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Stand der Technik – Photovoltaik
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Die Solartechnik ist eine sehr junge Branche. Die Nutzung von Sonnenenergie zur Gewinnung von elektrischer oder thermischer Energie hat in den letzten Jahrzehnten erheblich an Bedeutung gewonnen. Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Photonen des Sonnenlichtes in elektrische Energie. Dazu werden die Solarzellen in Solarmodulen den Grundbaustein der Photovoltaikanlage (PV-Anlage) [i].
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Ein Solarmodul besteht grundsätzlich aus mehreren in Serie geschalteten Solarzellen und den sogenannten Bypassdioden, die die Solarzellen bei einer teilweisen Modulbeschattung vor Schaden bewahren, da die Abschattung der Solarzelle zur Temperaturerhöhung in der Solarzelle führt, die dann die Zerstörung der Solarzelle bedingt.
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Für die Errichtung einer PV-Anlage werden im Normalfall Standardmodule verwendet. Standardmodule sind seriell gefertigte Module, die im Groß- und Einzelhandel erhältlich sind und deren Marktanteil über 90% beträgt. Die für Standartmodule üblichen Leistungsklassen liegen zwischen 50 und 200 Watt. Einige Hersteller bieten auch Module größer 200 Watt an. Die Fläche der gebräuchlichen Module liegt etwa zwischen 0,5 bis 2 m2. Je nach Modulwirkungsgrad werden etwa 80 m2 Fläche benötigt, um eine Anlagenleistung von 10 kWp (Wp entspricht Spitzenleistung) zu erreichen. Für die gleiche Leistung muss, aufgrund der Aufständerung und den Abständen, die zwischen den Modulanordnungen einzuhalten sind, auf einem Flachdach eine Fläche von 240 m2 vorhanden sein, um Modulverschattungen zu vermeiden.
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Das Gewicht von Solarmodulen beträgt ca. 10 bis 15 kg/m2, inklusive Gestell ca. 15 bis 25 kg/m2 und inklusive dem Fundament für die Aufständerung der Module auf Flachdächern ist mit einem Gewicht von 100 bis 150 kg/m2 zu rechnen.
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Eine netzgekoppelte Aufdach-Photovoltaikanlage besteht im Wesentlichen aus Solarmodulen, Unterkonstruktion, Kabel, Lasttrennschalter, Wechselrichter und Einspeisezähler. Eine Photovoltaik-Inselanlage besteht ebenfalls aus den Solarmodulen, der Unterkonstruktion und Kabel. Jedoch werden dann Laderegler mit einer Rückstrom-Sperrdiode, Batterien und gegebenenfalls ein Wechselstromrichter benötigt [ii]. Das heißt neben den Solarmodulen als Herzstück der PV-Anlage ist immer eine Unterkonstruktion für die Module zur Befestigung auf der Dachfläche erforderlich. Photovoltaikanlagen sind baulich Anlagen im Sinne des Baurechts und Es gibt eine Vielzahl von Schräg- und Flachdachkonstruktionen und mittlerweile auch Gestell- und Befestigungsvarianten von Solarmodulen. Die Dachkonstruktion, die Unterkonstruktion, die Dachanschlüsse und die Solarmodule müssen den statischen Anforderungen im Einzelnen und als Gesamtsystem gewachsen sein. Auf die Module des Photovoltaikgenerators wirken unter anderem Windlasten und Schneelasten gemäß den Definitionen der Norm DIN 1055 Teil 4 und Teil 5. Alle Einzelkomponenten somit auch die Unterkonstruktion (Gestellstatik) und die Anschlussstatik (Anschluss an die Dachhaut) sowie die Standfestigkeit des Daches bzw. des Gebäudes insgesamt müssen somit für die definierten Lastannahmen ausgelegt sein. Je größer die Belastung durch Wind und Schnee, desto stabiler müssen die Profile und Dachhaken/Befestigungsklammern ausgelegt sein. Die Anzahl dieser Befestigungspunkte für die Verbindung der Unterkonstruktion bzw. der Aluminiumprofile mit dem Dach steigt mit der Zunahme der Schnee- und Windlasten.
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Stand der Technik – Flachdach
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Flachdächer gehören zu den bevorzugten Flächen für die Installation von PVAnlagen. Die Installation von PV-Anlagen auf Flachdächern ist vergleichsweise einfach. Projekte können in kurzer Zeit bei niedrigen Installationskosten realisiert werden. Dabei kommen Anlagen auf Flachdächern In den Genuss der hohen Einspeisevergütung und dies gesetzlich abgesichert für die nächsten 20 Jahre. PV-Anlagen auf Flachdächern sind daher ökologisch sinnvolle Investitionen mit attraktiver Rendite.
