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Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion für Flachmodule, insbesondere für ein oder mehrere Solarmodule. Die Tragkonstruktion dient der Aufnahme und Lagerung von Flachmodulen auf einer horizontalen oder leicht geneigten Fläche als Unterlage, wo sie gehalten werden und in Gebrauchsstellung gegenüber der Unterlage eine Schrägstellung einnehmen, die bei Solaranwendungen einer optimalen Neigung zur mittleren Solareinstrahlungsrichtung entspricht.
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Vorbekannte Konstruktionen sind durchgängig konstruktiv aufwendig und sind demgemäß teuer.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Tragkonstruktion für Flachmodule anzugeben, die aus möglichst einer geringen Zahl von Einzelelementen besteht, die einen modularen Aufbau zulässt und bei der Herstell- und Montageaufwand vermindert ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe findet sich in den Merkmalen des Hauptanspruchs, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in Unteransprüchen formuliert sind.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Tragkonstruktion zum Aufbau und Halterung von Flachmodulen mindestens ein Paar Tragelemente, Bodenbefestigungsmittel und Modulbefestigungsmittel umfasst. Mit Hilfe der Tragkonstruktion werden Flachmodule (insbesondere Photovoltaik- oder Solarmodule) auf einer Unterlage montiert. Die Unterlage kann horizontal liegen oder geneigt sein. Die Flachmodule haben gegenüber der Unterlage eine bestimmte Neigung, und können so optimal (beispielsweise) dem Sonnenstand angepasst werden.
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Bei der Tragkonstruktion bilden ein erstes, längeres und ein zweites kürzeres Tragelement das Paar Tragelemente. Die Tragelemente weisen je einen zur Unterlage gerichteten Montageschenkel, und je einen der Auflage eines Flachmoduls dienenden Auflageschenkel und eine zwischen Auflageschenkel und Montageschenkel befindliche Tragstrebe auf, wobei die Auflageschenkel gegen die Montageschenkel mit einem Montagewinkel abgewinkelt sind, und der Auflageschenkel beim längeren Tragelement zum Montageschenkel mit dem Montagewinkel hin und der Auflageschenkel beim kürzeren Tragelement mit dem Montagewinkel zum Montageschenkel weg abgewinkelt ist. Die Bodenbefestigungsmittel sind als Befestigungsmittel der Montageschenkel auf der Unterlage ausgebildet und die Modulbefestigungsmittel sind als Verschraubungselemente ausgebildet, die mindestens eine Bohrung in dem Auflageschenkel durchgreifen und klemmend einen Rand mindestens eines Flachmoduls erfassen.
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Bevorzugte Merkmale der Erfindung, die im folgenden beschrieben werden, können einzeln oder (teilweise) gemeinsam verwirklicht sein.
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Die Tragkonstruktion ist besonders dadurch ausgezeichnet, dass das kürzere Tragelement eine Tragstrebe mit einer Mindestlänge aufweist. Wie noch näher erläutert wird, kann die Tragkonstruktion durch alleiniges Beschweren mit Belastungsmitteln (ohne sonstige Befestigung) auf einer Unterlage fixiert werden. Die Belastungsmittel werden dabei auf die Auflageschenkel aufgelegt, wobei die den Belastungsmitteln zugewandte Flächen der Auflageschenkel geriffelt sind, wodurch die Belastungsmittel einen guten Halt bekommen. Die Mindestlänge der Tragstrebe des kürzeren Tragelements ist demnach größer ist als die Dicke oder die Höhe eines zum Einsatz kommenden Bodenbefestigungsmittels.
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Die Tragkonstruktion ist modular aufgebaut. Flachmodule diverser Hersteller können auf Flachdächern oder leicht geneigten Schrägdächern montiert werden. Der Neigungswinkel für die Flachmodule (Neigung gegen eine horizontale Fläche) könnte beispielsweise 18° betragen. Tragkonstruktionen mit anderen Neigungswinkeln können vom Fachmann nach der Erfindung leicht hergestellt werden.
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Die Tragelemente werden je nach baulichen Gegebenheiten auf der Unterlage fixiert. Die Bodenbefestigungsart bestimmt sich im konkreten Fall durch die Gewichte der Flachmodule und der möglichen kritischen Windlast. Hierbei spielt auch die Eigenschaft der Unterlage eine Rolle, möglicherweise dadurch, dass in die Unterlage nicht eingegriffen (gebohrt) werden soll. Befestigungsarten der Fußteile oder Montageschenkel sind entweder alleiniges Beschweren mit Betonsteinen (ohne sonstige Befestigung), Anbinden an eine auf der Unterlage liegende, möglicherweise auch dort befestigte Profilschiene, oder direktes Verschrauben oder Vernieten mit der Unterlage (Dachfläche) oder Fixieren über Winkel und/oder anderer Halterungen auf der Unterlage.
