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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen eines Anschlusskontakts eines Photovoltaikmoduls.
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Photovoltaikmodule beliebiger Ausgestaltung umfassen generell Anschlusskontakte, auch Busbars oder Ribbons genannt, die insbesondere aus Kupferflachbändern bestehen. Derartige Anschlusskontakte dienen zur elektrischen Kontaktierung eines Photovoltaikmoduls zur Weiterleitung der photonisch er zeugten Ströme. Hierzu werden die Anschlusskontakte mit elektrischen Anschlussmitteln einer elektrischen Anschlussdose, auch Junction Box genannt, leitend verbunden.
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Ein wesentliches Problem bei der Fertigung von Photovoltaikmodulen besteht darin, dass die über eine Grenzfläche hervorstehenden Anschlusskontakte während des Fertigungsprozesses in unterschiedliche Endpositionen eingebracht werden müssen. In einer ersten derartigen Endposition liegen die Anschlusskontakte flach auf dem Photovoltaikmodul. Um von dem Photovoltaikmodul flachliegende Anschlusskontakte in diese Endposition zu bringen, müssen diese zunächst zur Durchleitung durch Verkapselungsmaterial, wie z. B. einer EVA-Folie, und gegebenenfalls Glas oder andere Substrate, hochgebogen werden. Anschließend und vor einem Laminiervorgang werden die durchgeleiteten Anschlusskontakte in eine definierte Position auf der Grenzfläche flachgebogen. In einer dritten Endposition können die Anschlusskontakte von dem Photovoltaikmodul insbesondere senkrecht abstehen, um dann mit den Anschlussmitteln einer Junction Box kontaktiert werden zu können. In diesem Fall müssen ursprünglich flach auf dem Photovoltaikmodul aufliegende Anschlusskontakte in die entsprechende Endposition aufgebogen werden.
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Das Aufbiegen und Flachbiegen der Anschlusskontakte eines Photovoltaikmoduls erfolgt überwiegend noch manuell. Da die Anschlusskontakte eine sehr geringe Materialstärke aufweisen, typischerweise in der Größenordnung von 100 bis 400 μm, ist es äußerst zeitaufwändig und schwierig, die Anschlusskontakte in definierter Weise manuell zu biegen. Weiter ist es nur begrenzt möglich, die Anschlusskontakte exakt und reproduzierbar in ihre Endposition einzubringen. Schließlich besteht eine große Gefahr, die Anschlusskontakte beim Biegen zu beschädigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kostengünstige und reproduzierbare Fertigung von Photovoltaikmodulen zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Biegen eines Anschlusskontakts eines Photovoltaikmoduls aus einer Anfangsposition in eine definierte Endposition. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen selbsttätig bewegbaren Biegebacken. Dieser ist in einer Sollposition an einem über das Photovoltaikmodul hervorstehenden Segment des Anschlusskontakts lagefixierbar. Durch Ausführen einer Schwenk- oder Linearbewegung des Biegebackens wird der an diesem anliegende Anschlusskontakt in die Endposition gebogen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl zum Aufbiegen als auch zum Flachbiegen von Anschlusskontakten bei Photovoltaikmodulen aller Art verwendet werden.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein komplett automatisiertes Biegen von Anschlusskontakten ermöglicht wird. Aufwändige manuelle Bearbeitungsvorgänge entfallen somit. Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anschlusskontakte mittels der automatisiert durchgeführten Biegeprozesse exakt und reproduzierbar in ihre Endposition eingebracht werden können, das heißt es wird eine hohe Bearbeitungsqualität erhalten. Dies gilt insbesondere für Anschlusskontakte mit Materialstärken in der Größenordnung von etwa 100 μm bis 400 μm.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Biegebacken eine Vakuumerzeugungseinheit zugeordnet, mittels derer im Biegebacken ein Vakuum generierbar ist, mittels dessen ein Anschlusskontakt am Biegebacken lagefixierbar ist.
