DE102011010854B4

DE102011010854B4 - Elektrisches Verbindungselement sowie dessen Verwendung für eine Photovoltaik-Anlage

Info

Publication number: DE102011010854B4
Application number: DE201110010854
Authority: DE
Inventors: Nico Baumann
Original assignee: Juwi R & D Res Dev & Co KG GmbH; Juwi R & D Research Development & Co KG GmbH
Current assignee: AMBIBOX GMBH, DE
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-02-11
Also published as: WO2012107179A1; JP2014508383A; DE102011010854A1; EP2673844A1

Abstract

Ein elektrisches Verbindungselement mit einem Tragelement (1) zur Aufnahme eines Kontaktelementes (2), das mit einem isolierten Kabel (3) dadurch verbindbar ist, dass ein das Kabel (3) halterndes Klemmelement (4) axial in Längserstreckung des Kabels mit dem Tragelement (1) zu verschrauben ist. Das Kontaktelement (2) weist ein das Kabel (3) endseitig aufnehmende Führungshülse (10) auf, in die entweder ein eine Isolierung (8) des Kabels (3) aufschneidendes Schneidelement (11) oder ein stirnseitig in den Leiter (18) des Kabels (3) eindringender Dorn (12) ragt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Verbindungselement mit einem Tragelement zur Aufnahme eines Kontaktelementes, das mit einem isolierten Kabel dadurch verbindbar ist, dass ein das Kabel halterndes Klemmelement axial mit dem Tragelement zu verschrauben ist sowie auf eine Verwendung eines solchen Verbindungselements für eine Photovoltaik-Anlage.
Elektrisch leitende Kabel verfügen in der Regel über mindestens einen Leiter, der mit einer Isolierung aus einem Kunststoffmaterial umhüllt ist. Soll der Leiter des Kabels mit einem Steckkontakt verbunden werden, ist es erforderlich, die Isolierung mit einem Werkzeug zu entfernen und den Leiter des Kabels kraftschlüssig mit dem Steckkontakt, der selbstverständlich sowohl als Stecker als auch als Buchse ausgebildet sein kann, zu koppeln, was in der Praxis häufig mittels einer Klemmschraube erfolgt und mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden ist.
Die DE 101 03 744 A1 offenbart ein elektrisches Verbindungselement mit einem Steckteil zur Aufnahme eines Kontaktelementes, das mit einem isolierten Kabel dadurch verbindbar ist, dass eine das Kabel halternde Kabelaufnahme in Längserstreckung des Kabels mit dem Steckteil zu verschrauben ist. Bei dem Kontaktelement handelt es sich um mindestens einen eindringenden Dorn zur stirnseitigen Kontaktierung eines Leiters des Kabels. Eine unabhängig vom Kontaktelement ausgebildete das Kabel endseitig aufnehmende Innenhülse ist vorgesehen, in die der eindringende Dorn ragt.
Die US 7,121,872 61 offenbart ein elektrisches Verbindungselement, bei dem ein Kontaktelement eine ein Kabel endseitig aufnehmende Hülse aufweist. In die Hülse ragt zur stirnseitigen Kontaktierung des Leiters des Kabels ein eindringender Dorn. Zur Klemmung des Kabels ist ein Kragen vorgesehen, der mittels einer Kappe mit der Hülse des Kontaktelements verschraubbar ist. Die Kontaktierung des Dorns mit dem Leiter des Kabels findet vor dem Verschrauben statt.
Die GB 612 213 A offenbart ein elektrisches Verbindungselement, bei dem ein hohler Gewindekörper als Führungshülse wirkt, in die ein Kontaktdorn zur stirnseitigen Kontaktierung eines Kabels ragt. Mittels einer auf den hohlen Gewindekörper aufschraubbaren Überwurfhülse kann das Kabel fixiert werden.
Die DE 101 57 640 A1 offenbart eine Kabelkontaktierung mittels eines Eindringdorns und alternativ eine Kabelkontaktierung mittels eines die Isolierung des Kabels aufschneidenden Schneidelements.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Verbindungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bei einer einfachen Handhabung eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem elektrischen Verbindungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein derart ausgestattetes Verbindungselement ermöglicht eine elektrische Kontaktierung eines Leiters des Kabels ohne vorherige Entfernung der Isolierung. Im Weiteren ist es nicht erforderlich, die Kontakthülse, wie aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise mittels eines Krimp-Werkzeugs zu quetschen, damit das Schneidelement bzw. der Dorn die Isolierung durchdringt.
Das Kabel wird zunächst durch das Klemmelement geführt und mit seinem freien Ende in die Führungshülse eingeschoben. Beim anschließenden Verschrauben des Klemmelementes mit dem Tragelement wird das Kabel axial verlagert und die Schneidelemente durchschneiden die Isolierung bzw. der Dorn dringt stirnseitig in das Kabel ein und es wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Leiter des Kabels und dem Kontaktelement hergestellt. Durch die Gestaltung der Schraubverbindung, insbesondere durch die Bemessung der Gewindesteigung, wird festgelegt, wie viel Umdrehungen das Klemmelement relativ zu dem Tragelement verdreht werden muss, um die erforderliche axiale Verlagerung des Kabels zu realisieren, wobei zu beachten ist, dass mit zunehmender Gewindesteigung eine Erhöhung der Kraft bzw. des Drehmomentes einhergeht.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ohne zusätzliches Werkzeug zuverlässig eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabel herstellbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Um ein für einen Monteur leicht handhabbares Verbindungselement bereitzustellen, ist bevorzugt das metallische Kontaktelement einstückig mit dem im Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigten Tragelement verbunden, und, insbesondere einteilig, mit einem stirnseitig aus dem Tragelement herausragenden Steckkontakt oder einer Steckbuchse verbunden. Demnach muss der Monteur neben dem Kabel lediglich zwei Einzelteile, nämlich das Klemmelement und das Tragelement mit dem darin festgelegten Kontaktelement handhaben.