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Die Modulbefestigungsmittel sind vorzugsweise Verschraubungselemente, die mindestens eine Bohrung in dem Auflageschenkel durchgreifen. Vorzugsweise sind die Bohrungen im Auflageschenkel keine Gewindebohrungen, sondern nur Durchgangslöcher. Damit wird vermieden, Stahlschrauben zur direkten Modulbefestigung in Gewindebohrungen im relativ weichen Aluminium-Profil zu verwenden, da zwischen Stahl und Aluminium eine ungünstige Materialpaarung vorliegt.
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Bei Aufbau eines einzigen rechteckigen Flachmoduls können beispielsweise zwei Paar Tragelemente (für die beiden kurzen Seiten des Flachmoduls) ausreichen und eingesetzt werden. Bei besonders langen Flachmodulen können oder sollten mehr als zwei Paar Tragelemente eingesetzt werden. Diese Paare von Tragelementen unterstützen ein Flachmodul neben der Modulbefestigung an den kürzeren Rändern ebenfalls noch in der Mitte des Flachmoduls.
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Bei Montage zweier Flachmodule in einer Reihe nebeneinander können beispielsweise drei Paar Tragelemente eingesetzt werden, da ein Paar der Tragelemente in der Mitte liegend beide Flachmodule abfangen und befestigen können.
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Die Tragelemente bilden eine erste vordere und eine zweite hintere Stütze. Zur Stütze des tiefer liegenden Randes eines Flachmoduls wird das kürzere Tragelement; zur Stütze des höher liegenden Randes eines Flachmoduls wird das längere Tragelement eingesetzt.
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Die Tragelemente sind Winkelprofile. Sie haben ein Profil im Querschnitt, welches etwa C-förmig ist oder als liegendes U angesehen werden kann. Die Tragelemente sind vorzugsweise Strangpress-Profile; sie können jedoch auch abgekantete Blechprofile sein. Als Material für Strangpress-Profile eignet sich besonders gut Aluminium. Bei der bevorzugten Ausbildung der Tragelemente als Strangpress-Profile haben Auflageschenkel, Tragstrebe und Montageschenkel dieselbe Breite, da die Tragelemente vom einem Strangpress-Profil abgelängt werden.
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Zur Sicherung gegen Verschieben von z. B. einem Betonstein sind die Montageschenkel der Tragelemente auf ihrer Oberseite geriffelt. Der Betonstein dient als Abstandshalter und Beschwerung. Für diesen Anwendungsfall, z. B. auf Fallendächern wird unter jeden Montageschenkel eine Bautenschutzmatte oder vergleichbares zum Schutz der Dachhaut gelegt. Wichtig hierbei ist, dass diese materialverträglich mit der vorhandenen Unterlagenbedeckung (oder Dachhaut) ist.
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Die Tragelemente haben je ein Fußteil, welches als Montageschenkel bezeichnet wird; ein Auflageschenkel zur Auflage des oberen Randes des Flachmoduls (beim längeren Tragelement) oder zur Auflage des unteren Randes des Flachmoduls (beim kürzeren Tragelement), wodurch ein Flachmodul unterseitig in montierter Stellung abgestützt wird. Der Montageschenkel ist der Unterlage zugewandt. Zwischen Montageschenkel und Auflageschenkel befindet sich eine Tragstrebe, welche vorzugsweise endständig vom Montageschenkel absteht, vorzugsweise mit einem Winkel von 90°. Der Winkel kann auch so gewählt werden, dass die Tragstrebe eine vertikale Richtung einnimmt, wobei der Montageschenkel parallel zur Unterlage zu liegen kommt, und die Unterlage nicht notwendig horizontal ausgerichtet ist. Der Auflageschenkel ist gegen den Montageschenkel mit einem Montagewinkel abgewinkelt. Der Auflageschenkel beim längeren Tragelement ist zum Montageschenkel hin abgewinkelt; der Auflageschenkel beim kürzeren Tragelement ist zum Montageschenkel weg abgewinkelt. Auflageschenkel und Montageschenkel weisen von der Tragstrebe in dieselbe Richtung weg.