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Durch das in der Vakuumerzeugungseinheit generierte Vakuum kann der zu biegende Anschlusskontakt sicher und positionsgenau am Biegebacken lagefixiert werden, ohne dass hierbei eine Gefahr von Beschädigungen des Anschlusskontakts besteht. Das Vakuum wird gezielt nach Heranführen des Biegebackens an den Anschlusskontakt vor Durchführung des Biegeprozesses generiert, so dass dann während des gesamten Biegevorgangs der Anschlusskontakt sicher am Biegebacken fixiert ist. Dadurch kann der Biegevorgang sicher und reproduzierbar durchgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft ist der Vakuumerzeugungseinheit eine Kontrolleinheit zugeordnet, mittels derer das generierte Vakuum kontrolliert wird und anhand dessen die Ausrichtung des Biegebackens zum Anschlusskontakt kontrolliert wird.
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Damit können eventuelle Fehlausrichtungen des Biegebackens relativ zum Anschlusskontakt rechtzeitig erkannt und korrigiert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft unterschiedliche Module zum Flachbiegen und Aufbiegen von Anschlusskontakten auf.
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Bei einem ersten Modul sind ein zum Flachbiegen eines vom Photovoltaikmodul abstehenden Anschlusskontakts in eine auf dem Photovoltaikmodul aufliegende Endposition ein Biegebacken sowie ein selbsttätig bewegbarer Biegedorn vorgesehen. Die Spitze des Biegedorns ist an den Anschlusskontakt anlegbar, wodurch die Biegelinie zum Flachbiegen des Anschlusskontakts definiert ist.
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Dabei ist vorteilhaft der Biegedorn ebenso wie der Biegebacken mittels eines Aktuators verstellbar.
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Durch die Positionierung des Biegedorns kann auf einfache Weise die Biegelinie, entlang derer der Anschlusskontakt von einer vom Photovoltaikmodul abstehenden Anfangsposition auf das Photovoltaikmodul gebogen wird, exakt vorgegeben werden. Das Biegen des Anschlusskontakts selbst erfolgt dann durch den Schwenk- oder Linearvorgang des Biegebackens, der damit den anliegenden Anschlusskontakt exakt flachbiegt, so dass der Anschlusskontakt dicht am Photovoltaikmodul anliegt.
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Das mit der Vakuumerzeugungseinheit erzeugte Vakuum sichert dabei den Anschlusskontakt zuverlässig am Biegebacken und zwar sowohl dann, wenn es sich um unterschiedliche Materialstärken und Längen der Anschlusskontakte handelt. Dies bedeutet, dass in jedem Fall die Vakuumerzeugungseinheit als Lagefixierungsmittel zur Sicherung des Anschlusskontakts am Biegebacken während des Flachbiegens ausreicht, da der Biegebacken von oben auf den Anschlusskontakt drückt.
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Bei einer Vorrichtung zum Aufbiegen eines auf dem Photovoltaikmodul aufliegenden Anschlusskontakts in eine vom Photovoltaikmodul abstehende Endposition sind ein Biegebacken und ein Pressbacken vorgesehen, wobei mittels des am Anschlusskontakt lagefixierten Biegebackens das Aufbiegen erfolgt und mittels des Pressbackens eine Formgebung des Anschlusskontakts erfolgt, durch welche der Anschlusskontakt versteift ist und so in einer Endposition gehalten wird.
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Durch die mittels des Pressbackens erzielte Formgebung und die dadurch bewirkte Versteifung des Anschlusskontakts ist gewährleistet, dass der in der Endposition vom Photovoltaikmodul abstehende Anschlusskontakt ohne weitere Hilfsmittel sicher in dieser Endposition verbleibt und damit mit Anschlussmitteln einer Junction Box elektrisch verbunden werden kann.
