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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovoltankanlage aus einer Mehrzahl von rahmenlosen Photovoltaikmodulen, welche auf einer Dachaußenhaut aus Dachelementplatten aufgeklebt sind. Insbesondere sind die Photovoltaikmodule dabei auf einer Dachaußenhaut aus Trapezblechplatten aufgeklebt.
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Solche Photovoltaikanlagen haben gegenüber herkömmlichen Photovoltaikanlagen aus Photovoltaikmodulen mit Rahmen, welche über eine Unterkonstruktion auf der Dachaußenhaut befestigt werden, eine Reihe von Vorteilen:
- – Durch den Verzicht auf die Unterkonstruktion und den Rahmen kann die Gewichtsbelastung des Daches um bis zu 40% reduziert werden. Gleichzeitig können die Herstellkosten gesenkt werden.
- – Bei trockenem Wetter kann die Montage mit einem geringen Zeitaufwand durchgeführt werden.
- – Durch den Verzicht auf den Aluminiumrahmen entsteht eine durchgängige Glasoberfläche, von der im Winter Schnee und Eis leichter abrutschen kann, welcher ansonsten vorwiegend an den Aluminiumprofilen festfriert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Photovoltaikanlage weiter zu entwickeln.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Photovoltaikanlage besteht dabei aus einer Mehrzahl von rahmenlosen Photovoltaikmodulen, welche auf einer Dachaußenhaut aus Dachelementplatten aufgeklebt sind. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Photovoltaikanlage aus einer Mehrzahl von Verbundelementen aufgebaut ist, welche jeweils aus einer Dachelementplatte und einem Photovoltaikmodul bestehen.
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Erfindungsgemäß werden die Photovoltaikmodule damit nicht mehr auf der Baustelle auf die fertige Dachaußenhaut aufgeklebt, sondern beispielsweise in einer Fertigungshalle auf Dachelementplatten aufgeklebt, so daß je ein Photovoitaikmodul mit einer Dachelementplatte zu einem Verbundelement verbunden ist. Hierdurch kann der größte Teil der Montagearbeit von der Baustelle in eine Fertigungshalle verlegt werden. Hier kann die Montage schneller, sicherer, und durch den Einsatz von Automatisierung kostengünstiger durchgeführt werden. Auch können diese Arbeitsschritte witterungsunabhängig und unabhängig von einem konkreten Projekt durchgeführt werden. Eine hundertprozentige Qualitätsüberwachung kann wesentlich einfacher als auf der Baustelle realisiert werden.
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Zudem wird durch die Verbindung mit der Dachelementplatte das rahmenlose Modul bei Transport und Montage, ähnlich wie durch ein Rahmen, geschützt. Durch geeignete Zwischenstücke können die erfindungsgemäßen Verbundelemente aus einfach auf Paletten zur Baustelle befördert werden.
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Weiterhin wird auch die Dachelementplatte durch das aufgeklebte Modul stabilisiert und hierdurch trittsicher. Hierdurch können dünnere Dachelementplatten eingesetzt werden.
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Die Baustellemontage wird weiterhin witterungsunabhängig und stark beschleunigt, da gleichzeitig mit der Herstellung der Dachaußenhaut durch Verlegung der erfindungsgemäßen Verbundelemente die Photovoltaikanlage bereit gestellt wird.
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Dabei müssen vorteilhafterweise nur die Dachelementplatten verlegt und gegebenenfalls verschraubt werden. An den auf den Dachelementplatten aufgebrachten Photovoltaikmodulen selbst sind dagegen vorteilhafterweise keine mechanischen Montagearbeiten erforderlich. Nach dem Verlegen der Verbundelemente muß daher vorteilhafterweise nur noch der elektrische Anschluß der Photovoltaikmodule vorgenommen werden.
