Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarmodul
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Anschluss- und Verbindungsdose für ein photovoltaisches Solarmodul mit flexiblen Flachleiterbändern, die aus der Oberfläche des Solarmoduls herausragen und ein Verfahren zum Anschließen einer Anschluss- und Verbindungsdose an ein Solarmodul.
Hintergrund der Erfindung
Die Produktion photovoltaischer Solarmodule hat in den letzten Jahren einen regelrechten Boom erlebt, unter anderem wegen des erhöhten Bedarfs an einer umweltschonenden Energieerzeugung. Die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom mittels photovoltaischer Solarmodule ist vollkommen emissionsfrei und nahezu mit keinerlei Risiken für Mensch und Umwelt verbunden. Daher werden in letzter Zeit zum Beispiel bei Neubauten ganze Dächer mit Solarmodulen belegt und sogar
"Solarkraftwerke" gebaut. Durch die technische Entwicklung der Photovoltaik wird der Einsatz der Solarmodule mehr und mehr auch in ungünstigeren Breitengraden, wie z. B. Mitteleuropa oder Nordamerika, immer effizienter, so dass insbesondere in diesen Regionen eine große Nachfrage besteht. Eine stetige Effizienzsteigerung der Solarmodule aufgrund technischer Weiterentwicklung einerseits sowie steigende Energieproduktionskosten mit anderen Energieträgern, wie fossilen Brennstoffen oder Kernenergie, machen die photovoltaische Stromerzeugung mehr und mehr konkurrenzfähig .
Es ist ersichtlich, dass der Erfolg von Solarmodulen im wirtschaftlichen Wettbewerb mit anderen Energieträgern von den Kosten für Herstellung und Montage der Solarmodule abhängt .
Solarmodule bestehen typischerweise aus einer Vielzahl von Solarzellen auf Halbleiterbasis, welche zu großflächigen Solarpaneelen zusammengeschaltet werden. Ein typisches Solarmodul besitzt auf der der Sonne zugewandten Seite eine Glasscheibe und an der Rückseite eine transparente
KunststoffSchicht , in der die Solarzellen eingebettet sind. Die Rückseite des Solarmoduls ist typischerweise mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie, z. B. Polyvinylfluorid und Polyester, kaschiert. Die mono- oder polykristallinen Solarzellen sind durch Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet. Typischerweise ist das Solarmodul noch in einen Metallprofilrahmen zur Befestigung und Versteifung des Verbundes eingebaut. Ein Solarmodul ist daher grundsätzlich ein flächiges Gebilde, ähnlich einer dicken Glasscheibe.
Typischerweise besitzen Solarmodule auf der der Sonne abgewandten Rückseite dünne flexible Leiterbänder, zumeist aus Kupfer, welche aus der Rückseite des Solarmoduls senkrecht herausragen. Diese flexiblen Flachleiterbänder sind sehr empfindlich und daher schwierig zu kontaktieren. Hinzu kommt, dass aufgrund der scheibenartigen Form des Solarmoduls ein mechanischer Angriff zur Befestigung eines elektrischen Verbinders ebenfalls schwierig ist. Daher hat sich eine spezielle Art des elektrischen Verbinders für derartige Solarmodule entwickelt, welche als Anschlussdose oder Anschluss- und Verbindungsdose bezeichnet wird. Die Anschluss- und Verbindungsdose wird typischerweise auf die rückwärtige Oberfläche des Solarmoduls aufgeklebt und besitzt im Inneren elektrische Anschlusseinrichtungen zum
Kontaktieren der flexiblen Flachleiterbänder des Solarmoduls. Ferner besitzt die Anschluss- und Verbindungsdose ggf. eine Einrichtung zum Anschließen eines elektrischen Anschlusskabels, welches mittels der Anschluss- und Verbindungsdose mit dem flexiblen
Flachleiterband des Solarmoduls verbunden wird, um den von dem Solarmodul erzeugten elektrischen Strom abzuführen.
Ferner werden typischerweise mehrere Solarmodule in Reihenschaltung betrieben, wobei antiparallel zu jedem
Modul eine sogenannte Bypass- oder Freilaufdiode geschaltet wird. Die Freilaufdiode ist innerhalb der Anschluss- und Verbindungsdose an die elektrische Anschlussvorrichtung angeschlossen. Ohne Bypass-Diode würde, wenn ein Modul verschattet ist oder durch einen Defekt keinen Strom liefert, dieses Modul die Leistung der in Reihe geschalteten Solarmodule verringern oder sogar Schaden nehmen. Durch die Bypass-Diode wird dies verhindert, da der Strom durch die Diode fließt und aufrecht erhalten wird.
Es ist ersichtlich, dass aufgrund der mechanischen Gegebenheiten, insbesondere Form des Solarmoduls und der Empfindlichkeit der flexiblen Flachleiterbänder, eine Reihe von Schwierigkeiten für die Konstruktion der Anschluss- und Verbindungsdosen auftreten.
Bisher sind Anschlussdosen bekannt, die über die flexiblen Flachleiterbänder gestülpt werden und wobei das flexible Flachleiterband in Handarbeit umgebogen und mittels einer Anschlussklemme oder einer Lötverbindung kontaktiert wird. In einem weiteren Arbeitsgang wird dann die Anschlussdose geschlossen. Derartige Verbindungsvorrichtungen bzw. Anschlussdosen sind in der DE 10 2005 025 632 Al und der DE 20 2005 018 884 Ul beschrieben. Es ist ersichtlich, dass die Montage derartiger Verbindungsvorrichtungen bzw.