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Auch beim Aufbiegen eines Anschlusskontakts erfolgt der Biegeprozess mittels des Biegebackens. Hierzu wird zunächst der Biegebacken von oben auf den Anschlusskontakt geführt und dann mittels des in der Vakuumerzeugungseinheit generierten Vakuums am Anschlusskontakt lagefixiert. Dann erfolgt die Schwenk- oder Linearbewegung des Biegebackens, durch welche der Anschlusskontakt aufgebogen wird. Dabei zieht der Biegebacken am Anschlusskontakt. Bei Anschlusskontakten mit Materialstärken in der Größenordnung von 100 μm bis 400 μm reicht das erzeugte Vakuum im Verhältnis zur Materiallänge, um während der Schwenk- oder Linearbewegung des Biegebackens den Anschlusskontakt sicher an diesem zu halten. Bei Anschlusskontakten mit höheren Materialstärken, kann das Vakuum gegebenenfalls nicht zur vollständigen Lagefixierung des Anschlusskontakts ausreichen. In dieser Anwendung wird das Hochstellen aktorisch unterstützt.
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Beispielsweise weist der Pressbacken dann eine Rampe auf, mittels derer während des Aufbiegens die Anlage des Anschlusskontakts am Biegebacken unterstützt wird.
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Durch die unterstützende Wirkung der Rampe des Pressbackens wird somit ein unerwünschtes Ablösen des Anschlusskontakts vom Biegebacken während des Biegevorgangs vermieden.
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Die Module der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einerseits zum Aufbiegen und andererseits zum Flachbiegen von Anschlusskontakten dienen, weisen jeweils einen Biegebacken auf. Die Biegebacken der verschiedenen Module können prinzipiell identisch ausgebildet sein, sind jedoch bevorzugt unterschiedlich ausgebildet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Erstes Ausführungsbeispiel eines Moduls zum Flachbiegen von Anschlusskontakten.
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2: Positionen eines Biegebackens und Biegedorns des Moduls gemäß 1 in einer ersten Phase eines Biegevorgangs.
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3: Anordnung gemäß 2 in einer zweiten Phase des Biegevorgangs.
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4: Erstes Ausführungsbeispiel eines Moduls zum Aufbiegen von Anschlusskontakten.
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5: Positionen eines Biegebackens des Moduls gemäß 4 in einer ersten Phase des Biegevorgangs.
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6: Positionen des Biegebackens und eines Pressbackens des Moduls gemäß 4 in einer zweiten Phase des Biegevorgangs.
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7: Querschnittsdarstellung des Pressbackens gemäß 6.
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8: Querschnittsdarstellung eines mit dem Pressbacken gemäß 7 geformten Anschlusskontakts.
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9: Zweites Ausführungsbeispiel eines Moduls zum Flachbiegen von Anschlusskontakten.
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10: Zweites Ausführungsbeispiel eines Moduls zum Aufbiegen von Anschlusskontakten.
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1 zeigt ein erstes Modul 1 einer Vorrichtung zum Biegen von Anschlusskontakten 2 eines Photovoltaikmoduls 3. Das Photovoltaikmodul 3 kann in unterschiedlichen Varianten ausgebildet sein. Die daran vorgesehenen Anschlusskontakte 2, sogenannte Busbars oder Ribbons, bestehen z. B. aus Kupferflachbändern. Die Anschlusskontakte 2 sind in Anschlusskontaktdurchführungen 4 im Photovoltaikmoduls 3 gelagert, wobei im Ausführungsbeispiel von 1 die oberen Segmente der Anschlusskontakte 2 senkrecht über die ebene Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 hervorstehen. Die Anschlusskontakte 2 dienen generell zur elektrischen Kontaktierung mit nicht dargestellten elektrischen Anschlussdosen, mittels derer eine elektrische Verbindung zur Weiterleitung der photonisch erzeugten Ströme hergestellt wird.
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Während des Fertigungsprozesses des Photovoltaikmoduls 3 ist es erforderlich, die über die Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 hervorstehenden Anschlusskontakte 2 flachzubiegen, das heißt so zu biegen, dass sie flach auf der Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 aufliegen. Hierzu dient das Modul 1 gemäß 1.
