WO2024033024A1 - Befestigungselement mit einsatzelement, insbesondere für solarpanele - Google Patents

Befestigungselement mit einsatzelement, insbesondere für solarpanele Download PDF

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WO2024033024A1
WO2024033024A1 PCT/EP2023/069828 EP2023069828W WO2024033024A1 WO 2024033024 A1 WO2024033024 A1 WO 2024033024A1 EP 2023069828 W EP2023069828 W EP 2023069828W WO 2024033024 A1 WO2024033024 A1 WO 2024033024A1
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fastening
mast tube
ground
load
elements
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PCT/EP2023/069828
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Peter Hakenberg
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Paxos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG
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    • F24S25/60—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S25/61—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules for fixing to the ground or to building structures
    • F24S25/617—Elements driven into the ground, e.g. anchor-piles; Foundations for supporting elements; Connectors for connecting supporting structures to the ground or to flat horizontal surfaces
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • E02D5/80—Ground anchors
    • E02D5/801—Ground anchors driven by screwing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S2025/01—Special support components; Methods of use
    • F24S2025/014—Methods for installing support elements

Definitions

  • the invention relates to a fastening element, in particular for solar panels, and a solar fence.
  • the piles, posts or mast tubes of such solar fences can also or additionally be anchored in the ground using ground screws or ground screws.
  • ground screws Such are, for example, from DE 20 2019 102 642 Ul or DE
  • the object of the present invention is to propose a permanently reliable fastening element for a solar panel, in particular for solar fences.
  • the fastening element to be fastened to the subsurface should in particular withstand wind loads and should not come loose even over a longer period of operation.
  • the construction should be as simple and cost-effective as possible.
  • the task is to create a solar fence that is permanently and reliably attached to the ground and is particularly suitable for withstanding wind loads.
  • the fastening element according to the invention therefore consists of the main components: load element, ground screw element and mast tube.
  • An element to be fastened for example a solar panel, can be fastened to the mast tube using fastening material.
  • the invention is not only suitable as fastening elements for solar panels or for a solar fence, with the help of the fastening element according to the invention, almost all objects can be securely anchored in the ground.
  • the invention is particularly suitable for attaching large umbrellas, traffic signs, traffic light poles, lanterns and lighting poles (floodlight poles), antenna or radio masts, charging stations (e-mobility), advertising boards, fences, foundations for containers and prefabricated buildings (including assembled buildings such as greenhouses), Sound barriers or wind turbines.
  • the objects mentioned as examples can be easily attached to the mast tube of the fastening element according to the invention.
  • solar panel refers to elements for the energetic use of solar energy, preferably thermal or electrical (photovoltaics).
  • the solar fence according to the invention includes at least two corresponding fastening elements and at least one solar panel, which is arranged between these fastening elements and fastened to the fastening elements.
  • the solar fence is formed by a plurality of solar panels and fastening elements, which are arranged next to each other either along a straight line or along an arc. It is also conceivable that the solar panels are each arranged at an angle to one another, i.e. in a zigzag shape.
  • the load element can consist of various suitable materials; concrete, in particular cast precast concrete, preferably steel-reinforced, is particularly suitable.
  • a high mass of the load element increases the stability of the fastening element or the solar fence. Concrete is particularly suitable not only because of its high mass, but also because of its low cost and relatively simple production and processing.
  • the steel alarm additionally increases the resistance of the load element.
  • a plastic with a high mass is also suitable for use in concrete.
  • the size or height (thickness) and diameter of the load element can be adjusted according to the requirements and therefore differ depending on the application.
  • the load element is placed on the ground and anchored, but it is also conceivable that it is used embedded in the ground.
  • the load element is covered with earth material, for example, after anchoring, which additionally stabilizes the fastening element.
  • the shape and diameter of the load element can be freely selected to suit the local conditions, with a circular disc generally being suitable.
  • the diameter of such a disk essentially depends on the height of the mast tube and the size of the solar panels to be attached to it and the expected wind load.
  • a disk-shaped load element with a diameter of approximately 0.5 m to 1.5 m, preferably approximately 1 m, is generally sufficient.
  • the vertical height of the load element is also variable and can be selected to suit local requirements.
  • a height of the load element of 0.05 m to 0.3 m, in particular approximately 0.15 cm, has proven to be suitable.
  • a diameter that corresponds to eight times the height is particularly suitable for a disc-shaped load element made of concrete.
  • the mass of the load element is advantageously at least 800 kg/m 3 , preferably between 2000 and 3000 kg/m 3 .
  • the load element can preferably be made of concrete, steel-reinforced concrete or a plastic with a correspondingly high mass. With a diameter of a round load element of 0.5 m and a vertical height of 15 cm, the mass of the load element is between 24 kg and 90 kg, depending on the material, and with a diameter of 1 m and a vertical height of 30 cm it is 192 kg to 720 kg (based on a material with a mass of 800 kg/m 3 or 3000 kg/m 3 ).
  • the load element or the concrete slab forms the foundation.
  • It has a larger recess in the center for inserting the earth screw element, as well as preferably one or more continuous openings or recesses for earth interlocking and later dismantling of the load element.
  • four recesses can be provided that are evenly distributed or arranged over the surface of the load element, through which earth wedges or earth spikes or other earth screw elements can be driven or screwed into the ground for earth toothing.
  • the recesses can also simply be used to additionally interlock the load element with the subsurface.
  • the recesses do not accommodate earth wedges or ground spikes, but subsurface material presses into the recesses from below and causes the load element to be able to better withstand lateral thrust, which acts essentially parallel to the subsurface.
  • the own weight of the load element also means that lateral thrust does not lead to lateral deflection or lateral movement of the fastening element.
  • the fastening element according to the invention also takes advantage of the fact that a relatively high surface load on the load tube with the objects attached to it is directed into the load element and into the ground via its support.
  • the support surface of the load element creates a surface fit in a considerably larger area, which means that forces acting essentially vertically from above can also be safely withstood.
  • the design of the fastening element according to the invention also means that tilting or bending moments in the mast tube, which are generated on the fastened objects, for example by wind load, are also optimally diverted or distributed.
  • the earth screw element screwed or driven into the ground withstands the tilting or bending moments, and on the other hand, the load element is also supported on the ground via the support surface on the ground, so that tensile and compressive forces are counteracted.
  • the side of the load element facing the subsurface can be additionally structured in order to additionally interlock with the subsurface.
  • protruding points, but also grooves or depressions into which soil can press are conceivable.
  • Almost all structures or shapes are conceivable that enable better interlocking with the subsurface.
  • the ground screw element can be designed as a ground screw or as a ground screw sleeve.
  • an earth screw sleeve it can be formed, for example, by a wound and preferably welded, conically tapered trapezoidal sheet on which a flat steel is fastened in a helix, preferably welded.
  • Such an earth screw sleeve has a mast tube receptacle for the mast tube at its end facing away from the ground.
  • the receptacle is formed by an end opening of a tubular sleeve longitudinal body of the ground screw sleeve. The mast tube is inserted in some areas into the longitudinal body of the sleeve or the ground screw sleeve from above.
  • the interior of the longitudinal sleeve body is correspondingly shaped in such a way that the mast tube is held in a certain position in the vertical direction and cannot move further into the longitudinal sleeve body.
  • This can be achieved by a tapered shape of the longitudinal body, but a narrowing of the cross-section in the course of the longitudinal sleeve body is also conceivable.
  • the earth screw element is designed as an earth screw, it does not have a sleeve-shaped mast tube receptacle; rather, the end of the mast tube is attached to the free end of the earth screw protruding from the ground, for example via a flange connection.
  • the earth screw element In the area of its upper end facing away from the ground, the earth screw element has engagement means via which the earth screw element can be contacted and rotated.
  • engagement means can be formed by a sectionally non-round cross section of the longitudinal sleeve body, but alternatively moldings or webs can also be provided through which a torque can be applied. Openings arranged diametrically opposite one another are also conceivable, through which a rod can be passed. Sufficient torque can then be applied to the earth screw element via the rod and this can be screwed into the ground.
  • Indentations or depressions can also be provided in the upper area of the earth screw sleeve which, firstly, hold and guide the inserted mast tube and secondly can be used to screw in and unscrew the earth screw sleeve (analogous to a square screw head).
  • the term earth screw element can also include an embodiment as a skewer in a particularly simple embodiment variant of the invention.
  • the thread can be omitted; in this case, a skewer with a smooth outer surface that is driven into the ground and holds the fastening element is sufficient.
  • the mast tube forms the extension of the ground screw element and serves as a stand and holder for elements to be fastened, preferably solar panels.
  • the mast tube can be of any desired length and made of many different materials. For example, it is possible to make it from an aluminum tube or stainless steel; a resistant plastic is also conceivable. A diameter of, for example, 120 mm is sufficient for most applications.