Um mit dem in den, vorzugsweise mehrere Litzen umfassenden, Leiter des Kabels eindringenden Dorn eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zu erzielen, ist zweckmäßigerweise der Dorn koaxial zu der Führungshülse des Kontaktelementes sowie des Steckkontaktes bzw. der Steckbuchse ausgerichtet.
In weiterer Ausgestaltung weist das aus Kunststoff gefertigte klemmelement ein Außengewinde auf das zu einem Innengewinde des Tragelementes korrespondiert, und mit einer an der Isolierung des Kabels angreifenden, in axialer Richtung wirkenden Mitnahme versehen ist, die das Kabel beim Einschrauben des Klemmelementes in das Tragelement in Richtung des Steckkontaktes bzw. der Steckbuchse mitnimmt und gleichzeitig eine Zugentlastung bildet. Das Klemmelement kann im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die insbesondere axial wirkende Mitnahme für das Kabel kann eine Schneidkante oder Widerhaken umfassen und geringfügig in die Isolierung des Kabels eindringen.
Zur seriellen Fertigung besteht vorzugsweise das Kontaktelement aus einem Blech und ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, von denen jedes ein in Richtung des Zentrums weisendes Schneidelement aufweist, wobei die Schneidelemente durch Freistanzen und Prägen sowie entsprechendes Umformen des Bleches gebildet sind. Bei dieser Fertigung kann auch eine Schneidkante erzeugt werden, falls dies aufgrund der Dicke des Bleches erforderlich wird, um die Isolierung mit einer verhältnismäßig geringen Kraft aufzutrennen. Zweckmäßigerweise sind die beiden Teile des Kontaktelementes an ihren aneinander liegenden Rändern mit Vorsprüngen und dazu korrespondierende Ausnehmungen zur gegenseitigen Fixierung versehen.
Es ist ersichtlich, dass ein solches Verbindungselement auf allen Gebieten der Technik einsetzbar ist. Insbesondere sind derartige Verbindungselemente zur Verwendung bei Photovoltaik-Anlagen, vorzugsweise im der Witterung ausgesetzten Außenbereich, benutzbar. Mit derartigen Verbindungselementen ist die Montage einer Photovoltaikanlage wesentlich erleichtert, da zur Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindungen keine zusätzlichen Werkzeuge mitgeführt werden müssen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes mit einem elektrischen Kabel,
2 eine Schnittdarstellung des Verbindungselementes gemäß der Linie II-II mit einem ersten Kontaktelement,
3 eine Darstellung eines alternativen Kontaktelementes des Verbindungselementes und
4 eine Seitenansicht des Kontaktelementes nach 3.
Das elektrische Verbindungselement umfasst ein Tragelement 1 zur Aufnahme eines Kontaktelementes 2, wobei das Tragelement 1 mit einem ein elektrisches Kabel 3' halternden Klemmelement 4 axial zu verschrauben ist.
Das Klemmelement 4 ist aus Kunststoff im Spritzgussverfahren gefertigt und mit einem Außengewinde 5 versehen, das zu einem Innengewinde 6 des Tragelementes 1 korrespondiert. Am freien Ende des Klemmelementes 4 ist eine in axialer Richtung wirkende Mitnahme 7 vorgesehen, die eine den freien Durchmesser für eine Isolierung 8 des Kabels 3 bestimmende Kante 9 aufweist, die geringfügig in die Isolierung 8 des Kabels 3 eindringt. Die Mitnahme 7 verlagert das Kabel 3 beim Verschrauben des Klemmelementes 4 mit dem Tragelement 1 in Richtung des Tragelementes 1 und bildet darüber hinaus eine Zugentlastung für das Kabel 3.
Das metallische Kontaktelement 2 ist einstückig mit dem im Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigten Tragelement 1 verbunden und weist eine das Kabel 3 endseitig aufnehmende Führungshülse 10 auf, in die entweder die Isolierung 8 des Kabels 3 aufschneidende Schneidelemente 11 oder ein in das Zentrum des Kabels 3 eindringender Dorn 12 ragt. Am freien Ende des Tragelementes 1 ist das Kontaktelement 2 mit einem stirnseitig aus dem Tragelement 1 herausragenden Steckkontakt 13 oder einer Steckbuchse 14 versehen.
Gemäß den 3 und 4 besteht das Kontaktelement 2 aus einem Blech und ist aus zwei Teilen 15 zusammengesetzt, von denen jedes ein in Richtung des Zentrums weisendes Schneidelement 11 aufweist, wobei die Schneidelemente 11 durch Freistanzen und Prägen sowie entsprechendes Umformen des Bleches gebildet sind. Im Weiteren sind die beiden Teile 15 des Kontaktelementes 2, die Abschnittsweise die Führungshülse 10 für das Kabel 3 bilden, randseitig mit Vorsprüngen 16 und dazu korrespondierende Ausnehmungen 17 zur gegenseitigen Fixierung versehen.
Bei der Montage wird das Kabel 3 soweit in das lose mit dem Tragelement 1 verschraubte Klemmelement 4 eingeschoben, bis das Kabel 3 in der Führungshülse 10 einliegt und axial nicht weiter in Richtung des Tragelementes 1 verschoben werden kann. Anschließend erfolgt das Verschrauben des Klemmelementes 4 mit dem Tragelement 1, wobei das Kabel 3 axial verlagert wird und entweder die Schneidelemente 11 die Isolierung 8 des Kabels 3 durchschneiden, um einen von der Isolierung 8 umhüllten Leiter 18 des Kabels 3 elektrisch zu kontaktieren oder der Dorn 12 stirnseitig in das Kabel 3 eindringt, um den Leiter 18 elektrisch zu kontaktieren.