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Das Modul 1 bildet einen Bearbeitungskopf, der mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit relativ zum Photovoltaikmodul 3 verfahren werden kann und zudem um eine senkrecht orientierte Drehachse D gedreht werden kann, so dass der Bearbeitungskopf relativ zu den zu biegenden Anschlusskontakten 2 positioniert werden kann.
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Das Modul 1 weist zum Durchführen von Flachbiegeprozessen einen Biegebacken 5 auf, der mittels eines nicht dargestellten Antriebs verfahrbar ist. Der Biegebacken 5 ist dabei an einem Schwenkarm 6 gelagert, der seinerseits an einem Schieber 7 gelagert ist und entlang einer, schienenförmigen Zwangsführung 8 verfahrbar ist. Anstelle des Schenkarms kann auch ein Lineararm, der eine Linearbewegung durchführt, vorgesehen sein. Weiterhin umfasst das Modul 1 einen Biegedorn 9, der mittels eines Antriebs längs der Zwangsführung 8 verfahrbar ist. Der Biegedorn 9 ist an einer Halterung 10 und einem weiteren Schieber 11 befestigt und steht in horizontaler Richtung verlaufend von dieser hervor.
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Das mit dem Modul 1 durchgeführte Flachbiegen eines Anschlusskontakts 2 ist in den schematischen Darstellungen der 2 und 3 veranschaulicht. Vor Beginn des Biegevorgangs steht der Anschlusskontakt 2 senkrecht von der Oberseite des Photovoltaikmodul 3 hervor (2). Dabei ist der Anschlusskontakt 2 in der Anschlusskontaktdurchführung 4 so geführt, dass er deren Rand nicht berührt. Mit dem Modul 1 erfolgt ein definiertes Flachbiegen des Anschlusskontakts 2 derart, dass auch nach dem Flachbiegen des Anschlusskontakts 2 dieser den Rand der Anschlusskontaktdurchführung 4 nicht berührt.
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Hierzu wird zunächst der Biegedorn 9 an den Anschlusskontakt 2 herangeführt, so dass die Spitze des Biegebackens 5 an einer vorgegebenen Stelle des Anschlusskontakts 2 anliegt (2). Diese definiert die Biegelinie entlang derer der Anschlusskontakt 2 flachgebogen wird. Zum Biegen wird der Biegebacken 5 an den Anschlusskontakt 2 herangeführt. Der Biegebacken 5 wird dann an dem Anschlusskontakt 2 lagefixiert. Hierzu weist das Modul 1 eine nicht dargestellte Vakuumerzeugungseinheit auf, mit der im Biegebacken 5 ein Vakuum erzeugt wird. Nachdem der Biegebacken 5 wie in 2 in seiner Sollposition am Anschlusskontakt 2 lagefixiert ist, wird dieser zur Durchführung des Biegevorgangs geschwenkt. Die Schwenkrichtung ist in 2 mit einem Pfeil veranschaulicht. 3 zeigt die Anordnung gemäß 2 nach dem Biegevorgang. Der Anschlusskontakt 2 liegt flach auf dem Biegebacken 5 auf, der seinerseits auf dem Photovoltaikmodul 3 aufliegt. Nach dem Biegevorgang wird der Biegebacken 5 entfernt, so dass dann der Anschlusskontakt 2 in geringem konstantem Abstand zur Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 verläuft. Der Abstand des flachgebogenen Anschlusskontakts kann mittels einer aktorisch angebrachten Unterlage sichergestellt werden. Durch das kontrollierte Flachbiegen in diese Endposition werden Deformationen des Anschlusskontakts 2 vermieden.
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Der Vakuumerzeugungseinheit ist eine Kontrolleinheit zugeordnet mittels derer das generierte Vakuum kontrolliert wird. Durch Registrieren von Abweichungen des Vakuums von einem Sollwert nach Aufsetzen des Biegebackens 5 auf dem Anschlusskontakt 2 können fehlerhafte Ausrichtungen des Biegebackens 5 relativ zum Anschlusskontakt 2 erkannt werden.