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Dachabdichtungen werden nach DIN 18531, als Flachdächer bezeichnet, wenn gilt:
- – Dachneigungsgruppe I – bis 3° (5%)
- – Dachneigungsgruppe II – über 3° (5%) bis 5° (9%)
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Die Dachneigungs-Gruppe beeinflusst sowohl Art und Ausführung der Dachabdichtung. Gemäß geltenden Flachdachrichtlinien werden Flachdächer nach ihrem konstruktiven Aufbau unterschieden in belüftete Dächer und nichtbelüftete Dächer. Die Nutzung eines Flachdaches bestimmt folgende Einteilung:
- – Nicht genutzte Flachdächer, die nur zur Wartung betreten werden
- – Genutzte Flachdächer
• begehbar, d. h. für den zeitweiligen Aufenthalt von Menschen geeignet (z. B. Dachterrasse)
• befahrbar, d. h. für das Befahren mit PKW bzw. LKW geeignet (z. B. Parkdeck)
• begrünte Flachdächer
• extensive Begrünung für anspruchslosen/pflegearmen Bewuchs
• intensive Begrünung für anspruchsvollen Bewuchs, unterschiedlich nach Höhe und Pflegeaufwand.
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Das einschalige, unbelüftete Flachdach wird nach der Lage der Dämmschicht folgendermaßen eingestuft:
- • Konventionelles Warmdach
- • Umkehrdach, auch ”UK-Dach” genannt
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Beide vorgenannte Dachtypen können sowohl als nicht genutzte als auch als genutzte Flachdächer ausgeführt werden.
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Windsogsicherung wird bei Flachdächern nach der DIN 1055 ermittelt.
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Das moderne Flachdach ist ein vielfältig nutzbares architektonisches Element, das viel mehr bietet als nur Witterungsschutz:
- – Sicherheit für Ihr Eigentum
- – attraktive Gestaltungsmöglichkeiten
- – optimale Raumausnutzung
- – Integration von wichtigen Funktionselementen für Beleuchtung und Belüftung, Wärmedämmung, Blitzschutz und Solartechnik.
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Auf Gewerbebauten, auf Bürogebäuden und auf Hochhäusern hat sich das Flachdach daher schon lange seinen Platz erobert. Auch im Wohnungsbau hat es sich zu einer interessanten und beliebten Alternative entwickelt.
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Durch vielfältige Gestaltungs- und Nutzungsmöglichkeiten sind Flachdächer nicht allein aufgrund ihrer Funktionalität gefragt, sondern in wachsendem Maße auch aus ästhetischen Ansprüchen an die Architektur. Individuelle und innovative Flachdachkonstruktionen machen Lagerhallen und Fußballstadien zu anspruchsvollen und optisch reizvollen Bauwerken.
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Flachdächer sind auch umweltfreundlich und nutzen die natürlichen Ressourcen, zum Beispiel durch den Einsatz von Solarthermie oder Photovoltaik. Flachdächer sind für jeden Bautyp geeignet.
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Der Oberbegriff Flachdach bezeichnet unterschiedliche Konstruktionsweisen und Materialien. Zur Abdichtung werden Bahnen auf Bitumen- oder Kunststoffbasis sowie Flüssigabdichtungen verwendet.
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Die Konstruktion des Flachdaches bestimmt die Funktion. Beim belüfteten Dach bleibt zwischen Dachdichtungsträger und Wärmedämmschicht ein Luftraum zur Be- und Entlüftung. Beim nicht belüfteten Dach liegt dagegen direkt über der Wärmedämmschicht eine witterungsbeständige Dachabdichtung. Diese Bauweise bewirkt z. B. eine unterschiedliche Belastungsfähigkeit. Beim klassischen Flachdach mit bituminöser Bahn liegt die Abdichtung direkt unter einer Schutzschicht, die meist aus Schiefersplitt, manchmal aus Kies oder Wärmedämmplatten besteht. Das Dichtungsmaterial muss ob bituminös oder hochpolymer generell witterungsfest (UV-Strahlung, Temperaturen, Wasser, Eis, Sturm, usw.) sein und zudem der Mikrobenbelastung standhalten.
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Über ihre eigentliche Funktion hinaus eröffnen Flachdächer auch neue gestalterische Perspektiven. Beim frei bewitterten Dach liegt die Abdichtung als oberste Schicht auf. Diese muss längst nicht mehr zwangsläufig schwarz oder weiß sein. Mit modernen farbigen Werkstoffen lassen sich auf einfache Weise wirkungsvolle Akzente setzen. Bei der Abdichtung ist vor allem Stabilität gegen mechanische und thermische Belastungen gefragt.
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Das Dach ist das am meisten beanspruchte Bauteil des Gebäudes. Durch Regen, Eis und Schnee ist gerade das Flachdach der Witterung ausgesetzt. Zu der mechanischen Belastung kommen Temperaturdifferenzen, UV-Einstrahlung und Windsog, die auf das Dach einwirken.
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Den Schutz vor eindringendem Wasser übernimmt beim geneigten Dach die regensichere Dachdeckung, beim Flachdach die wasserdichte Dachabdichtung, Neben der Dichtigkeit sind laut Landesbauordnungen umfassende Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegen Flugfeuer und strahlende Wärme gefordert gem. DIN EN 1187 B roof t1.
