DE102011012158A1

DE102011012158A1 - Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen

Info

Publication number: DE102011012158A1
Application number: DE102011012158A
Authority: DE
Inventors: Udo Hoppe
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: DE102011012158B9; DE102011012158B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen mit einer Sicherheitstrenneinrichtung zum Trennen der elektrischen Verbindung bei einem außergewöhnlichen Störfall, insbesondere bei einem Brand, wobei die Sicherheitstrenneinrichtung ein Sicherheitsgehäuse, ein von dem Sicherheitsgehäuse beherbergtes inneres elektrisches Steckkontaktpaar, eine im Funktionszustand vorgespannte Feder und eine Schmelzeinrichtung aufweist, dergestalt dass bei übermäßiger Wärmeeinwirkung auf die Sicherheitstrenneinrichtung die Schmelzeinrichtung soweit erweicht wird, dass die vorgespannte Feder das Sicherheitsgehäuse aufsprengt und dadurch das innere elektrische Steckkontaktpaar automatisch trennt, wobei sich zumindest an einem ersten Ende des Sicherheitsgehäuses ein erstes elektrisch leitfähiges Kontaktelement durch eine Öffnung in der Wandung des Sicherheitsgehäuses hindurch erstreckt, uäuses ein erstes externes dielektrisches Verbindergehäuse befestigt ist, welches den äußeren Abschnitt des ersten Kontaktelements beherbergt und somit einen ersten elektrischen Verbinder bildet, welcher an dem ersten Ende aus dem Sicherheitsgehäuse vorspringt, so dass das Sicherheitselement mittels des ersten Verbinders direkt mit einem komplementären elektrischen Gegenverbinder verbindbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen zum Trennen der Leistungsverkabelung, insbesondere im Brandfall sowie ein Verfahren zur Konfektionierung und zum Vor-Ort-Einbau des Sicherheitselements.
Hintergrund der Erfindung
Insbesondere in den letzten Jahren erleben photovoltaische Solarzellen einen regelrechten Boom, welcher durch kontinuierlich steigenden Wirkungsgrad und höhere Kosteneffizienz bewirkt wird. Aus denselben Gründen nimmt die Anzahl und Größe der Photovoltaikanlagen auf Dächern und im Freifeld stetig zu. In einer Photovoltaikanlage sind die einzelnen Solarmodule zu Strängen (Strings) in Serie geschaltet, um eine Anlagengleichspannung von typischerweise derzeit bis zu 1000 V zu erreichen. Ferner werden ggf. mehrere der Stränge parallel geschaltet. Für die hierfür erforderliche Verkabelung zum Abführen der elektrischen Leistung der Solaranlage werden insbesondere spezielle einpolige Solarstecker, wie z. B. gemäß dem SUNCLIX^®-System der Anmelderin verwendet. Aufgrund der hohen Spannung im Gleichspannungsteil der Solaranlage und der auftretenden Ströme im Ampere-Bereich besteht bei Störfällen, wie z. B. bei einem Brand, die akute Gefahr, dass Rettungskräfte lebensgefährlichen Spannungen ausgesetzt sein könnten. Insbesondere die Feuerwehr würde beim Löschen eines brennenden Dachstuhls mit einer Solaranlage Gefahr laufen, über das Löschwasser lebensgefährlichen elektrischen Spannungen ausgesetzt zu sein. Diese Gefahr besteht insbesondere tagsüber, aber selbst nachts kann bei größeren Anlagen selbst das vorhandene Restlicht noch zu lebensgefährlichen Spannungen führen. Derartige Gefahren bestehen allerdings nicht nur im Brandfall, sondern können auch bei anderen außergewöhnlichen Störfällen oder Unfällen bestehen, z. B. bei Sturmschäden oder Kraftfahrzeugkollisionen mit Freifeldanlagen, um nur einige Beispiele ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu nennen.