Anschlussdosen umständlich ist und sich diese nur schwer für die automatisierte Massenfertigung eignen.
Aus der DE 103 58 140 B4 ist eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul bekannt, welche an ihrer Unterseite eine Führungseinrichtung aufweist, in welcher das dünne Leiterband mit geringem Spiel in Querrichtung geführt wird, um ein Knicken oder Falten der Leiterbänder beim Einführen in die Klemmeinrichtung zu vermeiden. Nachteilig hierbei ist, dass das Leiterband in die enge Führungseinrichtung eingefädelt werden muss und die Klemmkraft der Klemmeinrichtung trotzdem relativ gering sein dürfte, um das dünne Leiterband in die Klemmeinrichtung einschieben zu können.
Nach alledem besteht aufgrund des hohen Innovationsdrucks in der Herstellung von Solarmodulen diesbezüglich Verbesserungsbedarf .
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschluss- und Verbindungsdose für ein photovoltaisches Solarmodul bereitzustellen, welche einfach, schnell und effizient, insbesondere automatisiert, z.B. mit einem Roboter, an das Solarmodul angeschlossen werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Anschluss- und Verbindungsdose bereitzustellen, welche eine hohe Kontaktsicherheit und Langlebigkeit bietet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Anschluss- und Verbindungsdose bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet oder zumindest mindert und kostengünstig herzustellen sowie zu montieren ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Anschluss- und Verbindungsdose für ein photovoltaisches Solarmodul zum Kontaktieren eines oder mehrerer flexibler Flachleiterbänder, die aus der Oberfläche des Solarmoduls herausragen, bereit gestellt.
Die Anschluss- und Verbindungsdose umfasst ein dielektrisches Gehäuse zum Aufsetzen auf das Solarmodul und mit einer Einführöffnung an der Unterseite des Gehäuses. Es ist ersichtlich, dass der Begriff Unterseite nicht im Sinne einer absoluten Orientierung im Raum zu verstehen ist, sondern als Unterseite wird diejenige Seite der Anschluss- und Verbindungsdose bzw. des Gehäuses bezeichnet, die im montierten Zustand dem Solarmodul zugewandt ist, also die Seite die an dem Solarmodul zur Anlage kommt. Typischerweise wird die Anschluss- und Verbindungsdose an der sonnenabgewandten Rückseite des Solarmoduls angebracht.
An der Unterseite des Gehäuses ist eine Einführöffnung vorgesehen, in die das Flachleiterband automatisch eingeführt wird, wenn das Gehäuse mit der Einführöffnung über das Flachleiterband gestülpt wird. Die Einführöffnung ist insbesondere wesentlich größer ausgebildet als die Dimension des Flachleiterbandes, damit das Flachleiterband geradlinig und ohne von diesem geführt zu werden, frei in das Gehäuse eingeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das Flachleiterband nicht an das Gehäuse anstößt und damit die Gefahr einer Beschädigung des empfindlichen Flachleiterbands, insbesondere ein Knicken beim Einführen vermieden werden kann.
In dem Gehäuse ist eine elektrische Anschlussvorrichtung angeordnet, die eine Kontaktklemme zum elektrischen Kontaktieren des flexiblen Flachleiterbands aufweist. In dem Montagezustand, in dem das Gehäuse auf das Solarmodul aufgesetzt und über das Flachleiterband gestülpt wird, ist die Kontaktklemme geöffnet, damit das empfindliche Flachleiterband möglichst ohne anzustoßen in einen freien Raumbereich innerhalb der geöffneten Kontaktklemme eingeführt werden kann. In diesem Raumbereich wird das
Flachleiterband beim Schließen der Kontaktklemme von dieser erfasst (eingefangen) und kontaktiert. Daher wird dieser Raumbereich der Kontaktklemme als Einfangraumbereich bezeichnet. Somit weist die Anschluss- und Verbindungsdose zwei unterschiedliche Zustände auf, nämlich den
Montagezustand, in dem die Kontaktklemme geöffnet ist und den Kontaktzustand, in dem die Kontaktklemme geschlossen ist, das Flachleiterband festhält und elektrisch kontaktiert .
Das Schließen der Kontaktklemme, d.h. die Überführung der Anschluss- und Verbindungsdose vom Montagezustand in den Kontaktzustand, erfolgt durch aktive Betätigung der Kontaktklemme, mittels einer Betätigungseinrichtung, wenn die Anschluss- und Verbindungsdose auf das Solarmodul aufgesetzt und das flexible Flachleiterband in das Gehäuse eingeführt ist. Je nach Ausgestaltung der Anschluss- und Verbindungsdose kann die Betätigung unmittelbar beim Aufsetzvorgang in einem einzigen Arbeitsschritt oder nach dem Aufsetzen in einem zweiten Schritt erfolgen. Die Betätigungseinrichtung umfasst hierzu einen Betätigungsvorsprung innerhalb des Gehäuses, z.B. eine Betätigungsrippe oder einen Betätigungsstift, welcher die geöffnete Kontaktklemme kraftbeaufschlagt und sie dadurch schließt.