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Vorteilhafter Weise handelt es sich bei den Dachelementplatten, welche zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundelemente, um eine Trapezblechplatten. Trapezblechplatten bestehen dabei üblicherweise aus Metallblech, welches trapezförmige Sicke aufweist, Vorteilhafter Weise ist dabei je ein Photovoltaikmodul mit einem Stück Trapezblech verbunden und bildet so ein erfindungsgemäßes Verbundelement aus Dachelementplatte und Photovoltaikmodul.
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Weiterhin vorteilhafter Weise wird bei einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage eine Mehrzahl an identisch aufgebauten Verbundelementen eingesetzt. Durch die Verwendung von genormten Dachelementplatten bzw. Verbundelementen wird eine besonders effiziente Herstellung und Montage der erfindungsgemäßen Verbundelemente ermöglicht. Insbesondere können die Verbundelemente unabhängig von einem konkreten Projekt hergestellt und darin standardisiert verlegt werden.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage aus Verbundelementen aus Dachelementplatte und Photovoltaikmodul erlaubt es zudem, daß einzelne beschädigte Photovoltaikmodule einfach ausgetauscht werden können, da hierzu nur das entsprechende Verbundelement ausgetauscht werden muß.
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Je nach Dachgröße können beliebig viele identisch aufgebaute Verbundelemente zum Einsatz kommen. Insbesondere können dabei erfindungsgemäß mehr als fünf, weiterhin mehr als zehn oder mehr als 20 identisch aufgebaute Verbundelemente zum Einsatz kommen.
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Weiter vorteilhafter Weise haben die Dachelementplatten der Verbundelemente jeweils eine Größe zwischen 0,5 m × 0,5 m und 2 m × 3 m, weiter vorteilhafter Weise zwischen 1 m × 1 m und 2 m × 2 m. Insbesondere können dabei Verbundelemente mit einer Größe von 1,2 m × 1,7 m eingesetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Baustellenmontage wird hierdurch stark erleichtert, da nur viele gleiche, in Größe und Gewicht überschaubare Einheiten montiert werden müssen.
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Vorteilhafter Weise weist ein Verbundelement dabei ein Gewicht zwischen 10 und 30 kg auf, weiter vorteilhafter Weise zwischen 10 und 20 kg. Insbesondere kann ein solches Verbundelement dabei ein Gewicht von ca. 15 kg aufweisen.
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Weiterhin können die Verbundelemente Randbereiche aufweisen, welche eine mit benachbarten Verbundelementen überlappende Verlegung erlauben, sowie einen überlappungsfreien Zentralbereich. Vorteilhafterweise ist das Photovoltaikmodul dabei in dem überlappungsfreien Zentralbereich angeordnet, während die Überlappungsbereiche allein durch die Dachelementplatte gebildet wird.
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Die einzelnen Verbundelemente können so analog zu Ziegeln überlappend auf einer Gitterstruktur eines Daches verlegt werden. Werden Trapezblechplatten eingesetzt, so können diese insbesondere seitlich mit ihren Sicken übereinander gelegt werden.
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Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß das Photovoltaikmodul jeweils mehr als 50% der Fläche des Zentralbereichs einnimmt, vorteilhafter Weise mehr als 70%, weiter in vorteilhafter Weise mehr als 90%. Die Dachelementplatten der erfindungsgemäßen Verbundelemente sind hierdurch zum Großteil von den Photovoltaikmodulen bedeckt, welches sich jedoch nicht in die Randbereiche erstrecken, in welchen die erfindungsgemäßen Verbundelemente miteinander überlappend montiert werden.
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Vorteilhafter Weise werden die einzelnen Verbundelemente dabei jeweils oben an der Gitterstruktur des Daches befestigt, und gegebenenfalls nach der Verlegung unten noch einmal aneinander fixiert. Vorteilhafterweise erfolgt die Befestigung bzw. Fixierung dabei allein an den Dachelementplatten.