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Typische Materialien zur Abdichtung von Flachdächern sind:
- – Bitumendachabdichtungen (plastisch und elastisch)
- – EPDM-Dichtungsbahnen aus Ethylen-Propylen-Dien
- – Kunststoffdachbahnen aus PVC, PE, EVA, PIB oder Thermoolefinen
- – Dacheindeckungen aus Metall
- – Flüssigbeschichtungen.
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Die Unterkonstruktion von Flachdächern können sein Holzschalung, Beton, Trapezbleche usw.
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Durch die Installation einer PV-Anlage auf ein Flachdach wird dieses zusätzlich zu den o. g. Faktoren nach durch die thermischen, mechanischen Einflüsse der PV-Anlage insbesondere durch die Unterkonstruktion und Befestigungsvorkehrungen nicht nur statisch sondern vor allem dynamisch belastet.
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Stand der Technik – Montage von PV-Anlagen auf Flachdächern
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Problematisch an dieser Installation von PV-Anlagen auf Flachdächern ist; dass auch ohne PV-Anlagen Flachdächer bereits die meisten Bauwerksschäden aufweisen im Vergleich zu anderen Dachkonstruktionen. Durch die nachträglich installierte PV-Anlage kommen noch weitere Belastungen für das Flachdach hinzu. Genau hier liegt das hohe Risiko für alle Beteiligten. Denn Bau, Betrieb und Nutzung führen zu zusätzlichen Beanspruchungen und damit zu einem hohen Beschädigungsrisiko für die Dachabdichtung. Zugleich wird eine visuelle Lokalisierung von Schäden durch eine PV-Anlage auf dem Dach erheblich erschwert oder sogar unmöglich gemacht. Dabei können nicht lokalisierbare oder zu spät erkannte Abdichtungsschäden die Rendite von Photovoltaikanlagen erheblich gefährden. Muss während der Betriebsphase der PV-Anlage die Dachabdichtung repariert oder sogar großflächig saniert werden, führt dies zwangsläufig zu Ausfällen bei der Stromproduktion. Neben dem Aufwand für die Dachsanierung kommt es zu zusätzlichen Kosten für Abbau und Wiederaufbau der PV-Anlage. Werden PV-Anlagen nicht auf eigenen, sondern auf gepachteten Flachdächern betrieben, ist ein kostenträchtiger Streit zwischen Gebäudeeigentümer und Anlagenbetreiber praktisch vorprogrammiert.
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Gerade erst hat der aktuelle Bauwerkssicherheitsbericht des BMVBS darauf hingewiesen, „dass am häufigsten Schäden an der Dachabdichtung von Gebäuden auftreten. Eine erhöhte Schadenshäufigkeit zeigten ... die Dachabdichtungen von Flachdächern.” Dabei sind es nicht die direkt sichtbaren Schäden durch Sturm und Hagel, die das Bild prägen – es sind vor allem schleichende Schäden an den dünnen Abdichtungsmembranen, die dazu führen, dass Feuchtigkeit oft über Jahre hinweg in das Gebäude eindringt und dort zu schwerwiegenden Folgeschäden führt Die Folgen für die Rentabilität einer PV-Anlage können dramatisch sein und ein solches Projekt schnell in die Verlustzone bringen. Deshalb braucht die langfristige Investition in eine PV-Anlage ein funktionierendes Konzept für ein dauerhaft dichtes Flachdach – als Fundament für eine nachhaltige und sichere Rendite.
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Da bei steigender Temperatur in der Solarzelle sich der Strom um etwa 0,07%/K erhöht aber die Spannung um 0,45%/K verringert, müssen die Solarzellen bzw. die Solarmodule bei Betrieb eine ausreichende Hinterlüftung erhalten, um zu hohe Zellentemperaturen zu vermeiden, die sich negativ auf den Ertrag einer Solarstormanlage auswirken. Diese erforderliche Hinterlüftung der Solarmodule muss bei der Befestigung der PV-Anlage auf dem Flachdach berücksichtigt werden.
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Derzeit werden Solaranlagen auf dem Flachdach entsprechend der nachfolgenden Varianten befestigt, wobei unterschieden werden muss zwischen Befestigung mit Durchdringung oder Befestigung ohne Durchdringung der Dachhaut: Befestigung der PV-Anlagen mit Durchdringung der Dachhaut:
- – System mit Aufschraubungen auf Flächenerhöhungen – Risiko der Einregenstellen an den Durchdringungsstellen
- – statisch sehr aufwendiges Trägersystem mit Säulendurchdringungen über Trägern der Dachkonstruktion
- – direkte Verschraubung mit dem Untergrund [iii]
- – Sonderkonstruktionen
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Bei Sonderkonstruktionen, wird das Haltesystem lediglich auf den Trägern der Dachunterkonstruktion befestigt. Die erforderlichen Dachdurchdringungen müssen sehr aufwendig von einem Dachdeckerfachbetrieb abgedichtet werden und stellen generell potentielle Einregenstellen dar. Bewegungen aus thermischen Längenänderungen führen häufig zu Rissen in den Anschlussbereichen der Dachabdichtungen und dadurch nachfolgenden Wasserschäden.