Vorteilhafterweise erlaubt das aktive Schließen der Kontaktklemme bei der vorliegenden Erfindung eine durch die Ausgestaltung der Kontaktklemme wählbare, und damit, falls erwünscht, hohe Kontaktkraft der Klemmung des Flachleiterbandes, was sich vorteilhaft aus die
Kontaktsicherheit und -dauerhaftigkeit auswirken kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet und die beiden Gehäuseteile sind relativ zueinander bewegbar, z.B. relativ zueinander verschiebbar. Ferner ragt in dem Montagezustand das erste der beiden Gehäuseteile an der dem Solarmodul zugewandten Seite über das zweite der beiden Gehäuseteile hinaus. Beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose kommt daher zunächst nur das erste der beiden Gehäuseteile an dem Solarmodul zur Anlage. Die Anschlussvorrichtung ist an diesem ersten Gehäuseteil befestigt. Durch Drücken des zweiten Gehäuseteils in Richtung des Solarmoduls wird die Relativverschiebung zwischen den beiden Gehäuseteilen und damit auch des zweiten Gehäuseteils relativ zur
Anschlussvorrichtung in Gang gesetzt, da sich das erste Gehäuseteil mit der Anschlussvorrichtung an dem Solarmodul abstützt und die Betätigungseinrichtung, welche an dem zweiten Gehäuseteil befestigt ist, schließt automatisch die Kontaktklemme. Vorteilhafterweise kann die Kontaktklemme also ausschließlich durch Angriff an das Gehäuse von außen und ohne manuellen Eingriff in das Gehäuseinnere geschlossen werden.
Zweckmäßig weist eines der beiden Gehäuseteile hierfür eine Mehrzahl von Führungshülsen und das andere Gehäuseteil hiermit korrespondierende Führungsstifte auf, die zusammen eine lineare Führung senkrecht zur Oberfläche des Solarmoduls bilden. Besonders bevorzugt sind in dem Montagezustand die Führungsstifte in die Führungshülsen
noch nicht vollständig eingesteckt und in dieser Position selbsthemmend oder -klemmend festgelegt, so dass wenn das zweite Gehäuseteil z.B. von einem Montageroboter gefasst und von oben auf das Solarmodul aufgesetzt wird, das erste Gehäuseteil mit der Anschlussvorrichtung nicht ab- oder herausfällt. Beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose auf das Solarmodul wird durch Kraftbeaufschlagung auf das zweite Gehäuseteil in Richtung des Solarmoduls die Selbsthemmung der Verschiebeeinrichtung überwunden, um die Relativverschiebung des zweiten gegenüber dem ersten Gehäuseteil zu bewirken und mittels der Betätigungseinrichtung an dem zweiten Gehäuseteil die Kontaktklemme zu schließen. Das Schließen der Kontaktklemme erfolgt also automatisch beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose, bewirkt durch die Relativverschiebung.
Diese Maßnahmen ermöglichen eine besonders einfache und effiziente automatisierte Montage, vor allem, wenn der Montageroboter die Anschluss- und Verbindungsdose von einer Zuführeinrichtung aufgreift und beim Aufsetzen der
Anschluss- und Verbindungsdose auf das Solarmodul lediglich eine Linearbewegung senkrecht zum Solarmodul auszuführen braucht .
Das erste Gehäuseteil ist demnach als Bodenelement zur Anlage an das Solarmodul ausgebildet, dient aber gleichzeitig als Halterung für die Anschlussvorrichtung, welche mit dem Bodenelement fest verbunden ist. Hierzu weist das Bodenelement z.B. Rastelemente auf, mittels denen die Anschlussvorrichtung an dem Bodenelement verrastet ist. Das zweite Gehäuseteil ist als Deckelteil ausgebildet. Zumindest eines der beiden Gehäuseteile, vorzugsweise das Deckelteil, weist umlaufende Seitenwände auf, so dass das erste und zweite Gehäuseteil gemeinsam, abgesehen von vordefinierten Öffnungen, z.B. an der Unterseite und an den
Seitenwänden zum Einführen der Anschlusskabel eine geschlossene und spritzwasserdichte Box für die Anschlussvorrichtung definiert, wenn das Gehäuse in dem Kontaktzustand mit dem Solarmodul fest verbunden ist. Vorzugsweise ist das Deckelteil hutartig ausgebildet und weist einen umlaufenden Rand mit einer Klebstoffnut auf, um das Deckelteil im Kontaktzustand auf der Oberfläche des Solarmoduls festzukleben. In dem Kontaktzustand liegen dann sowohl das Bodenelement und das Deckelelement bündig an dem Solarmodul an. Demnach braucht das Bodenelement nicht zwangsläufig den gesamten Boden der Anschluss- und Verbindungsdose zu bedecken, es genügt vielmehr, das Bodenelement insoweit zu dimensionieren, dass es seiner Funktion zum Abstützen an dem Solarmodul und zum Befestigen der Anschlussvorrichtung Genüge leistet. Falls gewünscht, kann das Bodenelement zusätzlich zu dem Deckelelement mit dem Solarmodul verklebt sein.
Die Kontaktklemme ist vorzugsweise als eine Federkraftklemme mit einer Klemmfeder, z.B. aus Federmetall und einem Gegenklemmelement ausgebildet, wobei die Federkraftklemme im Montagezustand von sich aus geöffnet ist und durch Kraftbeaufschlagung mittels der Betätigungseinrichtung geschlossen wird. Hierzu besitzt die Klemmfeder einen Rastmechanismus der die Klemmfeder in dem geöffneten Zustand verrastet, z.B. in Form von Rastnasen, die in dem Montagezustand hinter Vorsprüngen an einem Halterahmen der Kontaktklemme überwindbar hemmend festgelegt sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kontaktklemme bei der Handhabung sicher offen gehalten wird, bis sie unter Überwindung der Offen-Verrastung aktiv mittels der Betätigungseinrichtung geschlossen wird.
