Aufnahmewinkels gestellt
und schließlich beim Anziehen der Schraube 22 in
der Mutter 20 gegen den senkrecht stehenden Teil 10A anschlägt.
Um insbesondere das Einführen in dieser Weise zu ermöglichen,
muss (nach dem Satz des Pythagoras) die Quadratwurzel aus den Quadraten
von Länge und Dicke des kürzeren Teils 20B kleiner
als die lichte Länge des Langlochs sein. Als ein Beispiel
muss beispielsweise bei einem gefrästen Langloch 11 im
Aufnahmewinkel 10, bei dem die Radien der runden Enden
des Langlochs 11 dem Radius des Fräskopfs entsprechen,
die Länge des kürzeren Teils so viel kürzer
als die Verfahrlänge des Fräsers bei der Herstellung
des Langlochs sein, dass die Wurzel aus der Summe der Quadrate der
Dicke und der Länge des kürzeren Teils der Mutter
kleiner als die Verfahrlänge des Fräsers ist.
Dadurch wird ein Verkanten in Längsrichtung bei dieser Art
des Einführens ausgeschlossen. Besonders bevorzugt kann
insbesondere das kurze Ende der Mutter abgerundet sein, um ein noch
einfacheres Einfügen zu gewährleisten.
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Die
vorstehend anhand der Ausführungsform beispielhaft erörterten
Teile des erfindungsgemäßen Befestigungssystems
können im Prinzip dazu verwendet werden, eine herkömmliche
Modulklemme für Rahmenmodule oder rahmenlose Module mit einer
aus dem Stand der Technik bekannten Tragkonstruktion zu verbinden.
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Besonders
bevorzugt können diese Teile mit einer erfindungsgemäßen
Modulklemme nach den 8 und 9 wie nachstehend
erläutert eingesetzt werden.
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Die
in 8 und 9 gezeigte Modulklemme 40 für
rahmenlose Module weist zunächst neben einem Klemmenoberteil 40A,
einem Klemmenunterteil 40B und einer Befestigungsschraube 22 mit
einer Scheibe 22A, die wie im Stand der Technik über
eine Mutter 20, die hier gemäß der Erfindung
als stabförmiges Befestigungselement ausgebildet ist, Ober- und
Unterteil gegeneinander verspannen und somit für die Klemmung
der Module sorgen, eine Hülse 42 auf, die auf
dem Klemmenunterteil 40B aufliegt und durch das Klemmenoberteil 40A geht.
Auf diese Weise lässt sich beim Anziehen der Schraube 22 auf
der Hülse 42 so, dass die Schraube (nebst der
Scheibe 22A) mit der Mutter 20 über die
Hülse 42 und das Klemmenunterteil verspannt ist,
das Unterteil 40B der Modulklemme 40 gegenüber
der vorstehend erörterten Tragkonstruktion wie im Stand
der Technik festlegen. Dagegen ist das Oberteil 40A der
Modulklemme 40 auf der Hülse 42 beim
erfindungsgemäßen Aufbau in einer Richtung nach
oben und unten beweglich gelagert. Die erforderliche Klemmkraft zwischen
Ober- und Unterteil wird über eine Federanordnung 45 zwischen
dem Oberteil 40A und dem Kopf der Befestigungsschraube 22 (bzw.
der Scheibe 22A, die sich an diesem Kopf abstützt)
aufgebracht, die hier aus einer Schraubenfeder 45 besteht,
jedoch auch aus einem Elastomer oder einem Tellerfederpaket bestehen
kann. Die Klemmkraft wird mittels der Feder so eingestellt, dass
sie kleiner als eine Kraft ist, bei deren Auftreten rahmenlose Module
brechen können.
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Zusammenfassend
leistet die Erfindung Folgendes:
Es wird ein Element zur verbesserten
Verbindung einer Tragkonstruktion für ein plattenförmiges
Modul mit einem Unterbau geschaffen. Ein stabförmiges Befestigungselement
mit einem quer zu seiner Längsrichtung eingebrachten Innengewinde
wird vorab mit einer Befestigungsschraube zum Befestigen einer Modulklemme,
die vorzugsweise ein gegen das Unterteil federnd gelagertes Oberteil
aufweist, verschraubt und in diesem Zustand durch ein dazu vorgesehenes
Langloch geschoben, das mittels einer Verankerung an einer Grundfläche
befestigt ist. Das Befestigungselement verdreht sich beim Anziehen der
Schraube gegen das Langloch, so dass die Tragkonstruktion sich über
das Befestigungselement am Rand des Langlochs gegen die von der
Schraube ausgeübte Druckkraft abstützt. Besonders
bevorzugt stützt sich das Befestigungselement nach dem
Verdrehen aus der Einführungsposition in Drehrichtung an
einem Anschlag an der Tragkonstruktion ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Plattenförmiges
Modul
- 2
- Grundfläche
- 10
- Aufnahmewinkel
- 10A
- senkrecht
stehendes plattenförmiges Teil des Aufnahmewinkels
- 10B
- waagerecht
stehendes plattenförmiges Teil des Aufnahmewinkels
- 11
- Langloch
im Teil 10B
- 12
- Langloch
(senkrecht verlaufendes Langloch) im Teil 10A
- 13
- Langloch
(waagerecht verlaufendes Langloch) im Teil 10A
- 20
- Stabförmiges
Element (Mutter)
- 22
- Befestigungsschraube
- 22A
- Scheibe
- 30
- Befestigungselement
(Trapezblechschuh)
- 30A
- Befestigungselement
(linker Flügel des Trapezblechschuhs)
- 30B
- Befestigungselement
(rechter Flügel des Trapezblechschuhs)
- 35A
- Kreuzförmiges
Langloch im linken Flügel
- 35B
- Kreuzförmiges
Langloch im rechten Flügel
- 40
- Modulklemme
- 40A
- Klemmenoberteil
- 40B
- Klemmenunterteil
- 42
- Hülse
- 45
- Federanordnung
(Schraubenfeder)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004009935 [0003]
- - DE 202008011312 U1 [0004]
- - DE 202004015811 U1 [0005]
- - DE 202009011708 U1 [0006]