  • the mast tube does not have to be hollow; it can also be made of solid material. It is also conceivable to form the mast tube using a wooden post.
  • the components are connected to one another in such a way that the solar panel is held movably, whereby it can, so to speak, avoid wind load and the fastening element or the solar fence is not damaged.
  • the degrees of freedom of movement required for this can be ensured by the ground screw element itself, the connection of the ground screw element to the mast tube, through the mast tube itself and/or through the connection of the mast tube to the solar panel.
  • the solar panel can therefore be movable itself and therefore directly or via movement of the mast tube, i.e. indirectly.
  • a central fastening element which has the mast tube, can be additionally fastened to the ground via one or more external fastening elements.
  • the external fasteners are in place in some areas on a surface of the central fastening element facing away from the ground and, like the central fastening element, are fastened in the ground via appropriate ground screw sleeves, ground spikes or ground wedges.
  • the central fastening element is therefore arranged in areas between the subsurface and the outer fastening elements.
  • four external fastening elements are available, which are arranged around the mast tube and additionally secure the central fastening elements. Theoretically, a single additional external fastening element can be sufficient to sufficiently fasten the central fastening element.
  • the outer fastening elements are not arranged in areas on the surface facing away from the ground, but are also arranged adjacent to the central fastening element and resting on the ground over the entire surface.
  • the central fastening elements and the outer fastening elements preferably touch each other with their side, vertically aligned surfaces.
  • the outer fastening elements in this embodiment prevent the central fastening element from moving laterally. It is also conceivable here to use only a single or several adjacent fastening elements; mixed forms of the two fastening systems described, i.e. with overlying and adjacent fastening elements, are also possible.
  • the outer fastening elements can also have mast tubes; they would then not only hold the central fastening element, but also offer the possibility of fastening other objects.
  • the mast tube can be pivoted relative to the load element and thus relative to the ground.
  • a corresponding pivoting element is provided in the transition area between the mast tube and the ground screw element.
  • an elastomer element is arranged within the mast tube receptacle, which surrounds the mast tube inserted into the mast tube receptacle. By compressing the elastomer element, the mast tube can be counteracted by a certain amount. can be pivoted over the load element and thus relative to the ground.
  • the pivotability of the mast tube can be influenced differently in different directions. For example, it can be provided that the mast tube can be pivoted more in certain directions, for example transversely to the main extension of the solar panels, than transversely, i.e. in the direction of the solar panels located on the mast tube.
  • the bearing which is intended to enable pivoting, can also be arranged at a different location or even at several locations in the course of the mast tube, but it would then have to be designed differently.
  • the mast tube itself can have a spiral spring or an elastomer element in some areas, which allow the desired movements.
  • a bearing designed in this way can of course also be arranged near the ground screw sleeve or the subsurface.
  • a pivotability of the mast tube relative to the load element by up to 60°, preferably up to 30°, is particularly advantageous.
  • the solar panel itself which is attached to the mast tube, is also pivotably mounted.
  • the solar panel is held on the mast tube via a pivot bearing, the pivot bearing being arranged on a vertically extending vertical edge of the solar panel, which runs parallel to the mast tube in the windless state.
  • the pivot bearing can be arranged approximately in the middle of the vertical edge in relation to the extent of the vertical edge, but the pivot bearing is particularly preferably arranged as high as possible, i.e. as far away from the load element as possible.
  • the pivot bearing ensures that the solar panel can rotate around the axis of rotation specified by the pivot bearing when there is a corresponding wind load.
  • the pivot bearing can be designed such that the angle of rotation is limited by the pivot bearing itself.
  • a pivot bearing sleeve that is open in the direction of the solar panel can be provided on the mast tube, into which a pin protruding from the solar panel extends.
  • An elastomer bearing is provided within the pivot bearing sleeve, into which the pin extends.
  • the pin has a non-round cross-section, preferably an oval cross-section, which is located in a correspondingly shaped receptacle Elastomer bearing is held. Twisting the pin compresses the elastomer bearing, which creates increasing resistance to the rotational movement, for example caused by wind load.
  • the elastomer bearing other types of bearings can also be used at this point, which enable and, if necessary, limit the rotational movement of the solar panel.
  • the use of a torsion spring is conceivable.
  • the pivot bearing can fundamentally enable a 360° rotation, but this is limited by a pivot limiting element arranged above or below the pivot bearing.
  • This can be formed, for example, by a spiral spring, which is attached with one end to the mast tube and with the other end to the solar panel, preferably to the vertical edge. This prevents the solar panel from being twisted too far. For most applications it is sufficient if the solar panel can pivot up to 60° relative to the mast tube.
  • the main components can be designed either individually or in one piece.
  • the earth screw element and mast tube can be designed as separate elements or in one piece as a single element.
  • the fastening elements can be used to form a solar fence.
  • two fastening elements have a distance from each other that is adapted to the width of the solar panels to be installed.
  • a solar panel is attached with its two vertical edges to a fastening element or to a mast tube, i.e. it is located between two mast tubes.
  • a solar fence is usually made up of several solar panels, each of which is attached to two mast tubes.
  • the solar fence can extend along a straight line, but of course the solar panels can also be arranged at an angle to one another, for example positioned in a zigzag shape.
  • Several solar panels can also be attached to a mast tube.
  • the fastening element according to the invention can, for example, be assembled and dismantled as follows:
  • the soil is first drilled/excavated using a digger (earth auger). This creates a hole approx. 0.2 - 0.3 m deep with a diameter of approx. 1 m and an approx. 1.5 m deep hole with a diameter of approx. 0.06 m.
  • the load element preferably designed as a concrete slab.
  • the ground screw element is then screwed through the central recess into the second, deeper hole.
  • the soil is compacted by the wedge-shaped geometry of the earth screw element and is put under tension. The areas between the flat steel cut into the earth and solidify the system. It is practically no longer possible to pull out the ground screw element.
  • the earth screw element protects against the dynamic tension-compression wind load because the sleeve and the concrete slab can be used to introduce extensive forces (or a pair of forces) that resist the bending moment of the post or mast tube (caused by wind forces on the attached element).
  • the conical ground screw element presses itself into the concrete slab so that it absorbs the changing forces without play.
  • the concrete slab is then preferably covered with earth so that the smaller recesses also become clogged with earth. For difficult surfaces, additional earth wedges/stakes can be driven into the smaller recesses. After installation, the system can be further consolidated/compacted and planted.
  • the mast tube is pressed into the ground screw sleeve.
  • the indentations/recesses on the ground screw sleeve have a clamping effect.
  • the solar panel is then attached to the mast tube.
  • several fasteners and several solar panels are installed.
  • the attached elements are first removed from the mast tube(s).
  • the earth screw elements and the concrete slab are exposed (freed from earth).
  • the ground screw element can be grasped at the indentations/recesses and unscrewed.
  • hooks are inserted into the recesses and the load element is pulled out using a crane/excavator.
  • the concrete slab can have eyelets or hooks over which it can be gripped or to which a lifting device can be attached.
  • the fastening element according to the invention is cost-effective because no ready-mixed concrete is required (only a load element, for example a concrete slab), can be installed quickly, can be loaded immediately, is environmentally friendly (since little material is used), is easy to dismantle and can be reused if necessary. In particular, it can also be moved later.
  • the area (agricultural land) can easily be returned to its original state (e.g. arable land becomes building land).
  • an insert element can be provided which prevents play between the central recess and the shaft of the ground screw element.
  • the gap can arise, for example, because the ground screw element has a threaded section, which is followed by a thread-free section with a smaller diameter, which is located in the area of the recess when installed.
  • the screw sleeve extends through the insert element and is held in it.
  • the insert element can, for example, be made of a hard plastic or a metal through which the ground screw element is screwed during on-site assembly. It preferably forms a thread in the inner wall of the recess of the load element.
  • the insert element is firmly connected to the load element.
  • the connection should be designed in such a way that it should be possible to lift the load element together with the screwed-in earth screw element by gripping and lifting the earth screw element. This enables delivery of load elements already connected to earth screw elements, whereby these can then be moved quickly and easily by gripping the earth screw elements.
  • the insert element can, for example, be inserted into the recess of the pre-produced load element and glued and/or pressed to an inner wall of the recess.
  • the insert element can, for example, be inserted into the recess of the pre-produced load element and glued and/or pressed to an inner wall of the recess.
  • the insert element has an outer contour that enables an optimal connection to the load element.
  • the outer contour can, for example, be structured and/or have laterally projecting holding arms which, in the finished state, extend through the inner wall into the load element.
  • the outer contour is bulbous or spherical, and the insert element then resembles a donut in shape.
  • the insert element is essentially ring-shaped, the ground screw element is guided through the ring opening.
  • the ring opening is initially closed on both sides by cover elements during assembly.