Besonders bevorzugt wird eine Kontaktklemme eingesetzt, bei welcher die Klemmfeder und/oder das Gegenklemmelement
schwenkbar an dem Halterahmen der Anschlussvorrichtung gelagert ist. Die Betätigung der Kontaktklemme bewirkt dann eine Schwenkbewegung zumindest eines der Klemmfeder oder des Gegenklemmelementes zum Schließen der Kontaktklemme und damit des elektrischen Kontakt mit dem flexiblen
Flachleiterband. Die Kontaktierung des Flachleiterbandes erfolgt vorzugsweise unter einem Winkel zur Solarmodulnormalen (z.B. 45° oder 90°). Somit besitzt die Kontaktkraft der Kontaktklemme zwischen den beiden Kontaktelementen (Federklemme und Gegenklemmelement) eine Vektorkomponente senkrecht zur Oberfläche des Solarmoduls. Hierdurch kann je nach Ausgestaltung der Kontaktklemme ggf. der Betätigungsmechanismus vereinfacht werden und dennoch eine hohe und dauerhafte Kontaktsicherheit erzielt werden.
Im Folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben, nämlich eines, bei welchem beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose das flexible Flachleiterband direkt in den offenen Einfangraumbereich der geöffneten Kontaktklemme eingeführt wird und eines bei welchem beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose das flexible Flachleiterband durch die Einführöffnung zunächst in einen offenen Zwischenraumbereich in dem Gehäuse eingeführt wird und die Anschluss- und Verbindungsdose eine Umlenkeinrichtung für das flexible Flachleiterband aufweist, welche das flexible Flachleiterband von dem Zwischenraumbereich in den Einfangraumbereich der Kontaktklemme umlenkt. Vorzugsweise umfasst die Umlenkeinrichtung bei dem zweitgenannten Ausführungsbeispiel einen Umlenkhebel, welcher betätigt wird, wenn die Anschluss- und Verbindungsdose auf das Solarmodul aufgesetzt ist und das flexible Flachleiterband nach dem Einführen durch die Einführöffnung in das Gehäuse zu der Kontaktklemme hin umbiegt, so dass das flexible Flachleiterband nach dem Umbiegen in den Einfangraumbereich
der Kontaktklemme ragt und dann von dieser durch Schließen der Kontaktklemme erfasst und elektrisch kontaktiert wird.
Beiden genannten Ausführungsbeispielen ist gemein, dass anders als bei dem in der Einleitung beschriebenen Stand der Technik die Kontaktklemme nicht mittels des dünnen Flachleiterbandes aufgedrückt wird, sondern das Flachleiterband zunächst im Wesentlichen widerstandsfrei vollständig durch die Einführöffnung hindurch in einen offenen Raumbereich in dem Gehäuse der Anschluss- und Verbindungsdose eingeführt wird. Insbesondere ist die Einführöffnung erheblich größer als die Querschnittsdimensionen des Flachleiterbandes. Vorteilhafterweise kann hiermit die Gefahr einer Beschädigung des empfindlichen Flachleiterbandes vermindert werden. Ferner besitzt die Anschluss- und Verbindungsdose eine gewisse Toleranz in Bezug auf die laterale Positionierung auf dem Solarmodul.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente der beiden Ausführungsbeispiele mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der beiden Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von oben auf den Gehäusedeckel einer ersten Ausführungsform der
Anschluss- und Verbindungsdose, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von unten auf und in den Gehäusedeckel aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt quer zu dem Solarmodul durch die Anschluss- und Verbindungsdose gemäß der ersten
Ausführungsform mit der elektrischen
Anschlussvorrichtung im geöffneten Montagezustand, Fig. 4 einen Querschnitt quer zu dem Solarmodul durch die
Anschluss- und Verbindungsdose gemäß der ersten Ausführungsform mit der Anschlussvorrichtung im geschlossenen Kontaktzustand, Fig. 5 eine perspektivische Darstellung zweier
Anschlussvorrichtungen mit dem Bodenelement gemäß der ersten Ausführungsform, Fig. 6 eine perspektivische vergrößerte Darstellung einer der Anschlussvorrichtungen aus Fig. 5, Fig. 7 eine perspektivische Ansicht von oben auf den
Gehäusedeckel einer zweiten Ausführungsform der
Anschluss- und Verbindungsdose, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht von unten auf und in den Gehäusedeckel aus Fig. 7, Fig. 9 einen Querschnitt quer zu dem Solarmodul durch die
Anschluss- und Verbindungsdose gemäß der zweiten
Ausführungsform mit der elektrischen Anschlussvorrichtung im geöffneten Montagezustand,
Fig. 10 einen Querschnitt quer zu dem Solarmodul durch die
Anschluss- und Verbindungsdose aus Fig. 9 mit der
Anschlussvorrichtung im Zwischenzustand,
Fig. 11 einen Querschnitt quer zu dem Solarmodul durch die Anschluss- und Verbindungsdose aus Fig. 9 mit der
Anschlussvorrichtung im geschlossenen
Kontaktzustand und Fig. 12 eine perspektivische teilweise geschnittene
Darstellung des Bodenelements mit zwei Anschlussvorrichtungen gemäß der zweiten
Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezug nehmend auf die Fig. 1-2 weist die Anschluss- und Verbindungsdose einen Gehäusedeckel 2 aus Kunststoff auf.