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Vorteilhafter Weise ist an den Dachelementplatten rückseitig zumindest ein Halterungselement zur Verbindung mit einer Dachunterkonstruktion angeordnet. Die Halterungselemente können dabei von unten an den Dachelementplatten befestigt sein, insbesondere angeschweißt. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Halterungselemente wird jegliche Durchbrechung der Dachhaut bei der Montage vermieden. Die Anbringung der Halterungselemente kann dabei bereits in der Fertigungshalle erfolgen, so daß diese einen Teil der vorgefertigten Verbundelemente bilden.
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Vorteilhafter Weise erlaubt das Halterungselement dabei eine Verstellung der Position des Verbundelementes in Längsrichtung. Hierdurch können die erfindungsgemäßen Verbundelemente vertikal leicht auf der Gitterstruktur des Daches ausgerichtet werden.
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Vorteilhafter Weise umfaßt das Halterungselement dabei mindestens ein Winkelstück mit einem Langloch. Durch dieses kann eine Schraube hindurchgehen, welche das Halterungselement an der Dachunterkonstruktion sichert. Durch die Ausführung als Langloch ist dabei eine Verstellbarkeit gewährleistet.
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Vorteilhafter Weise ist das Langloch dabei zu einer Seite hin offen, so daß das Halterungselement über den Kopf der Schraube geschoben werden kann. Weiterhin vorteilhafter Weise ist das Langloch in Längsrichtung ausgerichtet, und erlaubt damit eine Einstellung in vertikaler Richtung. Vorteilhafterweise ist das Langloch dabei nach oben hin offen.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäße Halterungselement durch zwei Winkelstücke mit einer U-förmigen Kerbe bebildet werden.
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Weiterhin kann in der Dachunterkonstruktion Langlöcher aufweisen, durch welche die Schrauben zur Befestigung der Verbundelemente hindurch geht. Diese erlauben eine Justierung der Verbundplatten in Breitenrichtung.
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Die erfindungsgemäße Ausführung der Dachelementplatten erlaubt eine äußerst einfache Montage der Photovoltaikanlage. Weiterhin wird durch die Verbindungstechnik das Ausrichten bei der Montage stark vereinfacht. Dadurch wird es möglich, bei der Montage auch weniger qualifizierte Mitarbeiter einzusetzen und die Montagegeschwindigkeit zu erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verbundelement zur Verlegung auf einer Dachunterkonstruktion zur Errichtung einer Dachaußenhaut, wobei das Verbundelement eine Dachelementplatte aufweist, auf welche ein Photovoltaikmodul aufgebracht ist. Insbesondere handelt es sich dabei bei der Dachelementplatte um eine Trapezblechplatte.
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Vorteilhafter Weise ist das Photovoltaikmodul dabei rahmenlos ausgeführt und auf der Dachelementplatte aufgeklebt.
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Die erfindungsgemäßen Verbundelemente erlauben dabei eine besonders einfache Montage einer Photovoltaikanlage, wie sie oben beschrieben wurde.
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Vorteilhafter Weise sind die erfindungsgemäßen Verbundelemente dabei so aufgebaut, wie dies oben bereits näher beschrieben wurde.
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Die vorliegende Erfindung faßt weiterhin ein Set aus einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Verbundelementen. Insbesondere umfaßt das Set dabei eine Mehrzahl an identischen Verbundelementen. Die erfindungsgemäßen Verbundelemente können dabei beispielsweise aufeinander gestapelt palettenweise zu einer Baustelle geliefert werden und dienen dort der Herstellung einer Dachaußenhaut.
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Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung ein Dachaußenhaut aus Verbundelementen, wie sie oben beschrieben wurden. Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung ein Dach mit einer Photovoltaikanlage, wie sie oben beschrieben wurde.
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Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung ein Gebäude mit einem Dach mit einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage bzw. mit einer Dachaußenhaut aus erfindungsgemäßen Verbundelementen.
