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Die
vorliegende Erfindung betrifft Steckverbindersystem für
eine Außenanwendung, insbesondere zum Anschluss elektrischer
Komponenten von Fotovoltaikanlagen. Diese Komponenten sind bspw. Solarpanele,
Elektronik in Verbindungsgehäusen (sog. Junction Boxes)
oder Wechselrichter. Das Steckverbindersystem weist einen Steckerteil
und einen Buchsenteil auf. Der Steckerteil umfasst einen Steckerkontakt
sowie ein diesen umgebendes im wesentlichen hohlzylinderförmiges
isolierendes Steckergehäuse. Der Buchsenteil umfasst einen
Buchsenkontakt sowie ein diesen umgebendes im wesentlichen hohlzylinderförmiges
isolierendes Buchsengehäuse. In einem zusammengesteckten
Zustand von Steckerteil und Buchsenteil steht der Steckerkontakt
mit dem Buchsenkontakt elektrisch leitend in Verbindung und das
Buchsengehäuse und das Steckergehäuse greifen
rastend ineinander. Eines der beiden Gehäuse weist ein
manuell betätigbares Rastelement auf, das mit einem am
anderen Gehäuse ausgebildeten Rastmittel zur lösbaren
Ausbildung einer Rastverbindung zwischen den beiden Gehäusen
zusammenwirkt. Eines der beiden Gehäuse weist Mittel zur
Zugentlastung eines in das Gehäuse eingeführten
Kabels auf.
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Ein
derartiges Steckverbindersystem mit einem Steckerteil und einem
Buchsenteil der eingangs genannten Art ist bspw. aus der
DE 20 2008 005 493 U1 bekannt.
Mit dem bekannten Steckverbindersystem können Solarpanele
elektrisch angeschlossen werden. Solarpanele werden in zunehmendem
Masse zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt und an geeigneten
Orten beispielsweise auf Gebäudedächern oder in
Gewerbeparks im Freien installiert. Die einzelnen Solarpanele, also
die üblicherweise plattenförmigen Solarmodule,
bei denen eine Vielzahl von einzelnen Solarzellen zu einem Modul
miteinander verschaltet sind, werden an ein elektrisches Netz angeschlossen,
um den erzeugten elektrischen Strom abführen, verteilen
und nutzen zu können.
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Für
den elektrischen Anschluss derartiger Solarpanele werden üblicherweise
Steckverbindungen herangezogen, die eine einfache, schnelle und damit
kostengünstige und zugleich aber auch sichere Montage ermöglichen.
Aufgrund der sehr hohen Ströme und Spannungen, die bei
der Zusammenschaltung von Solarpanelen auftreten können,
sowie aufgrund der Außenanwendung und der damit einher gehenden
Belastung durch unterschiedlichste Witterungseinflüsse
(Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, UV-Strahlung, etc.) müssen
derartige Steckverbinder neben einer einfachen Montage auch eine dauerhaft
hohe Betriebssicherheit gewährleisten.
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Die
elektrischen Leitungen von mehreren Solarpanelen werden üblicherweise
in einem in der Nähe der Solarpanele angeordneten Verbindungsgehäuse
(sog. Junction Box) zusammengeführt. Von jedem Verbindungsgehäuse
geht dann ein Kabel zu einem in einem separaten Gehäuse
angeordneten Wechselrichter, der den von den Solarpanelen erzeugte
Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, um ihn an das elektrische
Netz weiterleiten zu können.
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Zum
Anschluss der Kabel an die Elektrik in dem Verbindungsgehäuse,
die Elektrik des Wechselrichters oder die Elektrik der Solarpanele
können die beschriebenen Steckverbindersysteme eingesetzt werden.
Dabei ist ein Teil (Steckerteil oder Buchsenteil) des Steckverbindersystems
an dem Gehäuse bzw. Solarpanel angeordnet und der Kontakt
des Teils an die Elektrik angeschlossen. Alternativ ist es auch
denkbar, dass eine elektrische Leitung abgedichtet aus dem Gehäuse
bzw. dem Solarpanel herausgeführt wird, an der das eine
Teil des Steckverbindersystems angeschlossen ist. Das andere Teil (Buchsenteil
bzw. Steckerteil) steht mit einem Kabel in Kontakt. Zumindest der
mit dem Kabel in Kontakt stehende Teil des Steckverbindersystems
weist Mittel zur Zugentlastung auf, damit das an den Stecker- oder
Buchsenkontakt angeschlossene Kabel zugentlastet wird und das Eindringen
von Feuchtigkeit und Schmutz in das Teil verhindert wird. Durch
Zusammenstecken der beiden Teile des Steckverbindersystems wird
das Kabel mechanisch an dem Gehäuse bzw. dem Solarpanel
befestigt und mit der darin befindlichen Elektrik kontaktiert.