Der Gehäusedeckel 2 wird gebildet von einem im Wesentlichen rechteckigen Rahmen aus vier Seitenwänden 2a bis 2d und einer die vier Seitenwände verbindenden und parallel zu dem Solarmodul verlaufenden, geschlossenen Deckelplatte 2e. Der fünfseitig geschlossene und nach unten offene Gehäusedeckel 2 ist z. B. einstückig aus Kunststoff gespritzt. In Anschlusskabeldurchführungen 4 werden jeweils separate Knickschutztüllen 6 (vgl. Fig. 3 und Fig. 4) eingesetzt.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ist der Gehäusedeckel 2 nach unten offen und weist einen nach außen vorragenden Befestigungsrahmen 8 mit einer umlaufenden Klebstoffnut 10 auf, so dass der Gehäusedeckel 2 eine hutartige Form besitzt. Mittels des in die Klebstoffnut 10 eingebrachten Klebstoffs wird die Anschluss- und Verbindungsdose letztlich auf dem Solarmodul dauerhaft festgeklebt. Die hut- oder wannenartige Form des Gehäusedeckels bildet einen inneren Hohlraum 12, in dem die in Fig. 2 nicht dargestellten Anschlussvorrichtungen im montierten Zustand im Wesentlichen wasserdicht beherbergt werden.
Von der Unterseite der Deckelplatte 2e ragen Führungsstifte
14 in den Hohlraum 12. Auf der Innenseite der
Anschlusskabeldurchführungen 4 ist zwischen zwei Führungsstiften 14 ein Klemmsteg 17 für das nicht dargestellte Anschlusskabel vorgesehen. Ferner weist die
Unterseite der Deckelplatte 2e zwei
Betätigungseinrichtungen 18 auf. Die
Betätigungseinrichtungen 18, deren Funktion nachstehend noch genauer erläutert wird, sind in diesem
Ausführungsbeispiel in Form von quer verlaufenden
Betätigungsstegen ausgebildet, die einstückig mit dem
Gehäusedeckel 2 ausgebildet sind.
Bezug nehmend auf Fig. 3 sind in dem von Gehäusedeckel 2 und Bodenelement 50 gebildeten Gehäuse 3 der Anschluss- und Verbindungsdose 1 zwei identische Anschlussvorrichtungen 20 angeordnet. Da die beiden Anschlussvorrichtungen 20 identisch ausgebildet sind, wird im Folgenden lediglich auf eine der beiden Anschlussvorrichtungen 20 Bezug genommen.
Fig. 3 zeigt die Anschluss- und Verbindungsdose in dem Montagezustand, in dem die Kontaktklemme 22 geöffnet ist. Das Bodenelement 50 an welchem die Anschlussvorrichtung 20 befestigt ist, weist Führungshülsen 15 auf, in die die Führungsstifte 14 eingesetzt sind. Die Führungsstifte 14 klemmen in den zugehörigen Führungshülsen 15, derart, dass beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose 1 auf das Solarmodul 24 das Bodenelement 50 klemmend an dem
Gehäusedeckel 2 festgehalten wird, so dass das Gehäuse 3 an dem Gehäusedeckel 2 von einem Roboter gefasst und automatisiert aufgesetzt werden kann, ohne dass das Bodenelement 50 und die Anschlussvorrichtung 20 herausfallen. Andererseits ist die Klemmung zwischen den Führungsstiften 14 und den Führungshülsen 15 durch Kraftbeaufschlagung überwindlich, um eine Relativverschiebung zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Bodenelement 50 mit der Anschlussvorrichtung 20 zu ermöglichen, nämlich wenn eine Mindestkraft überschritten wird. Die Führungshülse 15 ist in diesem Beispiel geschlitzt, um die überwindlich klemmende Zusammenwirkung mit dem Führungsstift 14 zu verbessern.
In dem geöffneten Montagezustand ist die
Anschlussvorrichtung 20 noch nicht vollständig in den Gehäusedeckel 2 eingeschoben und das Bodenelement 50 ragt noch ein Stück weit (einige Millimeter) aus dem Gehäusedeckel 2 nach unten, d.h. an der dem Solarmodul zugewandten Seite, heraus. Es besteht in dem Montagezustand
also ein Versatz zwischen der Unterseite 50a des Bodenelements 50 und dem Befestigungsrahmen 8 des Gehäusedeckels 2, so dass beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose 1 zunächst das Bodenelement 50 mit dem Solarmodul 24 in Anlage kommt und in diesem in Fig. 3 gezeigten Zustand der Befestigungsrahmen 8 noch von der Oberfläche 24a des Solarmoduls 24 beabstandet ist.
Das Bodenelement 50 weist eine relativ große Öffnung 26 an ihrer dem Solarmodul 24 zugewandten Unterseite 50a auf. Dies sorgt dafür, dass das empfindliche, flexible Flachleiterband 28, das sogenannte "Ribbon", in dem geöffneten Montagezustand hindernis- und widerstandsfrei von unten durch die Einführöffnung 26 in das Gehäuse 3 und die Anschlussvorrichtung 20 eingeführt werden kann. Hierdurch ist die Gefahr einer Beschädigung des Flachleiterbandes 28 reduziert. Die Kontaktklemme 22 definiert in diesem Zustand einen offenen Einfangraumbereich 31, in den das Flachleiterband 28 beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose von unten her widerstandsfrei eintaucht. Vorzugsweise findet in diesem Zustand noch keine Berührung zwischen der Kontaktklemme 22 und dem Flachleiterband 28 statt, so dass das Einführen und Kontaktieren des Flachleiterbandes 28 in zwei nacheinander folgenden Schritten stattfindet.