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4 zeigt ein Modul 1' der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbiegen von Anschlusskontakten 2. In 4 sind zwei in Anschlusskontaktdurchführungen 4 geführte, flach auf der Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 aufliegende Anschlusskontakte 2 dargestellt, die mittels des Moduls 1' aufgebogen werden können.
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Das Modul 1' weist analog zum Modul 1 gemäß 1 einen verfahrbaren und um eine Drehachse D drehbaren Bearbeitungskopf auf. Weiterhin weist das Modul 1' einen Biegebacken 5 auf, der sich konstruktiv vom Biegebacken 5 des Moduls 1 unterscheiden kann. Analog zum Modul 1 gemäß 1 ist der Biegebacken 5 des Moduls 1' an einem Schwenkarm 6 gelagert, der einerseits an einem Schieber 7 gelagert ist und entlang einer schienenförmigen Zwangsführung 8 verfahrbar ist. Im Unterschied zum Modul 1 gemäß 1 weist das Modul 1' gemäß 4 keinen Biegedorn 9 sondern einen am Schieber 11 gelagerten und aktorisch verfahrbaren Pressbacken 12 auf. Weiterhin weist das Modul 1' eine Vakuumerzeugungseinheit zur Erzeugung eines Vakuums im Biegebacken 5 sowie eine dieser zugeordnete Kontrolleinheit auf.
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Das mit dem Modul 1' gemäß 4 durchgeführte Aufbiegen eines Anschlusskontakts 2 ist in den 5 und 6 dargestellt. Wie aus 5 ersichtlich, wird hierzu zunächst der Biegebacken 5 von oben auf den flach auf dem Photovoltaikmodul 3 liegenden Anschlusskontakt 2 aufgesetzt. In dieser Sollposition wird der Biegebacken 5 am Anschlusskontakt 2 mittels des in der Vakuumerzeugungseinheit generierten Vakuums lagefixiert. Anschließend wird der Biegebacken 5 geschwenkt, wobei die Schwenkrichtung mit dem Pfeil in 5 gekennzeichnet ist. 6 zeigt den Anschlusskontakt 2 nach dem Aufbiegeprozess. Der Anschlusskontakt 2 steht dann senkrecht nach oben von der Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 vor. In dieser Position wird der Pressbacken 12 an den Anschlusskontakt 2 herangefahren, so dass der Anschlusskontakt 2 zwischen Biegebacken 5 und Pressbacken 12 eingepresst wird. Mit dem Pressbacken 12 erfolgt eine Verformung des Anschlusskontakts 2 und dadurch eine Versteifung des Anschlusskontakts 2. Hierzu weist der Pressbacken 12 den in 7 dargestellten Querschnitt auf. Die Frontseite der Pressbackens 12, die an den Anschlusskontakt 2 herangeführt wird, weist zwei aufeinander verlaufende keilförmige Teilflächen auf. Bei Festpressen des Anschlusskontakts 2 mit dem Pressbacken 12 wird dem Anschlusskontakt 2 eine entsprechende gewinkelte Struktur aufgeprägt, wie 8 zeigt. Dadurch ist der Anschlusskontakt 2 versteift und wird stabil in der in 6 dargestellten Endposition gehalten. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass dann der Anschlusskontakt 2 mit elektrischen Anschlussmitteln einer Junction Box kontaktiert werden kann.