Claims

Elektrisches Verbindungselement mit einem Tragelement (1) zur Aufnahme eines Kontaktelementes (2), das mit einem isolierten Kabel (3) dadurch verbindbar ist, dass ein das Kabel (3) halterndes Klemmelement (4) axial in Längserstreckung des Kabels mit dem Tragelement (1) zu verschrauben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) eine das Kabel (3) endseitig aufnehmende Führungshülse (10) aufweist, in die entweder ein eine Isolierung (8) des Kabels (3) aufschneidendes Schneidelement (11) oder ein stirnseitig in den Leiter (18) des Kabels (3) eindringender Dorn (12) ragt.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Kontaktelement (2) einstückig mit dem im Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigten Tragelement (1) verbunden, und, insbesondere einteilig, mit einem stirnseitig aus dem Tragelement (1) herausragenden Steckkontakt (13) oder einer Steckbuchse (14) verbunden ist.
Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) koaxial zu der Führungshülse (10) des Kontaktelementes (2) sowie des Steckkontaktes (13) bzw. der Steckbuchse (14) ausgerichtet ist.
Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoff gefertigte Klemmelement (4) ein Außengewinde (5) aufweist, das zu einem Innengewinde (6) des Tragelementes (1) korrespondiert mit einer an der Isolierung (8) des Kabels (3) angreifenden, in axialer Richtung wirkenden Mitnahme (7) versehen ist, die das Kabel (3) beim Einschrauben des Klemmelementes (4) in das Tragelement (1) in Richtung des Steckkontaktes (13) bzw. der Steckbuchse (14) mitnimmt und gleichzeitig eine Zugentlastung bildet.
Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) aus einem Blech besteht und aus zwei Teilen (15) zusammengesetzt ist, von denen jedes ein in Richtung des Zentrums weisendes Schneidelement (11) aufweist, wobei die Schneidelemente (11) durch Freistanzen und Prägen sowie entsprechendes Umformen des Bleches gebildet sind.
Verbindungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (15) des Kontaktelementes (2) an ihren aneinander liegenden Rändern mit Vorsprüngen (16) und dazu korrespondierende Ausnehmungen (17) zur gegenseitigen Fixierung versehen sind.
Verwendung eines elektrischen Verbindungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Photovoltaik-Anlage.