Zum Schließen der Kontaktklemme wird nun der Gehäusedeckel 2 gegen das Solarmodul 24 kraftbeaufschlagt, wobei sich das Bodenelement 50 an dem Solarmodul 24 abstützt. Hierdurch kommt es zu einer linearen Relativverschiebung zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Bodenelement 50 mit der Anschlussvorrichtung 20 dahingehend, dass der Gehäusedeckel 2 über das Bodenelement 50 und die Anschlussvorrichtung 20 geschoben wird, bis der Befestigungsrahmen 8 mit der Klebstoffnut 10 an der Oberfläche 24a des Solarmoduls 24
zur Anlage kommt und die Unterseite des Bodenelements 50 und des Gehäusedeckels 2 bündig an dem Solarmodul 24 anliegen. Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt.
Bezug nehmend auf Fig. 4 wird der Gehäusedeckel 2 mittels des in der Klebstoffnut 10 befindlichen Klebstoffs auf dem Solarmodul festgeklebt. Das Bodenelement 50 kann, muss aber nicht an dem Solarmodul 24 festgeklebt werden. Bei der Relativverschiebung des Gehäusedeckels 2 gegen das Bodenelement 50 und die Anschlussvorrichtung 20 wechselwirken ferner das Betätigungselement 18, in diesem Beispiel ein Betätigungssteg, mit der Klemmfeder 32. Durch diese Betätigung wird die Kontaktklemme 22 mittels einer Schwenkbewegung der Klemmfeder 32 geschlossen. Dabei überstreicht der Klemmabschnitt 34 der Klemmfeder 32 den Einfangraumbereich 31 und fängt das obere Ende des Flachleiterbandes 28 ein, um dieses zwischen dem Klemmabschnitt 34 der Klemmfeder 32 und dem Gegenklemmelement 36 elektrisch kontaktierend zu klemmen. Hierbei wird das Flachleiterband 28 abgewinkelt, da das
Gegenklemmelement 36 in diesem Beispiel etwa unter 45° zur Solarmodulnormalen geneigt ist.
Die Klemmfeder 32 weist einen Betätigungsabschnitt 38 auf, der sich in einen gekrümmten Abschnitt 40 und einen im Wesentlichen geraden Abschnitt 42 unterteilt. Beim Schließen wirkt das Betätigungselement 18 zunächst auf den gekrümmten Abschnitt 40 (vgl. Fig. 3) und spannt in dem in Fig. 4 dargestellten, geschlossenen Kontaktzustand der Anschluss- und Verbindungsdose 1 gegen den geraden
Abschnitt 42. D.h. das Betätigungselement 18 überstreicht beim Schließen den Betätigungsabschnitt 38 der Klemmfeder 32.
Die Anschlussvorrichtung 20 weist ferner eine Kabelanschlussklemme 46 für das nicht dargestellte elektrische Anschlusskabel auf.
In diesem Beispiel ist die Kabelanschlussklemme 46 ebenfalls mit einer Klemmfeder 48 versehen, hier können jedoch auch andere Anschlussvarianten, wie z. B. Schraubklemmen, zum Einsatz kommen.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Anschluss- und Verbindungsdose 1 zwei identisch ausgebildetet Anschlussvorrichtungen 20 zum gleichzeitigen Kontaktieren von zwei Flachleiterbändern 28. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist und die Anschluss- und Verbindungsdose 1 auch nur eine oder mehr als zwei Anschlussvorrichtungen 20 umfassen kann.
Bezug nehmend auf Fig. 5 ist die Anschlussvorrichtung 20 an dem Bodenelement 50 befestigt, welches in diesem Beispiel in Form eines dielektrischen, vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Trägers ausgebildet ist. Die Unterseite 50a des Bodenelements 50 definiert die primäre Anlagefläche zu dem Solarmodul 24 und die Einführöffnung 26. Die Anschlussvorrichtung 20 besitzt ferner einen im Wesentlichen U-förmigen, metallischen Halterahmen 51, vorzugsweise aus Kupfer, der mit Rasthaken 52 an dem Bodenelement 50 verrastet ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die Kontaktklemme 22 in dem geschlossenen Kontaktzustand, in dem die Kontaktklemme 22 verrastet ist. Hierzu besitzt die Klemmfeder 32 zwei Rastzapfen 54, welche hinter korrespondierenden Vorsprüngen 55 in dem metallischen Halterahmen 51 eingerastet sind. In dem verrasteten Zustand ist die Kontaktfeder 32 gegen die Gegenklemme 36 vorgespannt. Dies sorgt für einen
dauerhaften und sicheren elektrischen Kontakt. Das Flachleiterband 28 ist in den Fig. 5 und 6 nicht dargestellt.
Ferner ist die Klemmfeder 32 mittels Lagerzapfen 56 in geschlitzten Lageröffnungen 58 aufgehängt. Somit kann die Klemmfeder 32 bei der Herstellung der Anschluss- und Verbindungsdose leicht eingesetzt werden und ist aufgrund der im Montagezustand und Kontaktzustand relativ zu dem Schlitz 60 gedrehten Position des flachen Lagerzapfens 56 gesichert. Die Klemmfeder 32 ist aus Stahlblech gestanzt und im wesentlichen U-förmig gebogen.
Der metallische Halterahmen 51 weist ferner ein mittels einem Sockel 62 an dem Bodenelement 50 abgestütztes elektrisches Anschlusselement 64 für die Bypass-Diode auf.