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In
der Vergangenheit ist ein Trend zu hochintegrierten Fotovoltaikanlagen
zu beobachten. Das bedeutet, dass versucht wird, den Wechselrichter
in andere Komponenten der Anlage, bspw. in die Junction Box oder
sogar in die Solarpanale selbst, zu integrieren. Der Wechselrichter
umfasst jedoch Leistungsbauteile, welche während des Betriebs
Wärme erzeugen, die zu Kondensation (Bildung von Wasserdampf)
in den Gehäusen der Anlagenteile (Junction Box oder Solarpanale)
führen kann. Dieser Wasserdampf muss auf einfache Weise,
sicher und zuverlässig aus dem Gehäuse abgeführt
werden können, um eine Beschädigung der darin
enthaltenen Elektrik durch Korrosion oder Kurzschlüsse
zu vermeiden.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Steckverbindersystem
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass mindestens eines der
Gehäuse ein Druckausgleichselement aufweist, das eine gasdurchlässige
Membran umfasst, die eine in dem Gehäuse ausgebildete Öffnung
vollständig bedeckt, wobei das Druckausgleichselement in
dem Gehäuse ohne Mittel zur Zugentlastung ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist also der eine Teil des Steckverbindersystems
mit den Mitteln zur Zugentlastung eines eingeführten Kabels
versehen, und der andere Teil des Steckverbindersystems ist mit
dem Druckausgleichselement ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass
die Mittel zur Zugentlastung und das Druckausgleichselement nicht
an demselben Teil des Steckverbindersystems ausgebildet sein müssen.
Die Teile des Steckverbindersystems können einfacher und damit
auch kostengünstiger ausgebildet werden, da in das Teil
mit den Mitteln zur Zugentlastung nicht auch noch das Druckausgleichselement
integriert werden muss.
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Dennoch
ist es mit dem erfindungsgemäßen Steckverbindersystem
möglich, den Innenraum eines Gehäuses einer elektrischen
Anlage oder eines Teils davon sicher und zuverlässig zu
entlüften, ohne dass Feuchtigkeit und/oder Schmutz und
Staub in das Gehäuse eindringen können. Dazu ist
bspw. in einer Wandung des Anlagengehäuses eine Öffnung
ausgebildet, in der das eine Teil des Steckverbindersystems mit
dem Druckausgleichselement zur Gehäusewandung hin abgedichtet
angeordnet und befestigt ist. Die in dem Anlagengehäuse
befindliche Elektrik ist am Kontaktelement des am Anlagengehäuse
befestigten Teils des Steckverbindersystems kontaktiert. Der Innenraum
des Anlagengehäuses mündet in das Innere des am
Gehäuse befestigten Teils des Steckverbindersystems. Der
andere Teil des Steckverbindersystems ist in den ersten Teil eingesteckt. Dabei
stehen die Gehäuse der beiden Teile des Steckverbindersystems
mittels Rastverbindung lösbar miteinander in Verbindung.
In den anderen Teil des Steckverbindersystems ist über
die Mittel zur Zugentlastung ein Kabel eingeführt und an
dem Kontaktelement kontaktiert. Durch die Mittel zur Zugentlastung
wird der Bereich zwischen dem anderen Teil des Steckverbindersystems
und dem in das Innere des anderen Teils eingeführten Kabels
abgedichtet. Dadurch ist das Innere des anderen Teils des Steckverbindersystems
nach außen hin abgedichtet. Die Gehäuse der beiden
ineinander gesteckten Teile des Steckverbindersystems sind relativ
zueinander abgedichtet. Dadurch steht also der Innenraum des Anlagengehäuses
mit dem Inneren des Gehäuses des ersten Teils des Steckverbindersystems
und weiter mit dem Inneren des Gehäuses des anderen Teils des
Steckverbindersystems in Verbindung. Über das an dem ersten
Teil des Steckverbindersystems ausgebildete Druckausgleichselement
kann ein Druckausgleich erfolgen und kann Wasserdampf aus dem Innenraum
des Anlagengehäuses abgeführt werden. Über
die an dem anderen Teil des Steckverbindersystems ausgebildeten
Mittel zur Zugentlastung ist der Innenraum des Anlagengehäuses
nach außen hin abgedichtet.
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Schnelle
Temperaturwechsel bewirken einen Druckunterschied, der den Eintritt
von Luft/Wasserdampf in das Gehäuse ermöglicht.
Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit befinden sich in einem dauernden
Wechsel und wirken auf das Gehäuse des Steckerteils bzw.
Buchsenteils ein. In jedem noch so gut abgedichteten Gehäuse
entstehen so unterschiedliche Druckverhältnisse zwischen
Gehäuseinnenraum und Umwelt, die zum Transport von Luft führen,
die im Gehäuse kondensiert. Dies wird durch den Einsatz
des Druckausgleichselements auf einfache Weise verhindert.