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Der Tangens des Montagewinkels entspricht dem Verhältnis der Längendifferenz der Tragstreben der beiden Tragelemente zum Montageabstand der Tragelemente auf der Unterlage. Bei Aufständerung auf einer horizontalen Fläche entspricht der Montagewinkel der Neigung des montierten Flachmoduls, bei Aufständerung auf einer geneigten Fläche ergibt sich die Neigung des montierten Flachmoduls aus dem Montagewinkel plus dem (zur Sonne geneigten) Anstellwinkel der Unterlage (oder minus bei negativer Schräge der Unterlage, der Sonne abgewandt). Die Längendifferenz der Tragstreben kann sich je nach Neigung der geneigten Fläche sogar sehr nah annähern.
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Der Montageschenkel hat vorzugsweise eine quadratische Fläche, also Länge etwa gleich der Breite. Seine von der Unterlage wegweisende Oberseite kann gerippt oder gezahnt ausgebildet sein. Die Oberseiten der Montageschenkel dienen der Aufnahme von Belastungsmitteln (als Bodenbefestigungsmittel), vorzugsweise von Betonsteinen. Mit der Riffelung oder Zahnung erhalten die Betonsteine eine stabile Lage. Ein Betonstein liegt auf je einem Montageschenkel der Tragelemente auf, wobei die offene Seite der C-Profile der Tragelemente einander zugewandt sind.
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Der Auflageschenkel hat ebenso vorzugsweise eine quadratische Fläche, also Länge etwa gleich der Breite. Die Länge des Auflageschenkels kann kürzer sein als die Länge des Montageschenkels. Die Unterseite beider Auflageschenkel (zu dem Montageschenkel hinweisende Fläche) weist eine Verdrehschutzkante auf. Diese dient dem Anschlag von (noch zu beschreibenden) Modulbefestigungsmitteln.
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An den Tragstreben der Tragelemente ist parallel zur Erstreckung der Montageschenkel mindestens eine Nut angeformt. Vorzugsweise befinden sich zwei Nuten auf der Rückseite (siehe 1A) der Tragstrebe des längeren Tragelements, eine Nut auf der Rückseite der Tragstrebe des kürzeren Tragelements und eine Nut auf der Innenseite der Tragstrebe des längeren Tragelements.
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An der zwischen Tragstrebe und Auflageschenkel gebildeten Kante der kürzeren Tragstrebe ist ein Montageanschlag vorhanden. Der Montageanschlag steht von der Oberseite (vom Montageschenkel wegweisende Fläche) des Auflageschenkels ab. Der Montageanschlag dient dazu, den unteren Rand eines Flachmoduls abzufangen.
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Abmessungen von Elementen der Konstruktion können beispielsweise wie folgt sein.
Breite der Tragelemente: 10 cm,
Fläche Montageschenkel: 10 × 10 cm,
Fläche Auflageschenkel: 10 × 6,5 cm,
Länge längere Tragstrebe 33 cm,
Länge kürzere Tragstrebe 7 cm (Abstand Unterkannte bis Boden; Zwischenraum zur Auflage eines Betonsteins),
Neigungswinkel W bei Montageabstand der Tragstreben von 80 cm, ca. 18°,
Masse der Beschwerungsgewichte (Betonsteine) zwischen 16 und 25 kg,
Abmessung eines Standardbetonsteins in Länge Breite Höhe: (L × B × H) 100 × 20 × 5 cm.
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Der Aufbau der Tragkonstruktion kann einseitig oder ringsherum mit Abschirmblechen umhüllt werden. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, die an den längeren Tragelementen vorhandene offene Seite, die die größte freie Fläche darstellt und dem Wind einen Zugang bietet, mit Windschutzblechen zu verkleiden. Zu Befestigung von Windschutzblechen oder Elektrokabeln oder anderen Elementen können an den Tragstreben Halteclips ausgebildet sein.
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Die Anbindung von Profilschienen (z. B. zur Reihenkopplung), Kabelclips, Kabelbühnen, Sicherungskreuzen, Haltewinkeln oder Windschutzblechen erfolgt über Standardkomponenten z. B. mittels Nutenstein und DIN-Schrauben M81M10. Diese Einzelheiten dienen der Erweiterung des Systems für verschiedenste Anwendungsfälle. Zum Beispiel kann durch die Kopplung der Modulreihen oder durch ein Windschutzblech die Lastverteilung, die Stabilität und die Windangriffsfläche oder den Böenstaudruck der Konstruktion verbessert werden, wodurch der Ballast (z. B. ein Betonstein) in seinem Gewicht verringert werden kann, womit auch Dächer mit geringer Lastreserve genutzt werden können.