  • the ground screw element is screwed in through the cover elements; in this embodiment variant, too, a thread preferably forms in the inner wall of the recess.
  • the insert element can also have an internal thread that is adapted to the external thread of the ground screw element.
  • the earth screw element can be screwed into the insert element, with the external thread possibly being made longer in order to be able to screw in the earth screw element far enough.
  • a gap does not form between the shaft of the ground screw element and the inner wall of the recess with this design.
  • the insert element can be filled with a loose material, for example sand, so that it does not float when concreting and / or pouring the load element.
  • the insert element improves the load distribution in the load element when forces act laterally on the mast tube or the ground screw element, but the insert element also counteracts tensile or compressive loads that act on the mast tube or the ground screw element.
  • FIGS 1 a to 1 f different views of a fastening element according to the invention
  • Figures 2a to 2e fastening elements inserted into a substrate
  • Figure 3 an earth screw sleeve according to the invention of a fastening element
  • Figure 4 a first embodiment variant of a mast tube holder with an elastomer element
  • Figure 5 a second embodiment variant of a mast tube holder with an elastomer element
  • FIGS. 6a, 6b a fastening system with external fastening elements resting in certain areas
  • Figures 7a, 7b a fastening system with adjacent non-supporting outer fastening elements
  • Figures 8 a perspective view of a fastening element with an insert element
  • Figures 9a to 9c representations of a glueable variant of the insert element
  • Figures 10a to 10c representations of a variant of the insert element that can be used as a lost form
  • Fig. 11 a section of the load element with the insert element inserted.
  • FIG 1 shows the basic structure of a fastening element 20 according to the invention, comprising a load element 1, a ground screw element 2 and a mast tube 3.
  • the fastening element 20 according to the invention is particularly suitable for erecting a solar fence 22, as shown in Figures 2 and 7
  • any other objects can also be attached to the surface using the fastening element 20 according to the invention.
  • Such a solar fence 22 is formed from at least two fastening elements 20 and a solar panel 24 located between them.
  • Figure 7 shows, by way of example, only a single solar panel 24 between two fastening elements 20.
  • a fastening element 20 is introduced into a subsurface 26 via the earth screw element 2 and is firmly anchored in the subsurface due to the design of the earth screw element 2 in connection with the load element 1.
  • the mast tube 3 and the ground screw element 2 are designed in two pieces and are preferably only connected to one another on site.
  • the earth screw element 2 is designed as an earth screw sleeve 2 and has a mast tube receptacle 28 into which a free end of the mast tube 3 can be inserted.
  • the load element 1 is designed as a circular disk, which preferably consists of steel-reinforced concrete.
  • the load element 1 has a central recess 32 through which, in the installed state, a free end of the ground screw is located. belementes 2, here an earth screw sleeve 2 extends.
  • four evenly distributed openings 34 are provided through which earth wedges or earth spikes 52 (see FIG. 7) can be driven into the subsurface 26 for earth interlocking.
  • openings or recesses 35 which cause interlocking with the ground.
  • the structure of an advantageous earth screw sleeve 2 can be clearly seen in particular in Figure 3.
  • the ground screw sleeve 2 is formed by a wound and preferably welded, conically tapered trapezoidal sheet metal, which forms a tubular sleeve longitudinal body 40, on which a flat steel 38 is fastened in a helix, preferably welded.
  • the ground screw sleeve 2 has, at its end facing away from the ground, the mast tube receptacle 28 for the mast tube 3, which is formed by an end opening of the tubular sleeve longitudinal body 40.
  • the mast tube 3 is inserted into the mast tube receptacle 28 in some areas, with the taper limiting the insertion of the mast tube 3 .
  • indentations 42 are provided, which reduce the diameter inside the mast tube holder 28 and thereby additionally fix the mast tube 3.
  • the mast tube receptacle 28 preferably has a non-round cross section (not shown) for receiving a tool with which the ground screw sleeve 2 can be screwed into the ground 26.
  • a square opening similar to a square key holder is suitable.
  • the non-round cross section can preferably be designed and arranged in such a way that a mast tube 3 with a round cross section can also be accommodated in the mast tube receptacle 28.
  • only a certain length section, preferably adjacent to the opening of the mast tube receptacle 28, can be designed to be non-round, which then merges into a round cross section in the direction of the subsurface 26.
  • the area of the earth screw element 2 below the load element 1 should be approximately six times the length of the height D of the load element 1 in order to ensure stable fastening in the subsoil 26.
  • the mast tube receptacle 28 can, for example, have a receiving depth for the mast tube 3 which is three times the height D of the load element. merits 1 corresponds.
  • the diameter of a circular load element 1 should correspond to approximately eight times the height D of the load element 1.
  • a pivoting element is provided in the transition area between the mast tube 3 and the ground screw sleeve 2, which enables the mast tube 2 to be pivoted.
  • 4 and 5 show embodiment variants in which an elastomer element 30 is arranged within the mast tube receptacle 28, which surrounds the mast tube 3 inserted into the mast tube receptacle 28.
  • pivoting is possible in all directions and essentially with the same amount of force.
  • the use of an elastomer element 30 made of a continuous solid material is also possible. The force opposing the movement can be adjusted by selecting the elastomer element material.
  • Figure 5 shows an embodiment variant in which it can only be used along a single axis of movement.
  • the mast tube holder 28 is not circular, but oval.
  • the smallest diameter corresponds approximately to an outer diameter of the mast tube 3.
  • Elastomer elements 30 are arranged between an inner wall of the mast tube receptacle 28 and the mast tube 3 on the two diametrically opposite sides with a larger diameter of the mast tube 3. This arrangement only allows pivoting in the direction of the two elastomer elements 30, but not transversely.
  • a central fastening element 20-1 which has the mast tube 3 can be additionally fastened to the ground via one or more outer fastening elements 20-2.
  • the outer fastening elements 20-2 rest in areas on a surface 62 of the central fastening element 20-1 facing away from the ground and, like the central fastening element 20-1, are fastened in the ground via corresponding ground screw elements 2, ground spikes 52 or ground wedges.
  • the Central fastening element 20-1 is therefore arranged in areas between the subsurface and the outer fastening elements 20-2.
  • the outer fastening elements 20-2 are not arranged in areas on the surface 62 facing away from the ground, but are also arranged adjacent to the central fastening element 20-1 and resting on the ground over the entire surface.
  • the central fastening element 20-1 and the outer fastening elements 20-2 touch each other with their lateral, vertically oriented lateral surfaces 64.
  • the outer fastening elements 20-2 prevent lateral displacement of the central fastening element in this embodiment variant.
  • the ground screw element 2 is designed as a ground screw.
  • FIG 8 shows a perspective view of a fastening element 20 with an insert element 80 that can be inserted into the recess 32.
  • the insert element 80 serves to bridge or fill a gap between an inner wall 82 of the recess 32 and a thread-free shaft 84 of the ground screw element 2.
  • Figures 9a to 9c show the insert element 80 in a glueable variant. This is glued into the recess 32 of the already manufactured load element 1.
  • Figures 10a to 10c show a variant of the insert element 80, which is incorporated into the later recess 32 of the load element 1 as a lost or lost form during the production of the load element 1.
  • the insert element 80 is therefore cast or concreted in when producing the load element 1. It can be seen that the insert element 80 has a donut-like shape with a bulbous outside 90.
  • the insert element 80 has a ring-shaped structure, with an annular opening 86 being closed on both sides by two cover elements 88 (recognizable in the sectional views 9c and 10c).
  • the ground screw sleeve 2 is screwed through the two cover elements 88 during assembly.
  • a visual alignment aid 92 shown as an X
  • zen the tip of the ground screw element 2 is intended to simplify.
  • the interior of the ring opening 86 between the two cover elements 88 can be filled in the variant designed as a lost form in order to prevent floating when pouring or concreting.
  • Fig. 11 shows a section of the load element 1 with the insert element 80 inserted and the ground screw element 2 screwed in.
  • the invention is not limited to the excursion example shown; further embodiment variants of the individual elements of the fastening element 20 and/or the solar fence 22 are also possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement (20), insbesondere für Solarpanele (24), aufweisend ein Mastrohr (3), ein Lastelement (1) und ein Erdschraubelement (2), wobei das Lastelement (1) scheibenförmig ausgeführt ist und eine zentrale Aussparung (32) aufweist, durch die sich im installierten Zustand ein freies Ende des Erdschraubelements (2) erstreckt. Ein Einsatzelement (80) ist in der Aussparung (32) zwischen dem Erdschraubelement (2) und einer Innenwand (82) der Aussparung (32) angeordnet.

Description

Befestigungselement mit Einsatzelement, insbesondere für Solarpanele
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere für Solarpanele, sowie einen Solarzaun.