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Der
Einsatz eines Druckausgleichselements mit gasdurchlässiger
Membran hat insbesondere beim Einsatz in Steckerteilen bzw. Buchsenteilen
eines Steckverbindersystems für Fotovoltaikanlagen erhebliche
Vorteile. Dort kann es nämlich aufgrund der starken Temperaturschwankungen
(Außentemperatur etwa –30°C bis +40°C;
Betriebstemperatur kann im Winter zwischen –20°C
nachts und +30°C tagsüber bei voller Bestrahlung
schwanken), denen die Fotovoltaikanlage ausgesetzt ist, zum Eindringen von
Feuchtigkeit in das Verbindungsgehäuse (die sog. Junction
Box) bzw. das Gehäuse des Wechselrichters oder in die Solarpanele
kommen. Auch die Wärme erzeugende Leistungselektronik des
Wechselrichters führt zu relativ hohen Temperaturen im
Inneren des Wechselrichtergehäuses, wodurch sich die Luft
ausdehnt. Durch ein Abkühlen der Elektronik des Wechselrichters,
bspw. nachts, zieht sich die Luft in dem Wechselrichtergehäuse
wieder zusammen und saugt Luft aus der Umwelt an. Diese kann Feuchtigkeit
enthalten, die ohne Druckausgleichselement in das Gehäuseinnere
gelangt, dort kondensiert und zu Korrosion und einer Beschädigung
der Elektronik führen kann. Das wird durch die vorgeschlagene
Erfindung auf einfache Weise verhindert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist auf einer Außenseite
des Gehäuses eine Aussparung ausgebildet, in welche die
im Gehäuse ausgebildete Öffnung mündet
und in der die Membran angeordnet ist. Die Aussparung hat vorteilhafterweise
einen kreisförmigen Querschnitt und insgesamt eine Zylinderform.
Vorteilhafterweise ist die Membran entlang ihres radial äußeren
Rands in der Aussparung befestigt. Die Befestigung kann lösbar
oder unlösbar sein. Vorzugsweise ist am Boden der Aussparung
ein O-Ring und darauf in der Aussparung ein Klemmelement angeordnet,
wobei die Membran zwischen dem O-Ring und dem Klemmelement verklemmt
ist. Das Klemmelement kann mittels Reibschluss oder Formschluss,
durch Kleben oder Schweißen in der Aussparung befestigt
sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
das Druckausgleichselement in dem Buchsengehäuse ausgebildet ist
und die Mittel zur Zugentlastung in dem Steckergehäuse
ausgebildet sind. Gemäß dieser Weiterbildung ist
also der Buchsenteil in der Gehäusewandung der elektrischen
Anlage oder eines Teils davon angeordnet und befestigt. Der Steckerteil
steht mit einem Kabel in Verbindung, das mit der Elektrik in dem Anlagengehäuse
kontaktiert werden soll. Die Kontaktierung erfolgt durch Einführen
des Steckerteils in das Buchsenteil. Der Innenraum des Anlagengehäuses ist über
die Mittel zur Zugentlastung nach außen hin abgedichtet.
Die Entlüftung des Innenraums erfolgt über das
in dem Buchsenteil angeordnete Druckausgleichselement.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der
Buchsenteil in einer Öffnung angeordnet ist, die in einer
Wandung eines Gehäuses einer elektrischen Anlage der Außenanwendung
ausgebildet ist, und am Anlagengehäuse befestigt ist.
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Vorteilhafterweise
weist das Buchsengehäuse ein Außengewinde auf,
das von außerhalb des Anlagengehäuses in die Öffnung
der Gehäusewandung eingeführt und auf das zur
Sicherung des Buchsenteils an dem Anlagengehäuse vom Innenraum
des Anlagengehäuses aus eine Mutter aufgeschraubt werden
kann.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Membran des Druckausgleichselements
als eine eine mikroporöse, flüssigkeitsdichte
und atmungsaktive Membran, bspw. aus PTFE (Polytetrafluorethylen)
oder ePTFE (expanded Polytetrafluorethylen) ausgebildet ist. Eine
solche Membran ist trotz Wasserundurchlässigkeit (Wassertropfen,
Schmutz und Staub können durch die Membran nicht durchtreten)
in der Lage, Luft (und damit auch Wasserdampf) durchzulassen und
somit einen Druckunterschied zwischen Gehäuseinnenraum
und der Umwelt zu vermeiden. Feuchtigkeitsansammlungen als Ursache
für Kondensation und Korrosion im Inneren des Anlagengehäuses
werden somit verhindert.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Mittel zur Zugentlastung ein an dem Gehäuse ausgebildetes
Außengewinde, mehrere an dem Gehäuse ausgebildete
Lamellen und ein Druckelement umfassen, das durch Aufschrauben auf
das Außengewinde die Lamellen radial nach innen drückt.
Vorteilhafterweise ist das Außengewinde zumindest teilweise
auf einer Außenseite der Lamellen ausgebildet.
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Gemäß dieser
Ausführungsform sind also die Lamellen körperlich
und funktional in das Außengewinde der Zugentlastungsmittel
integriert. Die sich in axialer Richtung erstreckenden Lamellen
sind in radialer Richtung elastisch bewegbar. Durch Aufschrauben
des Druckelements, das bspw. als eine Überwurfmutter ausgebildet
sein kann, auf das Außengewinde werden die Lamellen in
an sich bekannter Weise radial nach innen gedrückt bis
sie auf einer Isolation oder Ummantelung der in das Gehäuse
des entsprechenden Teils des Steckverbindersystems eingeführten
elektrischen Leitung aufliegen. Dadurch wird ein durch den Steckerteil
bzw. Buchsenteil hindurchgeführtes Kabel sicher gehalten.
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An
der Innenseite der Lamellen kann ein ringförmiges oder
hohlzylinderförmiges elastisches Dichtelement angeordnet
sein, welches durch die sich radial nach innen bewegenden Lamellen
mit großer Kraft auf die Isolation bzw. die Ummantelung
der Leitung gedrückt wird und den Innenraum des Anlagengehäuses
bzw. das Innere des Stecker- und/oder Buchsenteils zur Umwelt hin
abdichtet.