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Bei Anschlusskontakten 2 mit Materialstärken im Bereich von etwa 100 μm bis 400 μm reicht das in der Vakuumerzeugungseinheit erzeugte Vakuum im Verhältnis zur Materiallänge aus, um den Anschlusskontakt 2 während des gesamten Biegevorgangs am Biegebacken 5 zu halten. Bei Anschlusskontakten 2 mit höheren Materialstärken, kann die durch das Vakuum bewirkte Haftkraft gegebenenfalls nicht ausreichen, um den Anschlusskontakt 2 sicher zu fixieren. In dieser Anwendung wird das Hochstellen aktorisch unterstützt. In diesem Fall weist der Pressbacken 12 z. B. ein rampenförmiges Element auf, das bei dem Aufbiegen unter den Anschlusskontakt 2 geschoben wird und dadurch den Anschlusskontakt 2 weiter lagefixiert.
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9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Moduls 1 einer Vorrichtung zum Biegen von Anschlusskontakten 2 eines Photovoltaikmoduls 3. Analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 bildet das Modul 1 gemäß 9 einen Bearbeitungskopf, der mit einer Antriebseinheit relativ zum Photovoltaikmodul verfahren und um eine senkrechte Drehachse D gedreht werden kann, so dass der Bearbeitungskopf relativ zu den zu biegenden Anschlusskontakten 2 positioniert werden kann.
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Das Modul 1 weist zum Durchführen von Flachbiegeprozessen Biegeschieber 5a auf, die in einem Rahmen 13 des Bearbeitungskopfs gelagert sind. Durch Antriebe in Form von Pneumatikzylindern 14 können die Biegeschieber 5a Linearbewegungen ausführen. Zum Flachbiegen von Anschlusskontakten 2 sind an Halterungen 15 der Biegeschieber 5a Walzen 16 drehbar gelagert. Analog zur Anordnung gemäß 1 sind die Anschlusskontakte 2 in Anschlusskontaktdurchführungen 4 gelagert und stehen senkrecht von der Oberseite des Photovoltaikmoduls 3 hervor. Zum Flachbiegen der Anschlusskontakte 2 werden die zuvor positionierten Walzen 16 über die Anschlusskontakte 2 geführt. Mittels eines weiteren Pneumatikzylinders 14a wird der notwendige Anpressdruck der Walzen 16 gegen das Photovoltaikmodul 3 erzeugt. Analog zur Ausführungsform gemäß 1 sind Biegedornen 9 entsprechende Biegedorn-Gegenhalterungen 9a vorgesehen, mittels derer die Biegelinien für die Anschlusskontakte 2 definiert werden. Die Biegedorn-Gegenhalterungen 9a sind mit den Biegeschiebern 5a verschiebbar. Die Biegedorn-Gegenhalterungen 9a sind im vorliegenden Fall plattenförmig ausgebildet.
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10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1' zum Aufbiegen von Anschlusskontakten 2. Das Modul 1' gemäß 10 weist analog zum Modul gemäß 4 einen verfahrbaren und einen um eine Drehachse D drehbaren Bearbeitungskopf auf.
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Der Bearbeitungskopf weist Biegebacken 5 auf, die an einem Rahmenteil 17 gelagert sind und an diesem mittels Pneumatikantrieben linear verfahrbar sind. An jedem Biegebalken sind an Halteelementen 18 Rampen 19 gelagert. Zum Aufbiegen der Anschlusskontakte 2 werden die Rampen 19 unter die jeweiligen Anschlusskontakte 2 geschoben. Dann werden die Anschlusskontakte 2 durch Bewegungen der Rampen 19 aufgebogen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modul
- 1'
- Modul
- 2
- Anschlusskontakt
- 3
- Photovoltaikmodul
- 4
- Anschlusskontaktdurchführung
- 5
- Biegebacken
- 5a
- Biegeschieber
- 6
- Schwenkarm
- 7
- Schieber
- 8
- Zwangsführung
- 9
- Biegedorn
- 9a
- Biegedorn-Gegenhalterung
- 10
- Halterung
- 11
- Schieber
- 12
- Pressbacken
- 13
- Rahmen
- 14
- Pneumatikzylinder
- 14a
- Pneumatikzylinder
- 15
- Halterung
- 16
- Walze
- 17
- Rahmenteil
- 18
- Halteelement
- 19
- Rampe