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Sonderkonstruktionen können auch nur in Zusammenarbeit mit einem Statiker durchgeführt werden, der die Lasten durchrechnen muss.
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Die Befestigungsvarianten mit Dachhautdurchdringung haben die großen Nachteil, dass dadurch die Haltbarkeit des Flachdaches deutlich eingeschränkt wird. Dies macht die zusätzliche Installation eines Dachassistenzsysteme zur Früherkennung von Leckagen notwendig. Dieses Leckmeldesystems meldet sofort, wenn Leckagen in der Abdichtung entstanden sind, durch die Feuchtigkeit in das Dach eindringt. Das Risiko eines unbemerkten Schadens am Dach und Folgen wie Wassereintritt ins Gebäude, kompletter Rückbau der PV-Anlage für die Schadenssuche oder gar die Sanierung des Daches, werden so vermieden. Ein solches DichtDach-Photovoltaik-Konzept bietet die Firma PROGEO durch die individuelle Kombination von Leckmeldesystemen und PV-Anlagen für Flachdächer an [iv].
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Ein prominentes Beispiel für die nachhaltige Kombination von Dachassistenzsystem und PV-Anlage ist die BMW Welt in München, das große Eventzentrum des Automobilherstellers. Der kombinierte Einbau einer PV-Anlage zusammen mit einem smartex®-Leckmeldesystem war fester Bestandteil der Planung. Durch dieses Konzept konnte das Risiko eines unbemerkten Schadens durch den Folgeaufbau vermieden werden, denn mit der Leckmeldeanlage konnte bereits während der Bauzeit die Dichtheit der Dachabdichtung überprüft und so ein aktiver Beitrag zur Qualitätssicherung geleistet werden. Das Schadenspotenzial war groß, denn mehrere hundert einzelne Stützen der Unterkonstruktion der PV-Anlage mussten wasserdicht durch die Abdichtungsebene hindurchgeführt werden. Dieser komplexe Dichtungsaufbau und die praktisch nicht mehr gegebene Zugängigkeit der Abdichtung waren wesentliche Argumente für die Integration einer smartex®-Leckmeldeanlage in das Abdichtungspaket.
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Wenn man auf die Dachhautdurchdringung bei der Befestigung der Solarmodule verzichten kann, sind auch die zusätzlichen ökonomischen Belastungen durch die Leckmeldeanlage hinfällig. Auf die Dachhautdurchdringung kann bei den folgenden Befestigungssystemen verzichtet werden:
- – durchdringungsfreie Befestigung durch BS E-Solardach-Modulträgersystem
- – Systeme mit Auflast auf oder unter der Halterkonstruktion
- – direkt auf Abdichtung auflaminierte Spezialmodule (sehr geringe Leistung – hoher Preis).
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Ein Beispiel für die Befestigung der Solarmodule ohne Dachhautdurchdringung ist das BS E-Solardach-Modulträgersystem, welches besteht aus Kopf und Seitenteilen, die mit Brust und Rücken zum TS zusammengebaut werden [v]. Mit dem Verbau im Verbund entsteht eine grolle zusammenhängende Fläche die selbsttragend ist. Dabei handelt es sich um ein sehr aufwendiges System mit geringem Windangriffspotential. Durch seine aerodynamische Bauweise soll es völlig ohne Dachdurchdringung auskommen, heißt es in der Pressemitteilung. Es liegen jedoch noch keine langjährigen Erfahrungen vor. Bei diesem System muss berücksichtigt werden, dass die notwendige Hinterlüftung der Solarmodule für die Erreichung des maximalen Wirkungsgrades und der erforderlichen Lebensdauern stark eingeschränkt ist. Bei der Aufständerung von Solarmodulen auf Flachdächern (mit Dachdurchdringung) ist eine ausreichende Hinterlüftung gewährleistet. Ähnliche Systeme mit vergleichbar geringer Flächenlasten stellen SunPowerRT10-Flachdach-PV-System und die Flachdach-PV-Systeme FDG1 und FDG2 [vi] dar.
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Auf Grund der verwendeten Leichtbau-Materialien (durchschnittliche Eigengewicht von Unterkonstruktion und Modul von ca. 11,5 kg pro m2 und der nicht Befestigung auf der Dachhaut sind diese bei hohen Windstärken an prädestinierten Standorten ohne zusätzlichen Ballast zur Stabilisierung nicht geeignet. Durch die erforderliche Stabilisierung wird der entscheidende Vorteil der geringen zusätzlichen Traglast, wie sie für kaum belastbare Industriedächer eine Lösung wären, wieder hinfällig. Durch die LGA Typenprüfung bzw. -statik erfolgte die Freigabe des Flachdach-PV-System nur für die Windlastzone II und die Schneelastzone III.