Aufgrund der Form der beiden Abschnitte 40, 42 des Betätigungsabschnitts 38 der Klemmfeder 32 wird in dem geöffneten Montagezustand die Klemmfeder 32 so fixiert, dass der Einfangraumbereich 31 im Montagezustand offen gehalten wird. Durch das Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose 1 auf das Solarmodul gelangt bei dem in Fig. 1-6 dargestellten Ausführungsbeispiel das aus dem Solarmodul herausstehende Leiterband 28 von unten her unmittelbar in diesen Einfangraumbereich 31.
Durch das Zusammenwirken zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Bodenelement 50 mit der Anschlussvorrichtung 20 vermittels des Betätigungselements 18 wird die Klemmfeder
32 gezwungen, die geöffnete Stellung zu verlassen, und wird in eine Schwenkbewegung versetzt.
Das Flachleiterband 28, welches sich in dem Einfangraumbereich 31 befindet, wird von dem Klemmabschnitt
34 erfasst und durch die fortdauernde Schwenkbewegung in einem Winkel von, in diesem Beispiel 45°, gegen das Gegenklemmelement 36 gedrückt. Zum Ende der Schwenkbewegung rastet die Klemmfeder mit ihren Rastnasen 54 in dem Kontakt- oder Betriebszustand (Fig. 4) in dem metallischen Halterahmen 51 ein. Durch die Vorspannung der Klemmfeder 32 wird eine dauerhafte und vordefinierte Andruckkraft zwischen dem Flachleiterband 28 und dem leitenden Gegenklemmelement 36 hergestellt.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 2 sind bei diesem Beispiel vier Führungsstifte 14 vorgesehen, um die
Anschlussvorrichtung 20 mit dem Bodenelement 50 an lateral unterschiedlichen Postionen in dem Gehäusedeckel 2 anordnen zu können.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Anschluss- und Verbindungsdose 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der der Gehäusedeckel 2 eher quadratisch ausgebildet, um zwei Anschlussvorrichtungen 20 nebeneinander statt hintereinander wie bei der ersten Ausführungsform (Fig. 1-6) anzuordnen. Da die Kontaktklemme 22 und die Verschiebeeinrichtung 14, 15 bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel weitestgehend gleich ausgebildet sind, wird auf die vorstehende Beschreibung zum ersten
Ausführungsbeispiel verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden .
Die Unterseite der Deckelplatte 2e weist eine erste Betätigungseinrichtung 16 in Form einer seitlichen Nocke zur Betätigung des Umlenkhebels auf (in Fig. 8 nicht dargestellt, vgl. hierzu Fig. 9-11). Ferner ragen Betätigungsstifte 18 zur Betätigung der Kontaktklemmen von der Deckelplatte 2e in den Innenraum 12 des Gehäusedeckels 2. Die Nocke 16 und die Betätigungseinrichtung 18 sind in
diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Gehäusedeckel 2 ausgebildet.
Bezug nehmend auf die Fig. 9-11 ist in dem Gehäuse 3 der Anschluss- und Verbindungsdose 1 die Anschlussvorrichtung 20 angeordnet. Bezug nehmend auf Fig. 12 besitzt diese Anschluss- und Verbindungsdose ebenfalls zwei identische Anschlussvorrichtungen 20, wobei im Folgenden lediglich auf eine der beiden Bezug genommen wird.
Fig. 9 zeigt die Anschluss- und Verbindungsdose nachdem diese über das Flachleiterband 28 gestülpt wurde. Die Anschluss- und Verbindungsdose befindet sich beim Überstülpen in einem ersten Zustand, dem Montagezustand, in dem sich der Umlenkhebel 21 in einer ersten Stellung befindet. In dem Montagezustand, in dem die Anschluss- und Verbindungsdose vorzugsweise ausgeliefert wird, ist der Zwischenraumbereich 30 über der Einführöffnung 26 freigehalten und die Kontaktklemme 22 geöffnet.
Die Anschluss- und Verbindungsdose 1 weist eine relativ große Einführöffnung 26 an ihrer dem Solarmodul 24 zugewandten Unterseite auf. Dies sorgt dafür, dass das empfindliche, flexible Flachleiterband 28, das sogenannte "Ribbon", in dem Montagezustand hindernis- und widerstandsfrei von unten in die Anschluss- und Verbindungsdose 1 eingeführt wird. Hierdurch ist die Gefahr einer Beschädigung des Flachleiterbandes 28 reduziert. Die Anschluss- und Verbindungsdose 1 definiert in diesem Zustand einen zwischen der Kontaktklemme 22 und dem Umlenkhebel 21 befindlichen offenen Zwischen- oder Einführraumbereich 30, in den das Flachleiterband 28 beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose von unten her widerstandsfrei eintaucht. Vorzugsweise findet in diesem
Zustand noch keine Berührung zwischen der Kontaktklemme 22 oder dem Umlenkhebel 21 und dem Flachleiterband 28 statt.
Zum Kontaktieren des Flachleiterbandes 28 wird nun der Gehäusedeckel 2 gegen das Solarmodul 24 kraftbeaufschlagt, wobei die Anschlussvorrichtung 20 sich an dem Solarmodul 24 abstützt. Hierdurch kommt es zu einer linearen Relativverschiebung zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Bodenelement 50 mit der Anschlussvorrichtung 20 dahingehend, dass der Gehäusedeckel 2 über die Anschlussvorrichtung 20 geschoben wird, bis der Befestigungsrahmen 8 mit dem in der Klebstoffnut 10 befindlichen Klebstoff (nicht dargestellt) an der Oberfläche des Solarmoduls 24 zur Anlage kommt und die Unterseite 50a des Bodenelements 50 und des Gehäusedeckels 2 bündig an dem Solarmodul 24 anliegen. Dieser geschlossene Kontaktzustand stellt den End- oder Betriebszustand dar und ist in Fig. 11 dargestellt. In dem Betriebszustand ist das Gehäuse 3 mittels des in der Klebstoffnut 10 befindlichen Klebstoffs auf dem Solarmodul 24 festgeklebt.