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Durch
die Integration der Lamellen in das Außengewinde der Zugentlastungsmittel
kann die Länge der Lamellen in axialer Richtung vergrößert
werden, ohne dass dies zwangsläufig zu einer Verlängerung
des Steckverbindersystems führt. Aufgrund der größeren
Länge der Lamellen können die freien bewegbaren
Enden der Lamellen einen größeren Weg in radialer
Richtung zurücklegen, so dass die Zugentlastungsmittel
einen größeren Klemmbereich aufweist. Dadurch,
dass die Lamellen in das Außengewinde integriert sind,
können die Zugentlastungsmittel trotz relativ langer Lamellen
besonders kurz ausgebildet werden. Dies ergibt sich dadurch, dass
das Außengewinde und die Lamellen nicht zwei separate in
axialer Richtung hintereinander angeordnete Bereiche des Steckerteil-
bzw. Buchsenteilgehäuses sind, sondern die beiden Bereiche
zumindest teilweise überlappend sind.
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Vorteilhafterweise
sind mehrere Gewindegänge des Außengewindes auf
der Außenseite der Lamellen ausgebildet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Außengewinde lediglich über
einen Teil der Außenseite der Lamellen.
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Damit
das Steckerteil oder Buchsenteil die hindurchgeführte Leitung
besonders sicher und zuverlässig halten kann, wird gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Lamellen
an ihren vom Außengewinde abgewandten Enden radial nach
innen gerichtete Klemmbacken aufweisen. Wenn die Lamellen radial
nach innen gedrückt werden, kommen als erstes die Klemmbacken auf
der Isolation bzw. Ummantelung der hindurchgeführten Leitung
zur Auflage. Die Klemmbacken haben eine relativ kleine Auflagefläche
und drücken sich deshalb in die Isolation bzw. Ummantelung.
Zudem erstrecken sie sich in radialer Richtung, wodurch in radialer
Richtung größere Kräfte pro Fläche
auf die Isolation bzw. Ummantelung übertragen werden können
als dies bei sich in axialer Richtung erstreckenden Lamellen, die
mit einem Teil ihrer radial nach innen gerichteten Seitenflächen
großflächig zur Auflage auf der Isolation bzw.
der Ummantelung der Leitung kommen, möglich wäre.
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Schließlich
bestehen die Klemmbacken vorzugsweise aus dem gleichen, möglicherweise
sogar aus demselben, Material wie die Lamellen, das heißt aus
einem Material, das härter und starrer ist als das Material
eines an der Innenseite der Lamellen angeordneten elastischen Dichtungselements.
Durch den Einsatz der Klemmbacken können also besonders große
Kräfte auf die Isolation bzw. die Ummantelung der in das
Steckerteil- bzw. Buchsenteilgehäuses eingeführten
Leitung aufgebracht werden, so dass die freien Enden der Klemmbacken
zu einer hohen Zugentlastung führen, indem sie sich in
die Isolation bzw. Ummantelung eingraben. Die in das Steckerteil bzw.
das Buchsenteil hineingeführte Leitung wird also nicht
nur reibschlüssig, sondern zumindest ansatzweise auch mittels
Formschluss in dem Steckerteil bzw. dem Buchsenteil gehalten. Auf
diese Weise kann eine besonders hohe Zugentlastung erreicht werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass auf der Innenseite der Lamellen ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges
Dichtungselement angeordnet ist. Dieses besteht vorzugsweise aus
einem elastischen Dichtungsmaterial, wie bspw. Kunststoff oder Gummi.
Es wird durch die radial nach innen bewegten Lamellen ebenfalls
radial nach innen gedrückt und kommt auf der Isolation
bzw. Ummantelung der hindurchgeführten Leitung vollflächig
zur Auflage, wodurch das Innere des Steckerteils bzw. des Buchsenteils
und damit auch der Innenraum des Anlagengehäuses, mit dem
das Innere des Steckerteils bzw. Buchsenteils in Verbindung steht,
sicher und zuverlässig nach außen hin abgedichtet
wird.
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Vorteilhafterweise
ist eine Bewegung des Dichtungselements in axialer Richtung auf
die Klemmbacken zu durch die Klemmbacken begrenzt. Das hat zum einen
den Vorteil, dass das Dichtungselement im Inneren des Steckerteils
bzw. Buchsenteils verliersicher gehalten ist. Zum anderen wird sichergestellt,
dass die Klemmbacken in radialer Richtung stets über das
Dichtungselement nach innen hervorragen, so dass immer zunächst
eine zuverlässige und sichere Zugentlastung der hindurchgeführten elektrischen
Leitung gewährleistet ist und erst dann – wenn
das Druckelement weiter auf das Außengewinde aufgeschraubt
wird – eine Abdichtung erfolgt. Dadurch können
hohe Zugentlastungskräfte sichergestellt werden.
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Vorteilhafterweise
ist das Dichtungselement in einer auf einer Innenseite des Gehäuses
des Steckerteils bzw. Buchsenteils ausgebildeten Vertiefung angeordnet
und ist eine Bewegung des Dichtungselements in axialer Richtung
von den Klemmbacken weg durch eine axiale Anschlagsfläche
der Vertiefung begrenzt.