Aus der DE 10 2008 027 189 A1 ist daher ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen bekannt, welches einzelne Solar-Paneele einer Photovoltaikanlage in Gefahrfällen elektrisch voneinander trennt. Das Sicherheitselement verfügt über zwei elektrische Kontakte, die durch einen elektrisch isolierenden Sicherungskörper voneinander beabstandet sind. Dieser ist derart stoß- und wärmeempfindlich, dass er bei Einwirkung von erheblichen mechanischen Kräften und bei außergewöhnlichem Wärmeeintrag zerstört wird. Im Gefahrenfall zerbricht der Sicherungskörper oder er wird getrennt und die Feder drückt die Kontakte auseinander, um den Stromkreis zu öffnen.
Das in der DE 10 2008 027 189 A1 beschriebene Sicherheitselement ist jedoch in vielerlei Hinsicht weiterentwicklungs- und verbesserungswürdig. Zum Beispiel sind Solarkabel durch Kabelverschraubungen in den Sicherheitskörper geführt, um dort an einem Steckerstift, bzw. einer Buchse angebracht zu sein. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass ein hoher Konfektionierungsaufwand am Ort der Solaranlage, z. B. auf einem Gebäudedach, erforderlich ist und/oder eine hohe Variantenvielfalt, z. B. bedingt durch unterschiedliche Kabellängen besteht. Jeder Konfektionierungs- oder Arbeitsschritt im Freien, insbesondere auf einem Gebäudedach birgt für den Monteur eine Gefahr, erhöht den Zeit- und damit Kostenaufwand der Montage und bringt das Risiko von Fehlbedienungen bei der Montage mit sich. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Spezialteilen für das Sicherheitselement erforderlich, was hohe Herstellungs- und Logistikkosten zur Folge hat.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen bereit zu stellen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist und hohe Sicherheitsstandards erfüllt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen bereit zu stellen, welches am Montageort, z. B. auf einem Gebäudedach, möglichst wenig zusätzlichen Konfektionierungsaufwand an der Leistungsverkabelung erfordert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen bereit zu stellen, welches ohne oder zumindest mit möglichst wenig Konfektionierungsaufwand vor Ort in die bestehende Leistungsverkabelung einer bereits montierten Photovoltaikanlage nachrüstbar ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zur werksseitigen Konfektionierung des Sicherheitselements und zum Vor-Ort-Einbau in eine Photovoltaikanlage bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Patentansprüche betreffen jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen bereit gestellt, welches eine Sicherheitstrenneinrichtung zum Trennen der elektrischen Verbindung bei einem außergewöhnlichen Störfall, z. B. bei einem Brand, also bei außergewöhnlicher Wärmeeinwirkung über eine vorbestimmte Temperatur, wie sie nicht im Normalbetrieb, sondern bei einem Brand entsteht, aufweist. Die Sicherheitstrenneinrichtung soll die elektrische Verbindung der Leistungsverkabelung im Brandfall durch die Wärmeeinwirkung des Brandes auf das Sicherheitselement zuverlässig möglichst automatisch trennen, so dass die Rettungskräfte bei Störfallmaßnahmen, z. B. die Feuerwehr beim Löschen mit Löschwasser geschützt ist. Optional kann zusätzlich zu dem wärmeausgelösten Trennmechanismus noch ein weiterer Trennmechanismus vorgesehen sein, welcher zusätzlich eine durch mechanische Krafteinwirkung forcierte Trennung, z. B. mit einem Hammerschlag auf die Sicherheitstrenneinrichtung ermöglicht. Hierdurch wird der Sicherheitsstandard noch weiter erhöht.