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Die Flachmodule liegen in der Regel quer (also bezüglich ihrer längeren Kante) auf der Unterlage. Jeweils zwei Flachmodule (außer an den Reihenenden) teilen sich eine Auflagefläche auf den Tragelemente und werden mit zwei Klemmen und Schrauben miteinander und an den Tragelementen befestigt Die Befestigung der Klemmschraube erfolgt mit einer Gewindeplatte, welche sich verkantet. Somit ist für alle Modulrahmenhöhen nur ein Typ Klemme und ein Typ Schraube erforderlich.
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Die Abmessungen der Tragelemente sowie deren Abstände zueinander sind so gewählt, dass diverse Modultypen mit ihren zulässigen Klemmbereichen (etwa 80 bis 100 cm Modulbreite) mit der Tragkonstruktion nach der Erfindung montiert werden können.
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Durch die Aufstellfläche der Montageschenkel von etwa 10 × 10 cm werden die Lasten zum einen verteilt und es ergeben sich erhöhte Punktlasten, was gegenüber Linienlasten den Reibwert und somit die Sicherheit gegen Verschieben der Anlage verbessert.
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Die Erfindung wird in Figuren dargestellt, wobei diese im Einzelnen zeigen:
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1A und 1B: die Tragelemente, in Seitenansicht und in perspektivischer Darstellung,
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2: perspektivische Ansicht eines Aufbaus mit Flachmodulen in zwei Reihen hintereinander,
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3: wie 2, jedoch Befestigung des Aufbaus zusätzlich mit längslaufenden Profilschienen,
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4: Detail der Befestigung einer Profilschiene an dem längeren Tragelement,
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5: Detail der Befestigung zweier nebeneinander liegender Flachmodule über das kürzere Tragelement,
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6: Detail der Befestigung eines einzigen Flachmoduls (in Randlage) über das kürzere Tragelement,
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7: Ansicht unter einen Auflageschenkel mit Befestigungsmittel und
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8: Seitenansicht eines Aufbaus mit der Tragkonstruktion.
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In allen Figuren werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass in den Figurenbeschreibungen nicht im Einzelnen identische Teile wiederholt angesprochen werden.
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Die 1A zeigt das erste (längere) Tragelement 10 und das zweite (kürzere) Tragelement 20 von der Seite mit den Einzelheiten:
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Tragstrebe des längeren Tragelements,
- 12
- Montageschenkel (von beiden Tragelementen),
- 12
- Oberseite Montageschenkel,
- 13
- Auflageschenkel des längeren Tragelements,
- 14
- Verdrehschutzkante am längeren Tragelement,
- 15
- Bohrung (in beiden Tragelementen),
- 16
- Nut(en),
- 19
- Riffelung, Zahnung,
- 21
- Tragstrebe des kürzeren Tragelements,
- 23
- Auflageschenkel des kürzeren Tragelements,
- 24
- Verdrehschutzkante am kürzeren Tragelement,
- 27
- Modulstützanschlagkante,
- W
- Neigungswinkel,
- 30
- Modulbefestigungsmittel.
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Die 1B zeigt die Tragelemente 10, 20 in perspektivischer Darstellung, wobei die Lage zueinander mit dem Montageabstand MA dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 30 sind die Modulbefestigungsmittel angedeutet.
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Mit 2 wird perspektivisch ein Aufbau mit Flachmodulen 2 in zwei Reihen hintereinander gezeigt. Die Flachmodule 2 sind an ihren kürzeren Randseiten mit Befestigungsmittel 30 an den Tragelementen 10 und 20 befestigt. Zur Stabilität der Lage sind zwischen den Tragelementen 10 und 20 auf den Montageschenkeln 12 Betonsteine 82 aufgelegt.
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In der 3 ist wie in der 2 eine Befestigung des Aufbaus zusätzlich mit an den Tragelementen 10 und 20 längslaufende Profilschienen 84 dargestellt.
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Mit 4 (und auch in 3) sind Details der Befestigung einer Profilschiene 84 an einem Tragelement 10 gezeigt. Die Befestigung erfolgt über einen Befestigungswinkel 85, der in der Innennut der Profilschiene 84 und in der Nut 16 (auf der Rückseite des längeren Tragelements 10) je mit einer Schraube befestigt ist.