Die Befestigung von Solarpanelen an Zäunen ist oftmals schwierig. Ein sogenannter Solarzaun ist auf Grund seiner Eigenschaft als Zaun nur eindimensional (in einer Achse) befestigt und ist wegen der vertikalen Montage vor allem hohen Windlasten ausgesetzt, die über das Erdreich kompensiert werden müssen. Auch die Befestigung der Zaunelemente mit Bodenverankerungen ist erheblichen Belastungen ausgesetzt. Um den hohen Belastungen gerecht zu werden, wird die Verankerung im Boden oft mit Betonfundamenten realisiert, welche mit hohen Investitionskosten verbunden sind, Flächen versiegeln und nur aufwändig wieder entfernt werden können.
Die Verankerung der Pfähle, Pfosten oder Mastrohre solcher Solarzäune im Untergrund kann auch oder zusätzlich über Schraubfundamente oder Erdschrauben erfolgen. Solche sind beispielsweise aus der DE 20 2019 102 642 Ul oder der DE
10 2008 026 215 Al bekannt. Auch diese können sich aber aufgrund der hohen Windlasten lösen, die Befestigung eignet sich insofern nicht für eine dauerhafte Befestigung von Solarpanelen, insbesondere nicht im Zusammenhang mit Solarzäunen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein dauerhaft zuverlässiges Befestigungselement für ein Solarpanel, insbesondere für Solarzäune vorzuschlagen. Das im Untergrund zu befestigende Befestigungselement soll insbesondere auftretenden Windlasten standhalten und sich auch über einen längeren Betriebszeitraum nicht lösen. Die Konstruktion soll dabei möglichst einfach und kostengünstig sein. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, einen Solarzaun zu schaffen, der dauerhaft und zuverlässig im Untergrund befestigt und besonders geeignet ist, Windlasten standzuhalten.
Die Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Solarzaun mit den Merkmalen des Patentanspruchs
11 gelöst. Das erfindungsgemäße Befestigungselement besteht also aus den Hauptkomponenten: Lastelement, Erdschraubelement und Mastrohr. Ein zu befestigendes Element, zum Beispiel ein Solarpanel kann mithilfe von Befestigungsmaterial an dem Mastrohr befestigt werden.
Die Erfindung eignet sich nicht nur als Befestigungselemente für Solarpanele oder für einen Solarzaun, mithilfe des erfindungsgemäßen Befestigungselements können nahezu sämtliche Objekte sicher im Boden verankert werden. Insbesondere eignet sich die Erfindung für die Befestigung von Großschirmen, Verkehrsschildern, Ampelmasten, Laternen und Beleuchtungsmaste (Flutlichtmasten), Antennen- oder Funkmasten, Ladestationen (E-Mobilität), Werbetafeln, Zäune, Fundamentierung für Container und Fertigbauten (auch Montagebauten wie Gewächshäuser), Schallschutzwände oder Windkraftanlagen. Die beispielhaft genannten Objekte können problemlos am Mastrohr des erfindungsgemäßen Befestigungselements befestigt werden.
Der Begriff Solarpanel bezieht sich auf Elemente zur energetischen Nutzung von Sonnenenergie, vorzugsweise thermisch oder elektrisch (Photovoltaik).
Der erfindungsgemäße Solarzaun beinhaltet zumindest zwei entsprechende Befestigungselemente und zumindest ein Solarpanel, welches zwischen diesen Befestigungselementen angeordnet und an den Befestigungselementen befestigt ist. Vorzugsweise ist der Solarzaun durch eine Mehrzahl an Solarpanelen und Befestigungselementen gebildet, die nebeneinander entweder entlang einer Geraden oder auch entlang eines Bogens angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass die Solarpanele jeweils unter einem Winkel zueinander, also Zickzack-förmig angeordnet sind.
Das Lastelement kann aus verschiedenen geeigneten Materialien bestehen, besonders geeignet ist Beton, insbesondere gegossener Fertigbeton, vorzugsweise stahlarmiert. Eine hohe Masse des Lastelements erhöht die Standfestigkeit des Befestigungselementes bzw. des Solarzauns. Beton ist nicht nur wegen der hohen Masse, sondern auch aufgrund der geringen Kosten und verhältnismäßig einfachen Herstellung und Verarbeitung besonders geeignet. Die Stahlalarmierung erhöht die Widerstandskraft des Lastelements zusätzlich. Alternativ zu einer Fer- tigung aus Beton ist aber beispielsweise auch ein Kunststoff mit hoher Masse geeignet. Um ein schnelles und einfaches ein Formen des Lastelements aus eine Herstellungsform zu ermöglichen, können insbesondere entsprechend große Entformungsschrägen vorgesehen sein. Die Größe bzw. die Höhe (Stärke) und der Durchmesser des Lastelements können den Anforderungen entsprechend angepasst werden und sich dementsprechend je nach Anwendungsfall unterscheiden.
Das Lastelement wird auf den Untergrund aufgesetzt und verankert, denkbar ist aber auch, dass es in den Untergrund eingelassen verwendet wird. In diesem Fall wird das Lastelement nach der Verankerung mit beispielsweise Erdmaterial überdeckt, was das Befestigungselement zusätzlich stabilisiert. Die Form und der Durchmesser des Lastelements sind an die örtlichen Gegebenheiten angepasst frei wählbar, wobei in der Regel eine kreisförmige Scheibe geeignet ist.
Der Durchmesser einer solchen Scheibe hängt im Wesentlichen auch von der Höhe des Mastrohrs und der Größe der daran zu befestigenden Solarpanele bzw. der zu erwartenden Windlast ab. Bei der Verwendung von stahlarmiertem Beton ist ein scheibenförmiges Lastelement mit einem Durchmesser von etwa 0,5 m bis 1,5 m, vorzugsweise etwa 1 m in der Regel ausreichend. Die vertikale Höhe des Lastelements ist ebenfalls variabel und an die örtlichen Anforderungen angepasst auswählbar. Bei den genannten Dimensionen des Durchmessers hat sich eine Höhe des Lastenelements von 0,05 m bis 0,3 m, insbesondere etwa 0,15 cm als geeignet erwiesen. Geeignet für ein scheibenförmiges Lastelement aus Beton ist insbesondere ein Durchmesser, dem achtfachen der Höhe entspricht.
Die Masse des Lastelements beträgt vorteilhafterweise bei mindestens 800 kg/m3, vorzugsweise zwischen 2000 und 3000 kg/m3. Das Lastelement kann bevorzugt aus Beton, stahlarmiertem Beton oder einem Kunststoff mit entsprechend hoher Masse gebildet sein. Bei einem Durchmesser eines runden Lastelementes von 0,5 m und einer vertikalen Höhe von 15 cm ergibt sich somit eine Masse des Lastelements je nach Material zwischen 24 kg bis 90 kg, bei einem Durchmesser von 1 m und einer vertikalen Höhe von 30 cm von 192 kg bis 720 kg (ausgehend von einem Material mit einer Masse von 800 kg/m3 bzw. 3000 kg/m3). Das Lastelement bzw. die Betonplatte bildet das Fundament. Es hat im Zentrum eine größere Aussparung für das Einlassen des Erdschraubelements, sowie vor- zugsweis eine oder mehrere durchgängige Öffnungen bzw. Aussparungen zur Erdverzahnung und späteren Demontage des Lastelements. Beispielsweise können vier gleichmäßig über die Fläche des Lastelements verteilte bzw. angeordnete Aussparungen vorgesehen sein, durch die zur Erdverzahnung Erdkeile oder Erdspieße oder auch weitere Erdschraubelemente in den Untergrund eingeschlagen oder eingeschraubt werden.
Die Aussparungen können aber auch lediglich dazu genutzt werden, um das Lastelement mit dem Untergrund zusätzlich zu verzahnen. In diesem Fall nehmen die Aussparungen keine Erdkeil oder Erdspieße auf, sondern es drückt sich Untergrundmaterial von unten in die Aussparungen hinein und bewirkt, dass das Lastelement seitlichem Schub, der im Wesentlichen parallel zum Untergrund wirkt, besser standhalten kann. Weiterhin führt auch das Eigengewicht des Lastelements dazu, dass seitlicher Schub nicht zu einem seitlichen Ausweichen bzw. einer seitlichen Bewegung des Befestigungselements führt.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement macht sich auch zunutze, dass eine relativ hohe Flächenbelastung des Lastrohrs mit den daran befestigten Objekten in das Lastelement und über dessen Auflage in den Boden geleitet wird. Über die Auflagefläche des Lastelements entsteht eine Flächenpassung in einem erheblich größeren Bereich, wodurch auch im Wesentlichen vertikal von oben wirkenden Kräften sicher standgehalten werden kann.