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Demgegenüber kann eine bessere Wind- und Schneebelastbarkeit erreicht werden, wenn z. B. sogenannte Systemwannen aufgestellt werden, die dann mit Betonplatten oder Kies beschwert werden. Das erforderliche Gewicht des Ballastes ist von der Höhe des Gebäudes, seiner Lage und der Beschaffenheit des Flachdaches abhängig. Im Ergebnis bedeutet dies aber eine erhebliche zusätzliche Traglast für das Flachdach. Diese Variante ist somit für eine Vielzahl von Flachdächern nicht einsetzbar. Bei Neubauten könnte diese Installationsvariante von Anfang an berücksichtigt werden, wobei hier der zusätzliche Ballast die Baukosten erhöht. Bei der nachträglichen Installation von PV-Anlagen auf das Flachdach stellen die zusätzlichen Traglasten durch das Befestigungssystem ein erhebliches Risiko dar. Quellen:
- i Geist, H. -J.; „Photovoltaik-Anlagen planen, montieren, prüfen, warten"; Elektor-Verlag GmbH, 3. Auflage 2009
- ii Witte, M.: „Was Sie über Photovoltaikanlagen wissen sollten"; Ingenieurbüro Makrus Witte, 2. Auflage 2009
- iii http://www.dahlmann-solar.de/befestigungssysteme.php
- iv http://www.progeo.com
- v http://www.flachdachsystem.de/
- vi http://www.solaranlagen-portal.de/news/modulares-flachdach-pv-system/
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Die vorgenannten allgemeinen Ausführungen zeigen, dass bei Einsatz von bisherigen Lösungen hauptsächlich 4 Probleme auftreten:
- 1. Durchdringungen in der Abdichtung auf Flachdächern wegen der Befestigung der Stützen auf dem statisch tragenden Untergrund sind häufig Ursachen von Einregen- und Schadstellen.
- 2. Schwere Ballast-Füße oder Trag-Unterkonstruktionen können bei vielen Leichtbaudächern wegen zu hoher Gewichte nicht eingesetzt wenden.
- 3. Bewegungen aus den Konstruktionen der Aufbauten werden über herkömmliche meist unelastische und starre Stützenkonstruktionen in der Regel ungehindert in den Unterbau eingeleitet und führen daher häufig zu Schäden an den Oberflächen der Unterbauten.
- 4. Reparaturen an den Aufbauten bzw. temporäre Demontagen der Aufbauten sind nur mit hohem Montageaufwand durchzuführen.
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Für die Problemstellung gemäß 1. und 2 wurde gleichzeitig mit dem im Patentanspruch I. aufgeführten Merkmalen eine Lösung gefunden, Indem die relativ leichte Universalträgerstütze – ohne Durchdringung bzw. Perforierung der Dachhaut – mit der Grundplatte (1) der Universalträgerstütze auf der Dachfläche unter zu Hilfenahme von im Bau- und Dachdeckerhandwerk bekannten Flüssigklebern (z. B. ein- oder mehrkomponentige PU/Polyurethane, Silikone oder PMMA/Poly-Methyl-Metacrylate, Mischverbindungen der vorgenannten Materialien oder flüssiges Heißbitumen, usw.) direkt nach Platzierung auf der Dachfläche bzw. Gebäudedecke oder auch erst nach Fertigmontage der Aufbauteile (z. B. Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie-Anlagen, Antennen- oder Sendeanlagen, Lüftungsbauteilen, Rohrleitungen, Werbeaufbauten, entkoppelte Plattformen usw.) durch die speziell angeordneten Gitterraster (4) von oben aufgeklebt werden kann.
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Die Problemstellung gemäß 3. wird durch die Patentansprüche IV. gelöst. Bedingt durch die Mehrteiligkeit der Universalträgerstütze sowie der Wahl des Herstellungsmateriales der Universalträgerstütze können entsprechend auftretende horizontale und schräge Bewegungen aus den auf der Ebene zur Aufnahme der Aufbau-Montagegruppen (10) aufgebrachten Aufbauteilen (z. B. Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie-Anlagen, Antennen- oder Sendeanlagen, Lüftungsbauteile, Rohrleitungen, Werbeaufbauten, entkoppelte Plattformen. usw.), wie Schwingungen aufgrund von Resonanzen, Windbelastungen, Bewegungen durch thermische Längenänderungen größerer oder längerer Einzelbauteile in Folge der jahreszeitlichen oder Tag/Nacht Temperaturunterschiede oder auch Eigenbewegungen von Aufbauteilen oder deren Inhalten, zum größten Teil kompensiert werden und nicht in den Untergrund (Dachfläche, Deckenaufbau, Abdichtungslagen der Dachfläche, usw.) eingeleitet werden. Dies wird durch die Materialwahl sichergestellt, wobei die Universalträgerstütze in allen deren Bauteilen wie z. B. dem Grundkörper (1), der Aufsatzhülse (2) und dem Verriegelungsaufsatzring (3) bevorzugt aus einem Kunststoff-Elastomer oder einem Gemisch von verschiedenen Kunststoff-Elastomeren oder Kautschuk – wobei diese Materialien aus dem der Kunststoffindustrie langjährig bekannten und zur Verfügung stehenden Grundmaterialien ausgewählt werden – im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Die Einzelteile der Universalträgerstütze können in einem einheitlichen, aber auch in verschiedenen Elastomer-Kunststoff-Zusammensetzungen bezüglich deren Härte und Elastizität hergestellt werden, wobei der genaue Einsatzzweck und die aufzunehmenden Gewichts- und Bewegungslasten aus den Aufbauteilen die genaue jeweilige Härten- und Elastizitätseinstellung des Elastomer-Kunststoffes oder Kautschuks bestimmt Auch die Nutzung eines Elastomers mit unterschiedlichen Shore-Härten in unterschiedlichen Zonen eines Bauteils der Universalträgerstütze ist bei sehr hohen zu erwartenden horizontalen Bewegungen möglich.