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Eine
Tiefe der Vertiefung ist vorzugsweise so gewählt, dass
eine Innenseite des Dichtungselements ohne Druckbeaufschlagung durch
das Druckelement bündig in die Innenseite des Gehäuses
des Steckerteils bzw. Buchsenteils übergeht. Das erleichtert
das Hindurchführen der Leitung vor dem Anziehen der Zugentlastungsmittel.
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Die
Lamellen erstrecken sich im Wesentlichen in axialer Richtung. Zwischen
den einzelnen Lamellen sind vorzugsweise in einer Tangentialebene betrachtet
V-förmige Nuten ausgebildet, die sich zum freien Ende der
Lamellen hin erweitern. Durch diese Form der Nuten zwischen den
Lamellen wird ein besonders großer Klemmbereich sichergestellt.
Bei einer Bewegung der Lamellen radial nach innen bewegen sich insbesondere
die freien Enden benachbarter Lamellen in Umfangsrichtung aufeinander
zu, das heißt die Breite der Nut zwischen benachbarten
Lamellen wird an den freien Enden der Lamellen immer kleiner. Bei
einer in der Tangentialebene betrachtet rechteckigen Ausgestaltung
der Nuten bestünde somit die Gefahr, dass benachbarte Nuten
bei der Bewegung radial nach innen seitlich aneinander stoßen und
die weitere Bewegung der Lamellen nach innen unmöglich
wird, das heißt der Klemmbereich begrenzt wird. Dies wird
durch die vorgeschlagene V-Form der Nuten vermieden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Steckverbindersystem in perspektivischer
Ansicht;
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2 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 1 in
einer Explosionsdarstellung in einer Seitenansicht;
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3 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 2 in
einer Draufsicht;
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4 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 1 in
einem zusammengesetzten Zustand mit teilweise aufgeschraubtem Druckelement
in einer Seitenansicht;
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5 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 4 in
einer Draufsicht;
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6 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 4 teilweise
im Schnitt;
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7 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 5 teilweise
im Schnitt;
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8 einen
Ausschnitt VIII aus 6 mit einem Druckausgleichselement
in einer vergrößerten Ansicht;
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9 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystems aus 1 in
einem zusammengesetzten Zustand mit vollständig aufgeschraubtem
Druckelement in einer Seitenansicht;
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10 das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus 9 in
einer Draufsicht; und
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11 ein
Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems
aus den 1 bis 10.
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In
den 1 bis 10 ist ein erfindungsgemäßes
Steckverbindersystem in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Ein Anwendungsbeispiel des Steckverbindersystems 1 ist
in 11 gezeigt. Das System 1 wird bei Anwendungen
im Außenbereich, insbesondere zum Anschluss von elektrischen
Leitungen an elektrische Komponenten (z. B. Solarpanele 30,
Elektrik 31 in einem Verteilergehäuse 32 (sog.
Junction Box), Wechselrichter 33, etc.) einer Fotovoltaikanlage,
eingesetzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden mittels
des Steckverbindersystems 1 elektrische Leitungen 34 mit
einem Ende in die Solarpanele 30 geführt in mit
der Elektrik der Solarpanele 30 kontaktiert. Mit ihrem
anderen Ende werden die Leitungen 34 ebenfalls mittels
des Steckverbindersystems 1 in das Verbindungsgehäuse 32 geführt
und dort mit der Elektrik 31 kontaktiert. Die in dem Verbindungsgehäuse 32 zusammengeführten
Leitungen 34 verlassen dieses über eine Leitung 35,
die ebenfalls mittels des Steckverbindersystems 1 aus dem
Gehäuse 32 heraus geführt wird. Mit dem
gegenüberliegenden Ende ist die Leitung 35 in
das Gehäuse 36 des Wechselrichters 33 geführt.
Dort wird der Gleichstrom von den Solarpanelen 30 in einen
Wechselstrom umgewandelt, der über eine Leitung 37 in
ein elektrisches Versorgungsnetz 38 eingespeist wird. Auch
die Leitung 37 kann mittels des Steckverbindersystems 1 aus
dem Gehäuse 36 des Wechselrichters 33 herausgeführt
werden. Das erfindungsgemäße Steckverbindersystem 1 hat
besondere Vorteile, wenn der Wechselrichter 33 nicht – wie
in 11 dargestellt – in einem separaten Gehäuses 36 angeordnet
ist, sondern bspw. in das Verteilergehäuse 32 oder
sogar in eines oder mehrere der Solarpanele 30 integriert ist.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems 1 wird
nachfolgend beschrieben.
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Das
Steckverbindersystem 1 umfasst ein Steckerteil 2 und
ein separates Buchsenteil 3. Der Steckerteil 2 umfasst
einen Steckerkontakt 29 (vgl. 3) sowie
ein diesen umgebendes im Wesentlichen hohlzylinderförmiges
isolierendes Steckergehäuse 4, das bspw. aus Kunststoff
gefertigt ist. Selbstverständlich kann das Gehäuse 4 auch
eine rechteckige oder eine beliebig andere Querschnittsform aufweisen.