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Die vorliegende Erfindung vereinfacht dabei die Konstruktion von Gebäuden, insbesondere von Unterstellhallen und Carports. Durch das geringe Gewicht des Daches kann der Abstand zwischen den Brücken, welche das Dach tragen, vergrößert werden, wodurch bei gleicher Hallengröße weniger Brücken und weniger Fundamente benötigt werden. Dies begünstigt auch die Nutzbarkeit von Unterstellhallen.
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Durch den kombinierten Einsatz der rahmenlosen Module und passend dimensionierter Dachelementplatten können somit das Gewicht der Anlage, die Montagezeit und insgesamt die Anlagekosten signifikant reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin die Verwendung von Verbundelementen, wie sie oben beschrieben wurden, zur Errichtung einer Photovoltaikanlage, insbesondere zur Errichtung einer Photovoltaikanlage, wie sie oben beschrieben wurde.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Errichtung einer Dachaußenhaut, bei welchem Dachelementplatten auf einer Dachunterkonstruktion verlegt werden, wobei auf den Dachelementplatten vor dem Verlegen Photovoltaikmodule aufgebracht werden.
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Insbesondere werden dabei erfindungsgemäß zur Errichtung der Dachaußenhaut Verbundelemente eingesetzt, welche wie oben beschrieben aus einer Dachelementplatte und einem Photovoltaikmodul aufgebaut sind. Insbesondere werden dabei Verbundelemente eingesetzt, wie sie oben bereits beschrieben wurden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand von Zeichnungen näher dargestellt.
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Dabei zeigen:
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1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundelementes,
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2: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage, eines erfindungsgemäßen Daches sowie eines erfindungsgemäßen Gebäudes,
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3a: eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbundelementes mit einer Vergrößerung der daran rückseitig angeordneten Halterungselemente,
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3b: eine Ansicht der Rückseite des erfindungsgemäßen Verbundelements mit den Halterungselementen und
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3c: eine Detailansicht der Befestigung eines erfindungsgemäßen Verbundelementes an einer Dachunterkonstruktion.
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Die vorliegende Erfindung ermöglich es, kostengünstige Gebäude zu errichten, die neben einem anderen Nutzen z. B. als Carport oder Lagerhalle auch für den Einsatz als Träger für Solaranlagen genutzt werden. Das optimierte Montagesystem funktioniert dabei in einem Ausführungsbeispiel wie folgt:
- 1. Das Photovoltaikmodul wird nicht auf der Baustelle, sondern in einer Fertigungshalle gegebenenfalls unter Einsatz einer Automatisierung auf genormte Dachelementplatten, insbesondere auf Trapezblechstücke aufgeklebt, so daß je ein Modul mit einem Stück Dachelementplatte verbunden wird.
- 2. Die Dachelementplatte, insbesondere das Trapezblech, ist so dimensioniert, daß es analog zu Ziegeln überlappend auf der Gitterstruktur des Daches verlegt werden kann. Die Platten können seitlich in den Sicken übereinander gelegt werden. Jeweils oben werden die Dachelementplatten an der Gitterstruktur befestigt; unten können die einzelnen Elemente nochmals nach der Verlegung untereinander fixiert werden.
- 3. Die Befestigung der Verbundelemente ist so ausgeführt, daß diese vertikal leicht auf der Gitterstruktur ausgerichtet werden können. Hierfür sind die Halterungselemente aus zwei Winkelstücken mit einer U-förmigen Kerbe vorgesehen. Durch Langlöcher in der Gitterstruktur können die Bleche auch leicht horizontal ausgerichtet werden. Die Bleche werden dabei durch Schrauben fixiert. Durch den Einsatz der Halterungselemente, die von unten an das Blech der Dachelementplatte angeschweißt werden, wird jegliche Durchbrechung der Dachhaut vermieden. Die Montage der Halterungselemente erfolgt ebenfalls in der Fertigungshalle, und nicht auf der Baustelle.