Weiterhin führt die erfindungsgemäße Konstruktion des Befestigungselemente auch dazu, dass Kipp- oder Biegemomente im Mastrohr, die beispielsweise über Windlast an den befestigten Objekten erzeugt werden, ebenfalls optimal abgeleitet bzw. verteilt werden. Zum Einen hält das in den Boden eingeschraubte oder eingeschlagene Erdschraubelement den Kipp- oder Biegemomenten Stand, zum Anderen stützt sich auch das Lastelement über die Auflagefläche auf dem Untergrund entsprechend am Untergrund ab, sodass Zug und Druckkräften entgegengewirkt wird.
Die dem Untergrund zugewandte Seite des Lastelements kann zusätzlich strukturiert ausgebildet sein, um sich zusätzlich mit dem Untergrund zu verzahnen. Denkbar sind beispielsweise vorstehende Spitzen, aber auch Nuten oder Vertiefungen, in die sich Erdreich hineindrücken kann. Es sind nahezu sämtliche Strukturen oder Formen denkbar, die eine bessere Verzahnung mit dem Untergrund ermöglichen.
Das Erdschraubelement kann als Erdschraube oder als Erdschraubhülse ausgebildet sein. Als Erdschraubhülse kann es beispielsweise durch ein aufgewickeltes und vorzugsweise verschweißtes, konisch zulaufendes Trapezblech gebildet sein, auf dem ein Flachstahl in einer Helix befestigt, vorzugsweise verschweißt ist. Eine solche Erdschraubhülse weist an ihrem dem Untergrund abgewandten Ende eine Mastrohraufnahme für das Mastrohr auf. In einer besonders einfachen Ausführungsvariante ist die Aufnahme durch eine endseitige Öffnung eines rohrförmigen Hülsenlängskörpers der Erdschraubhülse gebildet. Das Mastrohr wird bereichsweise in den Hülsenlängskörper bzw. die Erdschraubhülse von oben eingeführt. Das Innere des Hülsenlängskörpers ist entsprechend derart ausgeformt, dass das Mastrohr in einer bestimmten Position in vertikaler Richtung gehalten ist und sich nicht weiter in den Hülsenlängskörper hinein bewegen kann. Dies kann durch eine konisch zulaufende Form des Längskörpers erreicht werden, denkbar ist aber auch eine Querschnittsverengung im Verlauf des Hülsenlängskörpers.
Ist das Erdschraubelement als Erdschraube ausgeführt, weist diese keine als hülsenförmige Mastrohraufnahme auf, das Mastrohr wird vielmehr endseitig an dem aus dem Untergrund ragenden freien Ende der Erdschraube befestigt, beispielsweise über eine Flanschverbindung.
Das Erdschraubelement weist im Bereich ihres oberen, dem Untergrund abgewandten Endes Angriffsmittel auf, über die das Erdschraubelement kontaktiert und gedreht werden kann. Diese können durch einen abschnittsweise unrunden Querschnitt des Hülsenlängskörpers gebildet sein, alternativ können aber auch Anformungen oder Stege vorgesehen sein, über die ein Drehmoment aufgebracht werden kann. Denkbar sind auch einander diametral gegenüberliegend angeordnete Öffnungen, durch die ein Stab hindurch durchgeführt werden kann. Über den Stab kann dann ein ausreichendes Drehmoment auf das Erdschraubelement aufgebracht und dieses in den Untergrund eingedreht werden. Im oberen Bereich der Erdschraubhülse können auch Eindrückungen bzw. Vertiefungen vorgesehen sein, die erstens das eingeschobene Mastrohr fassen und führen und zweitens zum Ein- und Ausschrauben der Erdschraubhülse genutzt werden können (analog zu einem Vierkant-Schraubenkopf).
Erfindungsgemäß kann der Begriff Erdschraubelement in einer besonders einfachen Ausführungsvariante der Erfindung auch eine Ausführung als Spieß beinhalten. In Abhängigkeit der zu erwartenden Windlast und der Bodenbeschaffenheit vor Ort kann auf das Gewinde verzichtet werden, in diesem Fall reicht ein Spieß mit glatter Außenoberfläche, der in den Boden eingeschlagen wird und das Befestigungselement hält.
Das Mastrohr bildet die Verlängerung des Erdschraubelements und dient als Aufstellung und Halterung für zu befestigende Elemente, vorzugsweise Solarpanele. Das Mastrohr kann im Prinzip jede gewünschte Länge aufweisen und aus vielerlei unterschiedlichen Materialien bestehen. Es bietet sich beispielsweise die Fertigung aus einem Aluminiumrohr oder Edelstahl an, denkbar ist auch ein widerstandsfähiger Kunststoff. Ein Durchmesser von beispielsweise 120 mm ist für die meisten Anwendungen ausreichend. Letztendlich muss das Mastrohr aber auch nicht hohl ausgeführt sein, es kann auch aus Vollmaterial gefertigt sein. Denkbar ist auch die Ausbildung des Mastrohrs durch einen Holzpfahl.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Komponenten derart miteinander verbunden, dass das Solarpanel bewegbar gehalten ist, wodurch es Windlast sozusagen ausweichen kann und das Befestigungselement bzw. der Solarzaun nicht beschädigt wird. Die dafür notwendigen Bewegungsfreiheitsgrade können durch das Erdschraubelement selbst, die Verbindung des Erdschraubelements mit dem Mastrohr, durch das Mastrohr selbst und/oder durch die Verbindung des Mastrohrs mit dem Solarpanel gewährleistet werden. Das Solarpanel kann also selbst und damit direkt oder über Bewegung des Mastrohrs, also indirekt, bewegbar sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante werden mehrere erfindungsgemäße Befestigungselemente zu einem Befestigungssystem zusammengefasst. Beispielsweise kann ein zentrales Befestigungselement, welches das Mastrohr aufweist, über ein oder mehrere äußere Befestigungselemente am Untergrund zusätzlich befestigt werden. Die äußeren Befestigungselemente liegen bereichsweise auf einer dem Untergrund abgewandten Fläche des zentralen Befestigungselements auf und werden wie auch das zentrale Befestigungselement über entsprechende Erdschraubhülsen, Erdspieße oder Erdkeile im Untergrund befestigt. Das zentrale Befestigungselement ist also bereichsweise zwischen dem Untergrund und den äußeren Befestigungselementen angeordnet. Je nach Größenverhältnissen bieten sich beispielsweise vier äußere Befestigungselemente an, die um das Mastrohr herum angeordnet das zentrale Befestigungselemente zusätzlich sichern. Theoretisch kann aber auch schon ein einziges zusätzliches Äußeres Befestigungselemente ausreichen, um das zentrale Befestigungselemente ausreichend zu befestigen.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind bei dem vorteilhaften Befestigungssystem die äußeren Befestigungselemente nicht bereichsweise auf der dem Untergrund abgewandten Fläche angeordnet, sondern sind benachbart neben dem zentralen Befestigungselement ebenfalls vollflächig auf dem Untergrund aufliegend angeordnet. Das zentrale Befestigungselemente und die äußeren Befestigungselemente berühren sich dabei vorzugsweise mit ihren seitlichen, vertikal ausgerichteten Flächen. In erster Linie verhindern die äußeren Befestigungselemente bei dieser Ausführungsvariante ein seitliches Verschieben des zentralen Befestigungselements. Denkbar sind auch hier die Verwendung nur eines einzigen oder mehrerer benachbarter Befestigungselemente, auch Mischformen der beiden beschriebenen Befestigungssysteme, also mit aufliegenden und benachbarten Befestigungselementen, sind möglich.
Grundsätzlich können auch die äußeren Befestigungselemente Mastrohre aufweisen, sie würden dann nicht nur das zentrale Befestigungselemente zusätzlich halten, sondern bieten auch die Möglichkeit, weitere Objekte zu befestigen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Mastrohr gegenüber dem Lastelement und damit gegenüber dem Untergrund verschwenkbar ist. Hierzu ist im Übergangsbereich zwischen dem Mastrohr und dem Erdschraubelement ein entsprechendes Verschwenkelement vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist bei einer Ausführung als Erdschraubhülse innerhalb der Mastrohraufnahme ein Elastomerelement angeordnet, welches das in die Mastrohraufnahme eingeführte Mastrohr umgibt. Durch Komprimieren des Elastomerelements kann das Mastrohr somit um einen gewissen Betrag gegen- über dem Lastelement und damit gegenüber dem Untergrund verschwenkt werden. Durch Ausbildung und Anordnung des Elastomerelements in der Mastrohraufnahme kann die Verschwenkbarkeit des Mastrohrs in verschiedene Richtungen unterschiedlich beeinflusst werden. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass sich das Mastrohr in bestimmten Richtungen, beispielsweise quer zur Haupterstreckung der Solarpanele, stärker verschwenken lässt als quer dazu, also in Richtung der am Mastrohr befindlichen Solarpaneele.