Bevor die Anschluss- und Verbindungsdose 1 jedoch in den Endzustand gelangt, durchläuft sie noch den in Fig. 10 dargestellten Zwischenzustand, in welchem das Flachleiterband 28 bereits umgebogen ist und die
Kontaktklemme 22 noch geöffnet ist. Es wird also beim Aufsetzen der Anschluss- und Verbindungsdose 1 zunächst das Flachleiterband 28 in den Einführraumbereich 30 eingeführt, nachfolgend wird, nachdem die Unterseite 50a des Bodenelements 50 auf dem Solarmodul 24 zur Anlage gekommen ist, das Flachleiterband 28 mittels des Umlenkhebels 21 in den Einfangraumbereich 31 der Kontaktklemme 22 umgebogen. Weiter nachfolgend wird die Kontaktklemme 22 aktiv mittels des zweiten Betätigungselements 18 geschlossen. Somit definiert die Anschluss- und Verbindungsdose 1 drei
vordefinierte Zustände, nämlich den Montagezustand (Fig. 9), in dem sich der Umlenkhebel 21 in einer ersten Position befindet, so dass der Einführraumbereich 30 frei ist und die Kontaktklemme 22 geöffnet ist; den Zwischenzustand (Fig. 10), in dem das Flachleiterband 28 von dem Umlenkhebel 21 in den Einfangraumbereich 31 der noch immer geöffneten Kontaktaktklemme 22 umgebogen ist; und den End- oder Betriebszustand (Fig. 11), in dem die Kontaktklemme 22 geschlossen ist, und den elektrischen Kontakt mit dem Flachleiterband 28 mittels
Klemmkontaktierung herstellt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung des Flachleiterbandes 28 parallel zur Oberfläche des Solarmoduls 24.
Bei der Relativverschiebung des Gehäusedeckels 2 gegen das Bodenelement 50 und die Anschlussvorrichtung 20 wechselwirken demnach zunächst das erste Betätigungselement 16, in diesem Beispiel eine Betätigungsnocke, mit dem Umlenkhebel 21 und nachfolgend das zweite Betätigungselement 18, in diesem Beispiel ein
Betätigungsstift, mit der Klemmfeder 32. Durch diese sukzessive Betätigung wird zunächst der Biegeabschnitt 21a des Umlenkhebels 21 in Ansprechen auf eine Betätigung mittels der Nocke 16 ausgelenkt und nachfolgend die Kontaktklemme 22 mittels einer Schwenkbewegung der
Klemmfeder 32 geschlossen. Die Nocke 16 ist in diesem Beispiel als Vorsprung der Seitenwand des Gehäusedeckels 2 einstückig mit diesem ausgebildet. Nachfolgend überstreicht der Klemmabschnitt 34 der Klemmfeder 32 den Einfangraumbereich 31 der Kontaktklemme und klemmt und kontaktiert freie Ende des Flachleiterbandes 28 zwischen dem Klemmabschnitt 34 der Klemmfeder 32 und dem Gegenklemmelement 36. Der Biegeabschnitt 21a des Umlenkhebels 21 ist einstückig mittels einem Falzscharnier 21b mit einem Halteabschnitt 21c verbunden. Der
Halteabschnitt 21c ist an dem Bodenelement 50 befestigt, genauer einstückig mit diesem ausgebildet.
Bezug nehmend auf Fig. 12 umfasst die Anschluss- und Verbindungsdose 1 in diesem Beispiel zwei
Anschlussvorrichtungen 20. Die Anschlussvorrichtungen 20 sind oberseitig an dem dielektrischen Bodenelement 50 befestigt. Fig. 12 zeigt die Kontaktklemme 22 in dem geöffneten Montagezustand. Die Klemmfeder 32 weist zwei Rastzapfen 54 auf, welche in dem geöffneten Montagezustand jeweils in Vertiefungen 53 in dem metallischen Halterahmen 51 überwindbar festgeklemmt sind.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 9-11 werden durch das Zusammenwirken zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Kunststoff-Bodenelement 50 mit der daran befestigten Anschlussvorrichtung 20 vermittels der Betätigungselemente 16 und 18 nacheinander der Biegeabschnitt 21a des Umlenkhebels 21 und die Klemmfeder 32 in eine Schwenkbewegung versetzt. Zum Ende der Schwenkbewegung rastet die Klemmfeder mit ihren Rastnasen 54 in dem Kontaktzustand (Fig. 11) hinter Vorsprüngen 55 in dem metallischen Halterahmen 51 ein. Durch die Vorspannung der Klemmfeder 32 wird eine dauerhafte und vordefinierte Andruckkraft zwischen dem Flachleiterband 28 und dem leitenden Gegenklemmelement 36 hergestellt.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Anschluss- und Verbindungsdose eine oder eine Mehrzahl von Kontaktklemmen aufweisen, um eine oder eine Mehrzahl von Flachleiterbändern in der Anschluss- und Verbindungsdose zu
kontaktieren. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.