Der Steckerkontakt 29 ist vorzugsweise aus einem Metallblech gestanzt,
so dass seine Herstellung deutlich günstiger ist als die
Herstellung von bekannten als Dreh- oder Frästeile ausgebildeten
Kontakten. Der Buchsenteil 3 umfasst einen Buchsenkontakt
(nicht dargestellt) sowie ein diesen umgebendes im Wesentlichen
hohlzylinderförmiges isolierendes Buchsengehäuse 5,
das bspw. aus Kunststoff gefertigt ist. Selbstverständlich
kann das Gehäuse 5 auch eine rechteckige oder
eine beliebig andere Querschnittsform aufweisen. Der Buchsenkontakt
ist dem Steckerkontakt 29 entsprechend ausgebildet und
ist vorzugsweise ebenfalls aus einem Metallblech gestanzt. Der Steckerkontakt 29 und
der Buchsenkontakt können zur Herstellung einer elektrisch
leitfähigen Verbindung miteinander in Eingriff treten.
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Der
Steckerteil 2 ist mit dem Buchsenteil 3 lösbar
zusammengesteckt, wobei das Buchsengehäuse 5 und
das Steckergehäuse 4 rastend ineinander greifen.
Das Steckergehäuse 4 weist ein manuell betätigbares
Rastelement 6 in Form zweier auf gegenüberliegenden
Seiten des Steckergehäuses 4 ausgebildeter Rastfinger
auf. Die Rastfinger 6 wirken mit einem am Buchsengehäuse 5 ausgebildeten Rastmittel 7 in
Form zweier auf gegenüberliegenden Seiten des Buchsengehäuses 5 ausgebildeter
Hinterschneidungen zusammen. Durch die Rastverbindung zwischen den
Rastfingern 6 und den Hinterschneidungen 7 sind
das Steckerteil 2 und das Buchsenteil 3 lösbar
miteinander verbunden. Dabei stehen der Steckerkontakt 29 und
der Buchsenkontakt miteinander elektrisch leitend in Verbindung.
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Das
Steckerteil 2 umfasst Zugentlastungsmittel 8 zum
Festklemmen einer in den Steckerteil 2 eingeführten
und mit dem Steckerkontakt 29 kontaktierten elektrischen
Leitung 34, 35, 37. Die Zugentlastungsmittel 8 bewirken
eine Zugentlastung des eingeführten Kabels 34, 35, 37,
so dass eine Zugkraft am Kabel 34, 35, 37 nicht
auf den Anschluss an den Steckerkontakt 29 wirkt, sondern
in das Steckergehäuse 4 eingeleitet wird. Die
Zugentlastungsmittel 8 umfassen ein auf der Außenseite
des Steckergehäuses 4 ausgebildetes Außengewinde 9,
in radialer Richtung bewegbare Lamellen 10 (vgl. 2)
und ein Druckelement 11 in Form einer Überwurfmutter. Die Überwurfmutter 11 weist
ein dem Außengewinde 9 entsprechendes Innengewinde
auf, so dass die Überwurfmutter 11 auf das Außengewinde 9 aufgeschraubt
werden kann. An der Innenseite der Überwurfmutter 11 am
Ende des Innengewindes ist umfangsseitig eine schräge Anschlagsfläche 12 (vgl. 6)
ausgebildet, so dass durch Aufschrauben der Mutter 11 auf
das Steckergehäuse 4 die Anschlagsfläche 12 an
den freien, radial nach innen bewegbaren Ende der Lamellen 10 zur
Auflage kommt. Durch ein Weiterdrehen der Überwurfmutter 11 auf
das Außengewinde 9 gleiten die freien Enden der
Lamellen 10 die Anschlagsfläche 12 entlang
und werden radial nach innen gedrückt. Durch Festziehen
der Mutter 11 auf dem Steckergehäuse 4 werden
die Lamellen 10 fest gegen einen Mantel oder eine Isolation
der hindurchgeführten elektrischen Leitung 34, 35, 37 gedrückt
und die Leitung 34, 35, 37 auf diese
Weise an dem Steckergehäuse 4 des Steckerteils 2 festgehalten.
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Das
Buchsenteil 3 weist auf der den Rastmitteln 7 gegenüberliegenden
Stirnseite einen Stutzen mit einem Außengewinde 13 auf.
Der Stutzen kann in eine Öffnung in einer Wandung eines
Gehäuses einer elektrischen Anlage, bspw. des Verteilergehäuses 32 (Junction
Box) oder des Gehäuses 36 des Wechselrichters 33 oder
eines Solarpanels 30 einer Fotovoltaikanlage, eingeführt
und von der Innenseite der Gehäusewandung 30, 32, 36 mit
einer Mutter 38 gesichert werden (vgl. 3),
so dass das Buchsenteil 3 an dem Anlagengehäuse 30, 32, 36 befestigt
ist. Der die Öffnung in der Gehäusewandung umgebende
Teil der Wandung 30, 32, 36 wird also
zwischen einem an dem Buchsengehäuse 5 am Ende
des Außengewindes 13 ausgebildeten Anschlag 39 und
der von der Innenseite her aufgeschraubten Sicherungsmutter 38 eingespannt.