Das Lager, welches die Verschwenkbarkeit ermöglichen soll, kann auch an anderer Stelle oder sogar an mehreren Stellen im Verlauf des Mastrohrs angeordnet sein, es wäre dann aber entsprechend anders auszugestalten. Beispielsweise kann das Mastrohr selbst bereichsweise eine Spiralfeder oder ein Elastomerelement aufweisen, welche die gewünschten Bewegungen zulassen. Ein derart ausgeführtes Lager kann selbstverständlich auch nahe der Erdschraubhülse bzw. des Untergrunds angeordnet sein. Eine Verschwenkbarkeit des Mastrohrs gegenüber dem Lastelement um bis zu 60°, vorzugsweise bis zu 30°, ist besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise ist auch das am Mastrohr befestigte Solarpanel selbst schwenkbar gelagert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist das Solarpanel über ein Drehlager am Mastrohr gehalten, wobei das Drehlager an einer sich vertikal erstreckenden Vertikalkante des Solarpanels, die im windstillen Zustand parallel zu Mastrohr verläuft, angeordnet ist. Das Drehlager kann in Bezug auf die Erstreckung der Vertikalkante etwa mittig der Vertikalkante angeordnet sein, besonders bevorzugt ist das Drehlager jedoch möglichst weit oben, also möglichst weit vom Lastelement entfernt angeordnet. Das Drehlager bewirkt, dass sich das Solarpanel bei entsprechender Windlast um die durch das Drehlager vorgegebene Drehachse drehen kann.
Das Drehlager kann derart ausgeführt sein, dass der Drehwinkel durch das Drehlager selbst beschränkt ist. Beispielsweise kann eine in Richtung des Solarpanels offene Drehlagerhülse am Mastrohr vorgesehen sein, in die sich ein vom Solarpanel abstehender Zapfen hinein erstreckt. Innerhalb der Drehlagerhülse ist ein Elastomerlager vorgesehen, in das sich der Zapfen hinein erstreckt. Der Zapfen weist einen unrunden Querschnitt, vorzugsweise einen ovalen Querschnitt auf, der in einer entsprechend korrespondierend ausgeformten Aufnahme im Elastomerlager gehalten ist. Ein Verdrehen des Zapfens komprimiert das Elastomerlager, wodurch der Drehbewegung, beispielsweise bewirkt durch Windlast, ein zunehmender Widerstand entgegengesetzt wird. Anstelle des Elastomerlagers sind auch an dieser Stelle andere Arten von Lagern einsetzbar, die eine Drehbewegung des Solarpanels ermöglichen und ggfs. auch begrenzen. Denkbar ist beispielsweise die Verwendung einer Drehfeder.
Zusätzlich oder alternativ ist auch die Verwendung eines zusätzlichen Schwenkbegrenzungselements erfindungsgemäß möglich. Beispielsweise kann das Drehlager grundsätzlich eine 360° Drehung ermöglichen, diese wird jedoch durch ein oberhalb oder unterhalb des Drehlagers angeordnetes Schwenkbegrenzungselement begrenzt. Dieses kann beispielsweise durch eine Spiralfeder gebildet sein, die mit einem Ende am Mastrohr und mit dem anderen Ende am Solarpanel, vorzugsweise an der Vertikalkante befestigt ist. Hierdurch wird ein zu weites Verdrehen des Solarpanels verhindert. Für die meisten Anwendungen reicht es aus, wenn sich das Solarpanel um bis zu 60° gegenüber dem Mastrohr verschwenken kann.
Die Hauptkomponenten können jeweils sowohl einzeln als auch einstückig miteinander verbunden ausgeführt sein. Beispielsweise können das Erdschraubelement und Mastrohr als getrennte Elemente oder einstückig als ein einziges Element ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß können die Befestigungselemente zur Ausbildung eines Solarzauns verwendet werden. In diesem Fall weisen zwei Befestigungselemente einen Abstand zueinander auf, der an die Breite der zu installierenden Solarpane- le angepasst ist. Ein Solarpanel ist also mit seinen beiden Vertikalkanten jeweils an einem Befestigungselement bzw. an einem Mastrohr befestigt, befindet sich also zwischen zwei Mastrohren. Ein Solarzaun ist in der Regel aus mehreren Solarpanelen gebildet, die jeweils an zwei Mastrohren befestigt sind. Dabei kann sich der Solarzaun entlang einer Geraden erstrecken, selbstverständlich können die Solarpanele aber auch winkelig zueinander angeordnet sein, beispielsweise zick-zack-förmig positioniert sein. An einem Mastrohr können auch mehrere Solarpanele befestigt sein. Das erfindungsgemäße Befestigungselement kann beispielsweise folgendermaßen montiert und demontiert werden:
Für die Montage des erfindungsgemäßen Befestigungselements wird das Erdreich mittels Auskofferer (Erdbohrer) zunächst aufgebohrt/ausgehoben. Es entsteht ein ca. 0,2 - 0,3 m tiefes Loch mit einem Durchmesser von ca. 1 m sowie ein ca.1,5 m tiefes Loch mit einem Durchmesser von ca. 0,06 m. In das erste, größere Loch wird als Fundament, das Lastelement, vorzugsweise ausgeführt als Betonplatte, eingelegt/eingedrückt.
Das Erdschraubelement wird anschließend durch die zentrale Aussparung hindurch in das zweite, tiefere Loch eingedreht. Dabei verdichtet sich der Erdboden durch die keilförmige Geometrie des Erdschraubelements und wird auf Zug gebracht. Die Bereiche zwischen dem Flachstahl schneiden sich in die Erde und verfestigen das System. Ein Herausziehen des Erdschraubelements ist praktisch nicht mehr möglich.
Das Erdschraubelement sichert gegen die dynamische Zug-Druck-Windbelastung, weil mit der Hülse und der Betonplatte weitreichend Kräfte (bzw. ein Kräftepaar) eingebracht werden kann, die dem Biegemoment des Pfostens bzw. Mastrohrs (herbeigeführt durch Windkräfte am befestigten Element) widerstehen. Das konisch auslaufende Erdschraubelement verpresst sich mit der Betonplatte, so dass diese spielfrei die wechselnden Kräfte aufnimmt.
Die Betonplatte wird anschließend vorzugsweise mit Erde bedeckt, sodass sich die kleineren Aussparungen ebenfalls mit Erde zusetzen. Bei schwierigen Untergründen können in die kleineren Aussparungen zusätzlich Erdkeile/Erdspieße eingeschlagen werden. Nach Einbringung kann das System weiter verfes- tigt/verdichtet und begrünt werden kann.
Bei einer Ausführung als Erdschraubhülse wird das Mastrohr in die Erdschraubhülse gepresst. Dabei haben die Eindrückungen/Vertiefungen an der Erdschraubhülse eine klemmende Wirkung.
Anschließend wird das Solarpanel am Mastrohr befestigt. Bei der Errichtung eines Solarzauns werden mehrere Befestigungselemente und mehrere Solarpanele installiert.
Zur Demontage werden zunächst die befestigten Elemente von dem oder den Mastrohren gelöst. Die Erdschraubelemente und die Betonplatte werden freigelegt (von Erde befreit). An den Eindrückungen/Vertiefungen des Erdschraubelements kann diese gegriffen und herausgedreht werden. Zum Herausheben der Betonplatte werden Haken in die Aussparungen gesteckt und das Lastelement mittels Kran/Bagger herausgezogen. Alternativ kann die Betonplatte Ösen oder Haken aufweisen, über die sie gegriffen oder an dem ein Hebezeug angeschlagen werden kann.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist kostengünstig, da kein Transportbeton benötigt wird (nur ein Lastelement, beispielsweise Betonplatte), schnell zu installieren, sofort belastbar, umweltschonend (da wenig Material eingesetzt wird), leicht demontierbar und ggf. wiederverwendbar. Insbesondere kann es auch nachträglich versetzt werden.
Durch den geringen Materialeinsatz und die einfache Demontierbarkeit ist die Fläche (Argrar-Land) leicht in den Ursprungszustand rückversetzbar (Bsp. : Ackerland wird zu Bauland).
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sind nur beispielhaft zu verstehen, sie sollen die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränken. Insbesondere sind die Figuren nicht maßstabsgetreu, es handelt sich lediglich um vereinfachte Prinzipdarstellungen. Es zeigen:
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann ein Einsatzelement vorgesehen sein, welches Spiel zwischen der zentralen Aussparung dem Schaft des Erdschraubelements verhindert. Der Spalt kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass das Erdschraubelement einen Gewindeabschnitt aufweist, an den sich ein gewindefreier Abschnitt mit geringerem Durchmesser anschließt, der sich im installierten Zustand im Bereich der Aussparung befindet. Im eingesetzten Zustand erstreckt sich die Erschraubhülse also durch das Einsatzelement hindurch und ist in diesem gehalten. Das Einsatzelement kann beispielsweise aus einem Hartkunststoff oder einem Metall gebildet sein, durch das das Erdschraubelement bei der Montage vor Ort hindurchgeschraubt wird. Sie scheidet sich vorzugsweise ein Gewinde in die Innenwand der Aussparung des Lastelements.