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Die 5 zeigt im Detail die Befestigung zweier nebeneinander liegender Flachmodule 2 über das kürzere Tragelement 20. Erkennbar sind eine Lasche 33, eine Schraube 32, die Modulstützanschlagkante 27 am oberen Ende der Tragstrebe (21) des Tragelements 20, die Nut 16 auf der Rückseite des Tragelements 20 und ein Betonstein 82 als Gewicht zur Beschwerung des Aufbaus. In der 6 wird ein Detail der Befestigung eines einzigen Flachmoduls 2 (in Randlage) über das kürzere Tragelement 20 gezeigt. Anstelle der lasche (aus 5) wird in dieser Befestigungsart ein Befestigungswinkel 33' eingesetzt. Weitere Einzelheiten entsprechen denen in der 5.
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Mit 7 wird eine Ansicht unter einen Auflageschenkel 13 eines Tragelements (10 oder 20) vorgelegt. Auf der Unterseite des Auflageschenkels 13 ist die Verdrehschutzkante 14 sichtbar. Eine solche Verdrehschutzkante ist an jedem Tragelement vorhanden. Die Schraube 32, die von oben durch die Bohrung 15 im Auflageschenkel 13 gesteckt ist, ist in die rechteckig oder quadratisch ausgebildete Gewindeplatte 34 gedreht. Die befindet Gewindeplatte 34 liegt der Verdrehschutzkante 14 bündig an, und ist damit verdrehgesichert.
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In der 8 findet sich eine Seitenansicht eines Aufbaus mit der Tragkonstruktion. Zuvor beschriebene Einzelheiten werden nicht wiederholt, soweit sie dasselbe Detail betreffen. Das Flachmodul 2 ist mit einem Neigungswinkel W = 18° aufgeständert. Zwei Betonsteine 82 (lang) und 82' (kurz) dienen zur Beschwerung des Aufbaus. Der längere Betonstein 82 (mit der Dicke H) liegt sowohl auf dem Montageschenkel des kürzeren Tragelements als auch auf dem Montageschenkel des längeren Tragelements. Seine Länge L ist passend für den Modulaufbau bezüglich Länge der Module und Anstellwinkel der Module gewählt. Mit den Bezugszeichen L1 und L2 sind die Abmessungen (Längen, bzw. lichte Weiten der Tragstreben 11, 21) des längeren 10 und des kürzeren Tragelements 20 eingezeichnet. Die Mindestlänge L2 der Tragstrebe 21 des kürzeren Tragelements 20 ist größer gewählt als die Dicke H des verwendeten Betonsteins 82. Im oberen rechten Bereich von
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8 ist eine Aufsicht auf eine Montagesituation von sechs Flachmodulen 2 gezeigt, die in zwei Reihen hintereinander aufgestellt sind. Unter den Tragelementen liegen kleinere Betonsteine 82.
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Die Aufsicht soll etwa auch eine maßstäbliche Darstellung wiedergeben, wo die Flachmodule 2 etwa mit einem Abstand der kurzen Seiten von ca. 8 bis 21 cm nebeneinander montiert sind.
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Nicht dargestellt ist, jedoch für den Fachmann unmittelbar einleuchtend, dass Abschirmbleche an der Tragkonstruktion anbringbar sind. Beispielsweise kann ein Windabweisblech an den Nuten 16, an der Außenseite des längeren Tragelements 10 (also links in der 8) befestigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Flachmodul (PV-Modul, Solarkollektor)
- 4
- Unterlage (horizontale Fläche)
- 5
- Gummimatte
- 10
- erstes (längeres) Tragelement
- 11
- Tragstrebe, längeres Tragelement
- L1
- Länge längeres Tragelement
- 12
- Montageschenkel (von beiden Tragelementen)
- 12'
- Oberseite Montageschenkel
- 13
- Auflageschenkel, längeres Tragelement
- 14
- Verdrehschutzkante, längeres Tragelement
- 15
- Bohrung (in beiden Tragelementen)
- 16
- Nut(en)
- 19
- Riffelung, Zahnung
- 20
- zweites, kürzeres Tragelement
- 21
- Tragstrebe, kürzeres Tragelement
- L2
- Länge kürzeres Tragelement
- 23
- Auflageschenkel, kürzeres Tragelement
- 24
- Verdrehschutzkante, kürzeres Tragelement
- 27
- Modulstützanschlag
- W
- Neigungswinkel
- 30
- Modulbefestigungsmittel
- 32
- Klemmschraube
- 33
- Lasche
- 33'
- Klemmwinkel
- 34
- Gewindeplatte
- 82, 82', 82''
- Betonstein
- L, B, H
- Abmessungen von Betonstein
- 84
- Profilschiene
- 85
- Schienenbefestigung
- MA
- Montageabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009002504 A1 [0002]
- DE 202006009871 U1 [0002]
- WO 2007143983 A2 [0002]
- DE 202006009678 U1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN-Schrauben M81M10 [0026]