- 4. Die Konstruktion von Gebäuden, insbesondere von Hallen und Carports kann durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Montageverfahrens nochmals vereinfacht werden. Durch das geringere Gewicht des Daches und den Einsatz zusätzlicher horizontaler Streben kann die Dicke des Trapezbleches reduziert werden. Das Blech wird durch das aufgeklebte Modul stabilisiert und dadurch trittsicher. Vor allem aber kann der Abstand zwischen den Brücken vergrößert werden, wodurch bei gleicher Hallengröße weniger Brücken und weniger Fundamente benötigt werden. Dies begünstigt auch die Nutzbarkeit der Unterstellhallen.
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1 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundelements, welches aus einer Dachelementplatte 2 und einem auf der Dachelementplatte angeordneten Photovoltaikmodul 3 aufgebaut ist. Das Photovoltaikmodul 3 ist dabei rahmenlos ausgeführt und auf die Dachelementplatte 2 aufgeklebt.
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Das Photovoltaikmodul 3 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen 4, welche unter eine die Oberfläche des Photovoltaikmoduls bildende durchsichtige Platte, insbesondere eine Glasplatte, geklebt und elektrisch miteinander verbunden sind. Das Photovoltaikmodul 3 weist weiterhin eine Anschlußdose 17 auf, über welche der elektrische Anschluß des Photovoltaikmoduls 3 erfolgt. Das Photovoltaikmodul 3 ist nun erfindungsgemäß mit seiner Rückseite auf die Dachelementplatte 2 geklebt.
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Als Dachelementplatte 2 wird dabei im Ausführungsbeispiel eine Trapezblechplatte mit Sicken 5 und Erhebungen 6 eingesetzt, wobei das Photovoltaikmodul 3 mit den Erhebungen 6 verklebt ist.
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Das Photovoltaikmodul 3 nimmt ein Großteil der Fläche der Dachelementplatte 2 ein, wird von dieser jedoch in seitlichen Randbereichen 7 sowie einem oberen Randbereich 8 überragt. In diesen Bereichen können benachbarte Verbundelemente miteinander überlappend montiert werden.
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Die Montage einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage ist in 2 gezeigt. Dabei werden eine Mehrzahl von identischen erfindungsgemäßen Verbundelementen 1 auf einer Dachunterkonstruktion befestigt. Die Dachunterkonstruktion besteht aus Brücken 10, welche horizontale Streben 11 tragen. Auf diesen horizontalen Streben 11 werden nun erfindungsgemäße Verbundelemente 1 montiert. Die einzelnen Verbundelemente überlappen sich dabei in den Randbereichen 7 und 8 und bilden so eine durchgehende Dachaußenhaut.
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Zur einfachen Montage weisen die Verbundelemente dabei auf ihrer Rückseite die in 3 gezeigten Halterungselemente 9 auf. Die Halterungselemente 9 sind auf der Rückseite der Trapezblechplatte 2 angeschweißt.
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Die Halterungselemente 9 weisen Winkelbleche 12 auf, welche ein Langloch 13 tragen. Das Langloch 13 ist dabei an dem unteren, im montierten Zustand horizantal verlaufenden Schenkel der Winkelstücke angeordnet und erlaubt eine Verschiebung der Trapezblechplatte in Längsrichtung.
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Wie in 3c dargestellt, kann eine Schraube 14 mit ihrem Kopf in das in Richtung auf die obere Kante des Verbundelements offene Langloch 13 eingeschoben werden, um das Verbundelement mit einer horizontalen Strebe 11 der Dachunterkonstruktion zu verbinden. Durch die Verschiebung der Schraube im Langloch 13 wird damit eine Verstellbarkeit in Längsrichtung V ermöglicht.
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Die Schraube 14 ist dabei ebenfalls über ein Langloch 19 mit der als Profilleiste ausgeführten horizontalen Strebe 11 verbunden und wird rückseitig über eine Beilagscheibe 15 und die Mutter 16 gehalten. Das Langloch 19 erlaubt so eine Einstellbarkeit der Position der Verbundelemente in Breitenrichtung h.