Wesentlich ist, dass das Einsatzelement fest mit dem Lastelement verbunden ist. Insbesondere soll die Verbindung derart ausgeführt sein, dass ein Anheben des Lastelements gemeinsam mit dem eingeschraubten Erdschraubelement durch Greifen und Anheben des Erdschraubelements möglich sein soll. Dies ermöglicht eine Anlieferung bereits mit Erdschraubelementen verbundenen Lastelementen, wobei diese dann schnell und einfach durch Greifen der Erdschraubelemente bewegt werden können.
Zu diesem Zweck kann das Einsatzelement beispielsweise in die Aussparung des vorproduzierten Lastelements eingesetzt und mit einer Innenwand der Aussparung verklebt und/oder verpresst werden. Alternativ ist es möglich, das Einsatzelement bereits bei der Herstellung des Lastelements, beispielsweise beim Gießen, als verlorene Form (Kern) einzubringen. Das Einsatzelement weist in diesem Fall einen Außenkontur auf, die eine optimale Verbindung mit dem Lastelement ermöglicht. Die Außenkontur kann beispielsweise strukturiert ausgeführt sein und/oder, seitlich abstehende Haltearme aufweisen, die sich im fertigen Zustand durch die Innenwand in das Lastelement hinein erstrecken. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Außenkontur bauchig oder ballig ausgeführt, das Einsatzelement ähnelt dann in seiner Form einem Donut.
Das Einsatzelement ist im Wesentlichen ringförmig ausgeführt, das Erdschraubelement wird durch die Ringöffnung hindurch geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ringöffnung bei der Montage zunächst durch Abdeckelemente beidseitig verschlossen. Das Erdschraubelement wird in diesem Fall durch die Abdeckelemente hindurch eingeschraubt, sie scheidet sich auch bei dieser Ausführungsvariante vorzugsweise ein Gewinde in die Innenwand der Aussparung. Alternativ kann das Einsatzelement auch ein Innengewinde aufweisen, das an das Außengewinde des Erdschraubelements angepasst ist. Das Erdschraubelement kann in diesem Fall in das Einsatzelement eingeschraubt werden, wobei das Außengewinde ggfs. länger ausgeführt ist, um das Erdschraubelement weit genug einschrauben zu können. Ein Spalt zwischen dem Schaft des Erdschraubelements und der Innenwand der Aussparung bildet sich bei dieser Ausführung nicht aus.
Das Einsatzelement kann mit einem losen Material, beispielsweise mit Sand gefüllt sein, damit es beim Betonieren und/oder Gießen des Lastelements nicht aufschwimmt.
Das Einsatzelement verbessert die Lastverteilung in das Lastelement bei seitlich auf das Mastrohr oder das Erdschraubelement wirkenden Kräften, aber auch Zug- oder Druckbelastungen, die auf das Mastrohr oder das Erdschraubelement wirken, wirkt das Einsatzelement entgegen.
Figuren 1 a bis 1 f: verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Befestigungselements,
Figuren 2 a bis 2 e: in einen Untergrund eingesetzte Befestigungselemente,
Figur 3: eine erfindungsgemäße Erdschraubhülse eines Befestigungselement,
Figur 4: eine erste Ausführungsvariante einer Mastrohraufnahme mit Elastomerelement,
Figur 5: eine zweite Ausführungsvariante einer Mastrohraufnahme mit Elastomerelement,
Figuren 6a, 6b: ein Befestigungssystems mit bereichsweise aufliegenden äußeren Befestigungselementen,
Figuren 7a, 7b: ein Befestigungssystems mit benachbarten nicht aufliegenden äußeren Befestigungselementen, Figuren 8: eine perspektivische Darstellung einer Befestigungselements mit Einsatzelement,
Figuren 9a bis 9c: Darstellungen einer verklebbaren Variante des Einsatzelementes,
Figuren 10a bis 10c: Darstellungen einer als verlierbare Form einsetzbaren Variante des Einsatzelementes,
Fig. 11 : einen Ausschnitt des Lastelementes mit eingesetztem Einsatzelement.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen prinzipiellen Aufbau eines Befestigungselements 20, aufweisend ein Lastelement 1, ein Erdschraubelement 2 und ein Mastrohr 3. Das erfindungsgemäße Befestigungselement 20 eignet sich insbesondere für die Errichtung eines Solarzauns 22, wie er in den Figuren 2 und 7 gezeigt ist, es können aber auch beliebig andere Objekte mithilfe des erfindungsgemäßen Befestigungselements 20 am Untergrund befestigt werden. Ein solcher Solarzaun 22 ist aus zumindest zwei Befestigungselementen 20 und einem dazwischen befindlichen Solarpanel 24 gebildet. Figur 7 zeigt beispielhaft nur ein einziges Solarpanel 24 zwischen zwei Befestigungselementen 20.
Ein Befestigungselement 20 wird über das Erdschraubelement 2 in einen Untergrund 26 eingebracht und ist aufgrund der Ausbildung des Erdschraubelements 2 in Zusammenhang mit dem Lastelement 1 fest im Untergrund verankert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Mastrohr 3 und das Erdschraubelement 2 zweistückig ausgeführt und werden bevorzugt erst vor Ort miteinander verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1,3 4, und 5 ist das Erdschraubelement 2 als Erdschraubhülse 2 ausgeführt und weist eine Mastrohraufnahme 28 auf, in die ein freies Ende des Mastrohrs 3 einführbar ist.
Das Lastelement 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als kreisrunde Scheibe ausgeführt, die vorzugsweise aus stahlarmiertem Beton besteht. Wie insbesondere aus Figur ld erkennbar ist, weist das Lastelement 1 eine zentrale Aussparung 32 auf, durch die sich im installierten Zustand ein freies Ende des Erdschrau- belementes 2, hier eine Erdschraubhülse 2 erstreckt. Weiterhin sind vier gleichmäßig verteilte Öffnungen 34 vorgesehen, durch die zur Erdverzahnung Erdkeile oder Erdspieße 52 (vgl. Figur 7) in den Untergrund 26 eingeschlagen werden können. Hinzu kommen Öffnungen bzw. Ausnehmungen 35, die ein Verzahnen mit dem Untergrund bewirken.
Der Aufbau einer vorteilhaften Erdschraubhülse 2 ist insbesondere in Figur 3 gut erkennbar. Die Erdschraubhülse 2 ist durch ein aufgewickeltes und vorzugsweise verschweißtes, konisch zulaufendes Trapezblech gebildet, welches einen rohrförmigen Hülsenlängskörper 40 ausbildet, auf dem ein Flachstahl 38 in einer Helix befestigt, vorzugsweise verschweißt ist. Die Erdschraubhülse 2 weist an ihrem dem Untergrund abgewandten Ende die Mastrohraufnahme 28 für das Mastrohr 3 auf, die durch eine endseitige Öffnung des rohrförmigen Hülsenlängskörpers 40 ausgebildet ist Das Mastrohr 3 wird bereichsweise in die Mastrohraufnahme 28 eingeführt, wobei die Konizität das Einführen des Mastrohrs 3 begrenzt. Weiterhin sind ein Eindrückungen 42 vorgesehen, die den Durchmesser im Innern der Mastrohraufnahme 28 reduzieren und dadurch das Mastrohr 3 zusätzlich fixieren.
Die Mastrohraufnahme 28 hat vorzugsweise einen nicht gezeigten unrunden Querschnitt zur Aufnahme eines Werkzeugs, mit welchem die Erdschraubhülse 2 in den Untergrund 26 eindrehbar ist. Beispielsweise eignet sich eine quadratische Öffnung nach Art einer Vierkantschlüsselaufnahme. Der unrunde Querschnitt kann dabei vorzugsweise derart ausgeführt und angeordnet sein, dass weiterhin ein Mastrohr 3 mit rundem Querschnitt in der Mastrohraufnahme 28 aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann nur ein bestimmter Längenabschnitt, vorzugsweise angrenzend an die Öffnung der Mastrohraufnahme 28, unrund ausgeführt sein, der dann in Richtung des Untergrunds 26 in einen runden Querschnitt übergeht.