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Die Problemstellung gemäß 4. wird technisch vorrangig durch die Patentansprüche II. gelöst. Da die Universalträgerstütze durch deren Mehrteiligkeit aus der Grundplatte (1) und der darauf passenden Aufsatzhülse (2) eine Höhenverstellbarkeit hat, die sowohl während des Montagevorganges der Universalstütze als auch nach Fertigmontage der Aufbautelle (z. B. Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie-Anlagen, Antennen- oder Sendeanlagen, Lüftungsbauteilen, Rohrleitungen, Werbeaufbauten, entkoppelte Plattformen, usw.) durchgeführt werden kann, wobei durch hoch- oder herunterschieben der Aufsatzhülse (2) auf der Grundplatte (1), welches ermöglicht wird durch die Ausdehnungs-Aussparungen (9) am unteren Ende der Aufsatzhülse (2) diese Höhenjustierung mittels Einrast-Rillenvertiefung (5) und Einrast-Rillenerhöhung (6) in einfacher Weise durch vorheriges Hochschieben und dadurch ein „Entriegeln” des Verriegelungsaufsatzringes (3) erreicht werden kann, wobei dieser Verriegelungsaufsatzringes (3) anschließend zur „Verriegelung” lediglich wieder nach unten geschoben wird. Ist dieser Verriegelungsaufsatzring (3) nach unten geschoben und damit verriegelt, kann die Universalträgerstütze durch das jetzt vorhandene kraftschlüssige Ineinanderpressen der Einrast-Rillenerhöhung (6) in die Einrast-Rillenvertiefung (5) hohe Zug- und Drucklasten aufnehmen und in den Untergrund (Dachoberfläche, Gebäudedecke, Bodendecke, usw.) einleiten. Die Einrast-Rillenerhöhung (6) kann in halbrunder, halbelliptischer, halbovaler oder trapez-schräger Oberfläche ausgeführt sein, wobei die Gegenform der Rillenvertiefung (5) jeweils dann die gleiche Formung, jedoch lediglich in gegenteiliger Verlaufsrichtung aufweisen muss. Somit ist bei einer halbrunden Oberfläche der Einrast-Rillenerhöhung (6) auch eine halbrunde Oberfläche der Rillenvertiefung (5) einzusetzen. Bei trapez-schräger Oberfläche der Einrast-Rillenerhöhung (6) muss auch die Rillenvertiefung (5) in der Geometrie mit trapez-schräger Oberfläche, jedoch eben als Vertiefung ausgebildet sein. Gleiches gilt sinngemäß bei halbelliptischer oder halbovaler Form. Bevorzugt wird als Lösung die Einrast-Rillenerhöhung (6) auf dem Innenradius der Aufsatzhülse (2) und die Rillenvertiefung (5) auf dem Außenradius des hochstehenden Schaftes am Grundkörper (1). Jedoch ist auch die umgekehrte Einsatzmöglichkeit denkbar und die Einrast-Rillenerhöhung (6) befindet sich auf dem Außenradius des hochstehenden Schaftes am Grundkörper (1) und die Rillenvertiefung (5) auf dem Innenradius der Aufsatzhülse (2). Auch die Anzahl der Rillenvertiefungen (5) bzw. Rillenerhöhungen (6) ist von 1 bis 1000 möglich, wobei erfahrungsgemäß eine Anzahl von 1–2 Rillenerhöhungen (6) und 5–10 Rillenvertiefungen (5) die bevorzugte Lösung darstellen.