Zum Abdichten der Gehäusewandung 30, 32, 36 zum
Buchsengehäuse 5 ist am Anschlag 39 ein
O-Ring 14 als Dichtelement angeordnet, der durch Anziehen
der Mutter 38 auf dem Außengewinde 13 zwischen
der Gehäusewandung 30, 32, 36 und
dem Anschlag 39 eingeklemmt wird.
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In
dem Anlagengehäuse 30, 32, 36 angeordnete
Elektronik, bspw. die Verbindungselektronik 31 des Verteilergehäuses 32,
die Leistungselektronik des Wechselrichters 33 oder die
Elektronik eines Solarpanels 30, ist über eine
elektrische Leitung, die durch den Stutzen 13 in den Buchsenteil 3 geführt wird,
mit dem Buchsenkontakt kontaktiert. Durch Ineinanderstecken von
Steckerteil 2 und Buchsenteil 3 wird also eine
elektrische Verbindung zwischen der von dem Steckerteil 2 aufgenommenen
elektrischen Leitung 34, 35, 37 und der
in dem Anlagengehäuse 30, 32, 36 befindlichen
Elektronik 31, 33 hergestellt.
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Auf
der Oberseite des Buchsengehäuses 5 ist ein Druckausgleichselement 15 mit
einer gasdurchlässigen Membran 16 (vgl. 8)
angeordnet. Selbstverständlich kann das Druckausgleichselement 15 auch
an einer beliebigen anderen Position des Buchsengehäuses 5 angeordnet
sein. Außerdem kann auch mehr als ein Druckausgleichselement
vorgesehen sein. Die Membran 16 ist für Gase, bspw.
Luft und Wasserdampf, durchlässig, aber für Flüssigkeiten
und Festkörper, bspw. Wasser (Kondenswasser in Tröpfchenform),
Schmutz und Staub, undurchlässig. Die Membran 16 besteht
vorzugsweise aus mikroporösem Polytetrafluorethylen.
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Der
Innenraum 17 des hohlzylinderförmigen Buchsengehäuses 5 steht über
einen Lüftungskanal 18 mit einer in der Außenseite
des Gehäuses 5 ausgebildeten vorzugsweise kreisförmigen
Aussparung 19 in Verbindung. Die Aussparung 19 kann
durch eine Vertiefung in der Außenseite des Gehäuses 5 oder
alternativ durch den Innenraum eines über die Außenseite
des Gehäuses 5 hervorstehenden Randbereichs gebildet
sein. Die Aussparung 19 steht über einen weiteren
Lüftungskanal 20 mit der Umwelt in Verbindung.
Die Aussparung 19 wird durch ein entsprechend geformtes
Klemmeelement 21 verschlossen, so dass der Innenraum 17 des
Buchsengehäuses 5 über die Lüftungskanäle 18 und 20 mit
der Umwelt in Verbindung steht. Das Klemmelement 21 weist
eine sich entlang des Innenumfangs der Aussparung 19 erstreckende
umfangsseitige Wandung auf. Um die Verbindung des Innenraums 17 des Buchsengehäuses 5 zur
Umwelt nicht zu versperren, ist in der seitlichen Wandung des Klemmelements 21 mindestens
eine Radialbohrung 22 ausgebildet, die in eine am Außenumfang
der Wandung ausgebildete Ringnut 23 mündet. Die
Ringnut 23 steht mit dem Lüftungskanal 20 in
Verbindung.
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Das
Klemmelement 21 ist mittels Reibschluss oder Formschluss,
durch Kleben oder Scheißen lösbar oder fest in
der Aussparung 19 befestigt. Beim Einsetzen der Membran 16 zusammen
mit dem Klemmelement 21 in die Aussparung 19 wird
der radial äußere Rand der Membran 16 zwischen
der Außenumfangsfläche der seitlichen Wandung
des Klemmelements 21 und der seitlichen Innenumfangsfläche
der Aussparung 19 eingeklemmt (vgl. 2) und auf
diese Weise entlang ihres radial äußeren Rands
in der Aussparung 19 des Buchsengehäuses 5 gehalten.
Am Boden der Aussparung 19 ist ein weiterer O-Ring 24 als
Dichtungselement und Auflage für die Membran 16 angeordnet.
Die Membran 16 ist zwischen dem O-Ring 24 und
dem Klemmelement 21 eingeklemmt.
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Der
Steckerteil 2 und der Buchsenteil 3 sind mittels
eines weiteren O-Rings 25 (vgl. 2) relativ zueinander
abgedichtet, so dass über die Steckverbindung keine Luft
in das Innere des Steckerteils 2 bzw. des Buchsenteils 3 und
damit in das Innere des Anlagengehäuses, an dem der Buchsenteil 3 befestigt
ist, eindringen kann. Der einzige Luftaustausch zwischen dem Inneren
des Anlagengehäuses und der Umwelt kann über die
Membran 16 des Druckausgleichselements 15 erfolgen.
Nach hinten hin ist das Anlagengehäuse über die
Zugentlastungsmittel 8 abgedichtet. Dazu ist im Inneren
der Mittel 8 ein hohlzylinderförmiges Dichtelement 26 (vgl. 2) angeordnet,
das beim Festschrauben des Druckelements 11 auf dem Außengewinde 9 des
Steckerteils 2 durch die sich radial nach innen bewegenden
Lamellen 10 ebenfalls radial nach innen auf den Mantel oder
die Isolation des in den Steckerteil 2 eingeführten
Kabels gedrückt wird, so dass eine sichere und zuverlässige
Abdichtung des Kabels gewährleistet ist.