Es hat sich gezeigt, dass bei durchschnittlichen mitteleuropäischen Untergrundarten der Bereich des Erdschraubelementes 2 unterhalb des Lastelements 1 etwa die sechsfache Länge der Höhe D des Lastelements 1 aufweisen sollte, um eine stabile Befestigung im Untergrund 26 zu gewährleisten. Bei einer Ausführung als Erdschraubhülse 2 kann die Mastrohraufnahme 28 beispielsweise eine Aufnahmetiefe für das Mastrohr 3 aufweisen, die dem dreifachen der Höhe D des Lastele- merits 1 entspricht. Der Durchmesser eines kreisförmigen Lastelements 1 sollte etwa dem achtfachen der Höhe D des Lastelements 1 entsprechen.
Im Übergangsbereich zwischen dem Mastrohr 3 und der Erdschraubhülse 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Verschwenkelement vorgesehen, welches ein Verschwenken des Mastrohrs 2 ermöglicht. In den Figuren 4 und 5 sind Ausführungsvarianten gezeigt, bei denen innerhalb der Mastrohraufnahme 28 jeweils ein Elastomerelement 30 angeordnet ist, welches das in die Mastrohraufnahme 28 eingeführte Mastrohr 3 umgibt. Bei der Variante gemäß Figur 4 ist die Ver- schwenkbarkeit alle Richtung und dabei im Wesentlichen mit bei gleichem Kraftaufwand möglich. Anstelle der in Figur 4 gezeigten Variante eines strukturierten Elastomerelements 30 ist auch die Verwendung eines Elastomerelements 30 aus einem durchgängigen Vollmaterial möglich. Über die Auswahl des Elastomerelementmaterials kann die der Bewegung entgegengesetzte Kraft eingestellt werden.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Verwenkbarkeit lediglich entlang einer einzigen Bewegungsachse möglich ist. Zu diesem Zweck ist die Mastrohraufnahme 28 nicht kreisrund, sondern oval ausgeführt. Der kleinste Durchmesser entspricht dabei etwa einem Außendurchmesser des Mastrohrs 3. Zwischen einer Innenwand der Mastrohraufnahme 28 und dem Mastrohr 3 sind auf den beiden diametral gegenüberliegenden Seiten mit größerem Durchmesser des Mastrohrs 3 jeweils Elastomerelemente 30 angeordnet. Durch diese Anordnung ist lediglich eine Verschwenkbarkeit in Richtung der beiden Elastomerelement 30 möglich, quer dazu jedoch nicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind gemäß Figuren 6a und 6b mehrere erfindungsgemäße Befestigungselemente 20 zu einem Befestigungssystem 60 zusammengefasst. Beispielsweise kann ein zentrales Befestigungselement 20-1, welches das Mastrohr 3 aufweist, über ein oder mehrere äußere Befestigungselemente 20-2 am Untergrund zusätzlich befestigt werden. Die äußeren Befestigungselemente 20-2 liegen bereichsweise auf einer dem Untergrund abgewandten Fläche 62 des zentralen Befestigungselements 20-1 auf und werden wie auch das zentrale Befestigungselement 20-1 über entsprechende Erdschraubelemente 2, Erdspieße 52 oder Erdkeile im Untergrund befestigt. Das zentrale Befestigungselement 20-1 ist also bereichsweise zwischen dem Untergrund und den äußeren Befestigungselementen 20-2 angeordnet.
In einer weiteren, in Figuren 7a und 7b gezeigten Ausführungsvariante sind die äußeren Befestigungselemente 20-2 nicht bereichsweise auf der dem Untergrund abgewandten Fläche 62 angeordnet, sondern sind benachbart neben dem zentralen Befestigungselement 20-1 ebenfalls vollflächig auf dem Untergrund aufliegend angeordnet. Das zentrale Befestigungselement 20-1 und die äußeren Befestigungselemente 20-2 berühren sich im gezeigten Ausführungsbeispiel mit ihren seitlichen, vertikal ausgerichteten Mantelflächen 64. In erster Linie verhindern die äußeren Befestigungselemente 20-2 bei dieser Ausführungsvariante ein seitliches Verschieben des zentralen Befestigungselements.
In der in den Figuren 8 bis 11 gezeigten Ausführungsvariante ist das Erdschraubelement 2 als Erdschraube ausgeführt.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Befestigungselements 20 mit einem in die Aussparung 32 einsetzbaren Einsatzelement 80 Das Einsatzelement 80 dient dazu, einen Spalt zwischen einer Innenwand 82 der Aussparung 32 und einem gewindefreien Schaft 84 des Erdschraubelements 2 zu überbrücken oder auszufüllen.
Die Figuren 9a bis 9c zeigen das Einsatzelement 80 in einer verklebbaren Variante. Dieses wird in die Aussparung 32 des bereits gefertigten Lastelements 1 eingeklebt. Die Figuren 10a bis 10c zeigen eine Variante des Einsatzelements 80, das als verlierbare bzw. verlorene Form bei der Fertigung des Lastelements 1 in die spätere Aussparung 32 des Lastelements 1 eingearbeitet wird. Das Einsatzelement 80 wird also beim Herstellen des Lastelements 1 mit eingegossen oder einbetoniert. Erkennbar ist, dass das Einsatzelement 80 eine donutartige Form mit bauchiger Außenseite 90 aufweist.
Bei beiden Varianten ist das Einsatzelement 80 ringförmig aufgebaut, wobei eine Ringöffnung 86 durch zwei Abdeckelemente 88 beidseitig verschlossen ist (erkennbar in den Schnittdarstellungen 9c und 10c). Die Erdschraubhülse 2 wird bei der Montage durch die beiden Abdeckelemente 88 hindurch geschraubt. Erkennbar eist eine visuelle Ausrichthilfe 92 (dargestellt als X), die ein korrektes Anset- zen der Spitze des Erdschraubelementes 2 vereinfachen soll. Der Innenraum der Ringöffnung 86 zwischen den beiden Abdeckelementen 88 kann bei der als verlorene Form ausgeführten Variante gefüllt sein, um ein Aufschwimmen beim Gießen oder Betonieren zu verhindern.
Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt des Lastelementes 1 mit eingesetztem Einsatzelement 80 und eingeschraubtem Erdschraubelement 2.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausflugsbeispiel beschränkt, es sind auch weitere Ausführungsvarianten der einzelnen Elemente des Befestigungselements 20 und/oder des Solarzauns 22 möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungselement (20), insbesondere für Solarpanele (24), aufweisend ein Mastrohr (3), ein Lastelement (1) und ein Erdschraubelement (2), wobei das Lastelement (1) scheibenförmig ausgeführt ist und eine zentrale Aussparung (32) aufweist, durch die sich im installierten Zustand ein freies Ende des Erdschraubelements (2) erstreckt, gekennzeichnet durch ein Einsatzelement (80). welches in der Aussparung (32) zwischen dem Erdschraubelement (2) und einer Innenwand (82) der Aussparung (32) angeordnet ist.
2. Befestigungselement (20), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (1) mit der Innenwand (82) verklebt ist.
3. Befestigungselement (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (1) als verlorene Form in die Aussparung (32) das Lastelement (1) eingeformt ist.
4. Befestigungselement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringöffnung (86) des Einsatzelements (1) beidseitig durch Abdeckelemente (88) verschlossen ist, wobei sich das Erdschraubelement (2) durch die Abdeckelemente (88) hindurch erstreckt.
5. Befestigungselement (20), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdschraubelement (2) als Erdschraubhülse mit einer Mastrohraufnahme (28) ausgeführt ist, in die ein freies Ende des Mastrohrs (3) einführbar ist.
6. Befestigungselement (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mastrohr (3) über ein Verschwenkelement gegenüber dem Lastelement (1) bewegbar ist.
7. Befestigungselement (20) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschwenkelement durch ein innerhalb der Mastrohraufnahme (28) angeordnetes Elastomerelement (30) gebildet ist, welches das in die Mastrohraufnahme (28) eingeführte Mastrohr (3) umgibt. Befestigungssystem (60), aufweisend zumindest zwei Befestigungselemente (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (20) derart ausgeführt und im befestigten Zustand derart angeordnet sind, dass sich ein zentrales Befestigungselement (20-1) unterhalb eines äußeren Befestigungselements (20-2) befindet und somit zwischen einem Untergrund und dem äußeren Befestigungselement (20-2) angeordnet ist. Befestigungssystem (60), aufweisend zumindest zwei Befestigungselemente (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (20) derart ausgeführt und im befestigten Zustand derart angeordnet sind, dass sich ein zentrales Befestigungselement (20-1) seitlich neben einem äußeren Befestigungselement (20-2) befindet. Befestigungssystem (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich äußere Mantelflächen (64) der beiden Befestigungselemente (20-1, 20-2) im befestigten Zustand berühren. Befestigungssystem (60) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere äußere Befestigungselemente (20-2) je zentralem Befestigungselement (20-1) vorgesehen sind. Solarzaun (22), aufweisend zumindest ein Solarpanel (24), welches zwischen zwei Befestigungselementen (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet und an diesen befestigt ist.
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