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Verbessert wird die Lösung noch durch den Patentanspruch V. Durch die Möglichkeit des jederzeitigen Hochschiebens und dadurch ein „Entriegeln” des Verriegelungsaufsatzringes (3) auch noch viele Jahre nach Montage z. B. im Zuge von Reparaturarbeiten oder Austauscharbeiten an den Aufbauteilen (z. B. Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie-Anlagen, Antennen- oder Sendeanlagen, Lüftungsbauteilen, Rohrleitungen, Werbeaufbauten, entkoppelte Plattformen, usw.) ein einfaches temporäres Abnehmen und Wiederaufbringen der Aufbauteile mit dem Montagegrundteil der Aufsatzhülse (2) erreicht werden kann. Diese Teilreversibilität der Universalträgerstütze wird ermöglicht durch die Ausdehnungs-Aussparungen (9) am unteren Ende der Aufsatzhülse (2), da die Aufsatzhülse (2) durch einfachen manuellen Zug nach oben herausgezogen werden kann, da die Höhenjustierung mittels Einrast-Rillenvertiefung (5) und Einrast-Rillenerhöhung (6) nur bei verriegeltem (unten sitzendem) Verriegelungsaufsatzring (3) massive Zug- und Druckkräfte aufnimmt. Wenn der Verriegelungsaufsatzring (3) nach oben geschoben wird, kann die Einrast-Rillenerhöhung (6) einfach über die Einrast-Rillenvertiefung (5) nach oben gezogen oder nach unten geschoben werden. Ein gänzliches Abheben der Aufbauteile mit den daran befestigten (verschraubten oder vernieteten) Aufsatzhülsen (2) vom Grundkörper (1) und direktes, bzw. zeitversetztes späteres Wiederaufsetzen und in die vorher vorhandene Höhenjustierung bringen, sind problemfrei möglich. Es erfordert kein Losschrauben oder zeitaufwendiges Demontieren von Befestigern, bzw. Vernietungen.
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Zudem verringert sich für die Anwender der Lagerhaltungsaufwand, da die gemäß Patentansprüchen I.–V. erläuterte Erfindung fast universell auf allen Dachflächen, bei fast allen Abdichtungslagen und mit beinahe allen erdenklichen Aufbauteilen einsetzbar ist – und das wird erreicht mit einer Universalträgerstütze. Ebenso ist die Montage jeweils nach gleicher Art und Weise durch Aufbau und Verklebung zu erreichen, was dem Anwender wiederum Erleichterung bringt, da keine Verschiedenen Montage- und Befestigungssysteme nötig sind und diese Art des Aufbaus mit Verklebung im Gegensatz zu nahezu allen bisher bekannten Systemen zudem sehr zeitsparend durchgeführt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 5 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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1 zeigt eine mögliche Art der Universaltragstütze, hier in einer runden Ausführung skizziert. Diese ist auf der 1 in einer Draufsicht (links oben), einem Schnitt an der in der Draufsicht dargestellten Schnittachse B-B (rechts auf dem Blatt), sowie zwei Schrägansichten (unten links auf dem Blatt) zu sehen, wobei die linke Ansicht in verriegeltem Zustand (Verriegelungsaufsatzring 3 ist unten) und die rechte Ansicht in entriegeltem Zustand (Verriegelungsaufsatzring 3 ist oben) dargestellt ist.
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Die Universaltragstütze wird aus einem Elastomer-Kunststoff oder aus verschiedenen Elastomer-Kunststoffen mit gegebenenfalls unterschiedlichen Shore-Härten im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Die Universalträgerstütze besteht auf den Zeichnungen aus folgenden Teilen mit den vorangesetzten Nummerierungen:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper mit Auflagefläche
- 2
- Aufsatzhülse
- 3
- Verriegelungsaufsatzring
- 4
- Gitterstruktur
- 5
- Einrast-Rillenvertiefung
- 6
- Einrast-Rillenerhöhung
- 7
- Wasserführungskanal
- 8
- Wasserführungs-Öffnungsloch aus dem Innenbereich
- 9
- Aussparungen zur Ermöglichung der Ausdehnung des Einrast-Systems
- 10
- Ebene zur Aufnahme der Dachaufbau-Montagebaugruppen
- 11
- Grundkörper-Bodenrand
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Auf 2 und 3 ist jeweils eine Ansicht des Grundkörpers mit Auflagefläche (1) zu sehen, wobei die 2 diesen in der Standrichtung von schräg oben zeigt, wie der Grundkörper auf dem Untergrund (z. B. Flachdach) aufgestellt wird. 3 zeigt den gleichen Grundkörper (1) in umgedrehten Zustand, um die Details, wie die Wasserführungskanäle (7) auf der Unterseite der Auflagefläche genauer darzustellen. 4 zeigt eine Schrägdarstellung der Aufsatzhülse (2). In 5 ist der Verriegelungsaufsatzring (3) dargestellt.