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Ein
wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen,
dass die Zugentlastungsmittel 8 einerseits und das Druckausgleichselement 15 andererseits
an unterschiedlichen Teilen 2, 3 des Steckverbindersystems 1 ausgebildet
sind. Dadurch sind die einzelnen Teile 2, 3 weniger
komplex und kostengünstiger ausgebildet. Es ist nicht erforderlich, dass
einer der beiden Teile 2, 3 des Steckverbindersystems 1 hochkomplex
sowohl mit Zugentlastungsmitteln 8 als auch mit Druckausgleichselement 15 ausgebildet
ist. Trotz des vereinfachten Aufbaus hat das erfindungsgemäße
Steckverbindersystem 1 die volle Funktionalität
sowohl einer Zugentlastung des eingeführten Kabels als
auch eines Druckausgleichs des Inneren des Steckverbindersystems 1 mit
der Umwelt. Das ist insbesondere beim Einsatz des Steckverbindersystems 1 im
Bereich der Fotovoltaik von Bedeutung.
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Die
Zugentlastungsmittel 8 weisen einen besonders großen
Klemmbereich auf, d. h. es können Kabel mit einer großen
Bandbreite an Durchmessern sicher gehalten und abgedichtet werden,
ohne dass der Steckerteil 2 bzw. der Buchsenteil 3 dadurch
jedoch viel länger bauend würde. Ganz im Gegenteil, das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem 1 ist deutlich
kürzer als die bisher bekannten Steckverbindersysteme für
Fotovoltaikanlagen.
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Diese
Vorteile werden insbesondere dadurch erzielt, dass die Lamellen 10 des
Steckerteils 2 integraler Bestandteil des Außengewindes 9 sind.
Genauer gesagt, ist das Außengewinde 9 zumindest teilweise
auf der Außenseite der Lamellen 10 ausgebildet.
Insbesondere sind mehrere Gewindegänge des Außengewindes 9 auf
der Außenseite der Lamellen 10 ausgebildet. Das
Außengewinde 9 erstreckt sich lediglich über
einen Teil der Außenseite der Lamellen 10. Am
radial nach innen bewegbaren freien Ende der Lamellen 10 ist
auf der Außenseite ein Abschnitt ohne Gewinde 9 ausgebildet.
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Die
Lamellen 10 weisen an ihren von dem Außengewinde 9 abgewandten
freien Enden radial nach innen ragende Klemmbacken 27 auf
(vgl. 2 und 6). Die Klemmbacken 27 begrenzen
eine Bewegung des Dichtelements 26 in axialer Richtung auf
die Klemmbacken 27 zu, so dass das Dichtelement 26 verliersicher
gehalten ist und nicht versehentlich aus dem Steckerteil 2 herausrutschen
kann. In der entgegengesetzten Richtung ist eine axiale Bewegung
des Dichtelements 26 durch eine axiale Anschlagsfläche
einer an der Innenseite des Steckergehäuses 4 Vertiefung
begrenzt, die zur Aufnahme des Dichtelements 26 dient.
Die Tiefe der Vertiefung ist vorzugsweise so gewählt, dass
eine Innenseite des Dichtungselements 26 ohne Druckbeaufschlagung durch
das Druckelement 11 bündig in die Innenseite des
Steckergehäuses 4 übergeht.
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Zwischen
den Lamellen 10 sind in der Tangentialebene betrachtet
V-förmige Nuten 28 (vgl. 2) ausgebildet,
damit bei Ausnutzung des großen Klemmbereichs des erfindungsgemäßen
Steckerteils 2 die radial nach innen gebogenen Lamellen 10 nicht
seitlich aneinander stoßen.
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Selbstverständlich
ist es denkbar, dass nicht der Buchsenteil 3, sondern der
Steckerteil 2 über einen Stutzen und ein Außengewinde
in einer Wandöffnung eines Anlagengehäuses befestigt
wird. In diesem Fall hätte dann nicht der Steckerteil 2,
sondern der Buchsenteil 3 die Zugentlastungsmittel 8 und
hätte nicht der Buchsenteil 3, sondern der Steckerteil 2 das
Druckausgleichselement 15. Dies ist aber weniger vorteilhaft,
da in diesem Fall der Steckerkontaktstift 29 – so
lange der Steckerteil 2 nicht in den Buchsenteil 3 gesteckt
ist – nicht vor Berührung geschützt wäre.
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Die
vorliegende Figurenbeschreibung bezieht sich auf das in den Figuren
gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel, bei dem der Steckerteil 2 Zugentlastungsmittel 8 und
der Buchsenteil 3 das Druckausgleichselement 15 aufweist
und der Buchsenteil 3 über den Stutzen und das
Außengewinde 13 in der Öffnung einer
Gehäusewandung 30, 32, 36 befestigt ist.
Selbstverständlich gelten die Ausführungen in entsprechender
Weise auch für alle anderen genannten oder nicht ausdrücklich
genannten möglichen Ausführungsformen der Erfindung
in entsprechender Weise.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202008005493
U1 [0002]