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Der Grundkörper mit Auflagefläche (1) wird auf dem Untergrund, wie z. B. einem Flachdach in einem entsprechenden Verlegeraster aufgelegt Dieses Verlegeraster ergibt sich aus den Aufbauteilen, die durch die Universaltragstütze getragen werden müssen. Zu montierende Aufbauteile können sein z. B. Photovoltaik-Anlagen, Solarthermie-Anlagen, Antennen- oder Sendeanlagen, Lüftungsbauteilen, Rohrleitungen, Werbeaufbauten, entkoppelte Plattformen, usw.. Der Grundkörper kann direkt nach dem auflegen auf dem Untergrund oder auch zeitversetzt zu einem späteren Zeitpunkt durch einen im Bau- und Dachdeckerhandwerk bekannten Flüssigkleber z. B. ein- oder mehrkomponentige PU/Polyurethane, Silikone oder PMMA/Poly-Methyl-Metacrylate, Mischverbindungen der vorgenannten Materialien oder flüssiges Heißbitumen, usw. im Bereich der Gitterstruktur (4) aufgeklebt werden. Dies kann auch geschehen, wenn bereits die gesamten Aufbauteile fertig montiert sind, solange man noch ungehindert an den Bereich der Gitterstruktur (4) des Grundkörpers (1) herankommt. Die Verklebung erfolgt durch eingießen, spritzen, spachteln oder streichen des entsprechenden Klebstoffes in die Gitterstruktur (4) wobei dieses Gitter in der Materialdicke dünner als die Materialdicke des Grundkörper-Bodenrandes ist. Dadurch kann der Kleber die Gitterstruktur sowohl unterhalb des Gitters hin zum Untergrund (z. B. Dachfläche) als auch oberhalb des Gitters gut umhüllen und dieses Gitter dadurch fest mit dem Untergrund verbinden.
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Eine unlösbare Verbindung des Grundkörpers (1) mit dem Untergrund (z. B. Dachfläche) wird somit geschaffen, welche hohe Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann und somit die Lasten der Aufbauten in den Untergrund einleitet, als auch Zuglasten durch Windsog oder horizontale Schubkräfte durch Bauteilbewegungen aufnimmt. Jetzt wird die Aufsatzhülse (2) von oben auf den aufstehenden Schaft des Grundkörpers (1) aufgeschoben. Die Einrast-Rillenerhöhung (6) an der Innenflanke der Aufsatzhülse (2) kann durch die Aussparungen zur Ermöglichung der Ausdehnung des Einrast-Systems (9) relativ einfach über den Schaft und die Einrast-Rillenvertiefungen (5) auf der Außenflanke des Grundkörper-Schaftes geschoben werden. Je nach notwendiger Aufbauhöhe kann der entsprechende Einrastpunkt der Einrast-Rillenerhöhung (6) in eine Einrast-Rillenvertiefung (5) individuell gewählt werden. Ist dies geschehen, wird der Verriegelungsaufsatzring (3), der bereits vorher über die Aufsatzhülse im oberen Teil aufgeschoben wurde, nunmehr nach unten geschoben. Indem dieser Verriegelungsaufsatzring (3) jetzt von außen über den Bereichen der Einrast-Rillenerhöhung (6) und der Einrast-Rillenvertiefung (5) sitzt, ist die Aufsatzhülse (2) unverrückbar fixiert und hält allen aufkommenden Zug- und Drucklasten aus den Aufbauteilen stand. Sollte eine Höhenveränderung der Aufbauteile notwendig sein, kann dies jederzeit nachträglich justiert werden, indem der Verriegelungsaufsatzring (3) nach oben geschoben wird und somit die Aufsatzhülse (2) wieder mit geringem Kraftaufwand höhenmäßig verschoben werden kann. Dies wird durch die Aussparungen zur Ermöglichung der Ausdehnung des Einrast-Systems (9) gewährleistet. Jetzt können wieder die Einrast-Rillenerhöhungen (6) über die Einrast-Rillenvertiefungen (5) gleitend geschoben werden. Erst wenn der Verriegelungsaufsatzring (3) wieder nach unten geschoben wird, ist die Universaltragstütze wiederum arretiert.
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Sollten im Laufe der Jahre durch die Einschraub- oder Befestigungslöcher auf/in der Ebene zur Aufnahme der Dachaufbau-Montagebaugruppen (10) Wasser in den Innenbereich der Universaltragstütze eindringen, so kann dieses jederzeit über die hierfür eigens eingebrachten Wasserführungs-Öffnungslöcher (8) aus dem Innenbereich nach unten ablaufen und wird über die angeschlossenen Wasserführungskanäle (7) nach außen über den Grundkörper-Bodenrand (11) hinaus abtransportiert. Es kann sich dadurch kein stehendes Wasser im Innern der Universaltragstütze bilden, welches bei Frost zu einer Schädigung des Grundkörpers (1) führen könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm DIN 1055 Teil 4 und Teil 5 [0005]
- DIN 18531 [0007]
- DIN 18531 ”Dachabdichtungen” [0009]
- DIN 18195 ”Bauwerksabdichtungen, Teil 5” [0009]
- DIN 1055 [0012]
- DIN EN 1187 B roof t1 [0021]
- Geist, H. -J.; „Photovoltaik-Anlagen planen, montieren, prüfen, warten”; Elektor-Verlag GmbH, 3. Auflage 2009 [0036]
- Witte, M.: „Was Sie über Photovoltaikanlagen wissen sollten”; Ingenieurbüro Makrus Witte, 2. Auflage 2009 [0036]
- http://www.dahlmann-solar.de/befestigungssysteme.php [0036]
- http://www.progeo.com [0036]
- http://www.flachdachsystem.de/ [0036]
- http://www.solaranlagen-portal.de/news/modulares-flachdach-pv-system/ [0036]