Die Sicherheitstrenneinrichtung weist ein dreiteiliges Sicherheitsgehäuse auf, welches vorzugsweise aus einer Zylinderhülse und einem ersten und zweiten stirnseitigen Endstück besteht. Wenn die Möglichkeit einer durch äußere Krafteinwirkung forcierten Trennung gewünscht ist, besteht die Zylinderhülse bevorzugt aus einem zerbrechlichen Material, z. B. Keramik, Glas oder einem spröden Kunststoff. In dem Sicherheitsgehäuse wird ein inneres elektrisches Steckkontaktpaar aus einem ersten und zweiten Steckkontaktelement, welche im Störfall automatisch getrennt werden sollen, beherbergt. Die automatische Trennung wird durch eine im Funktionszustand von einem Feder- bzw. Sicherheitsgehäuse beherbergte vorgespannte Feder bewirkt, die das Sicherheitsgehäuse bei vordefiniert übermäßiger Wärmeeinwirkung, wie sie nur im Brandfall eintritt und/oder nach äußerer zerstörender Krafteinwirkung aufsprengt und dabei das innere Steckkontaktpaar automatisch voneinander trennt. Die Trennung durch Wärmeeinwirkung wird dadurch erreicht, dass das Sicherheitsgehäuse eine Schmelzeinrichtung umfasst, die mit der Feder vorgespannte Teile des Sicherheitsgehäuses bei Zimmertemperatur stabil miteinander verbindet und die bei vordefiniert übermäßiger Wärmeeinwirkung soweit erweicht, dass die Vorspannung der Feder die verbleibende Verbindungskraft übersteigt und schließlich die Verbindung aufsprengt.
Anders als bei dem aus der DE 10 2008 027 189 A1 bekannten Sicherheitselement erstreckt sich nun zusätzlich zu dem inneren Steckkontaktpaar zumindest an einem ersten Ende des Sicherheitsgehäuses ein drittes elektrisch leitfähiges, Kontaktelement, insbesondere ein gestanztes und geformtes Metallsteckkontaktelement mit einem nach außen gerichteten Steckkontakt, durch eine Öffnung in der Wandung des Sicherheitsgehäuses hindurch nach außen. Ferner ist zumindest an dem ersten Ende des Sicherheitsgehäuses ein erstes externes dielektrisches Verbindergehäuse, insbesondere ein Steckverbindergehäuse befestigt. Das externe Verbindergehäuse beherbergt den äußeren Steckkontakt des dritten Kontaktelements, so dass ein externer direkt an dem Sicherheitsgehäuse befestigter Verbinder, insbesondere Steckverbinder gebildet wird. Der äußere Steckkontakt des dritten Kontaktelements bildet dabei insbesondere einen äußeren Steckerstift oder eine äußere Steckbuchse, je nach dem ob ein männlicher oder weiblicher externer Steckverbinder gebildet wird. Das Steckgesicht des Verbindergehäuses ist dementsprechend angepasst. Somit springt an dem ersten Ende unmittelbar aus dem Sicherheitsgehäuse der erste externe Verbinder nach außen vor, so dass das Sicherheitselement bzw. das Sicherheitsgehäuse mittels des ersten Verbinders, insbesondere Steckverbinders unmittelbar mit einem komplementären elektrischen Gegenverbinder bzw. Gegensteckverbinder verbunden werden kann. Mit anderen Worten kann das Sicherheitselement ohne weiteres Solarkabel unmittelbar mit dem Gegenverbinder verbunden, vorzugsweise zusammengesteckt werden.
Dadurch kann dem Kunden ein Sicherheitselement angeboten werden, welches erstens vollständig beim Hersteller montiert wurde und zweitens unabhängig von Kabellängen ist. So kann in vorteilhafter Weise der Konfektionierungsaufwand vor Ort, z. B. auf dem Dach eines Gebäudes durch den Monteur verringert werden. Es ist insbesondere nicht notwendig, zusätzliche Kabel des Sicherheitselements abzulängen und händisch vor Ort mit Spezialwerkzeugen mit dem Sicherheitselement zu verbinden, z. B. an ein Kontaktelement des Sicherheitselements zu crimpen oder am anderen Ende des dem Sicherelement zugeordneten Kabels an einen weiteren Steckverbinder anzuschließen. Somit können auch zunächst vorgehaltene, aber vor Ort dann überflüssige Kabellängen vermieden werden. Dadurch wird für den Monteur die Montage vor Ort vereinfacht und es werden Kosten eingespart. Ferner wird die Gefahr einer Fehlbedienung oder einer vom Monteur versehentlich schlecht ausgeführten Verbindung verringert, da vom Monteur vor Ort im besten Fall lediglich noch werksseitig vorkonfektionierte Teile zusammengesteckt werden müssen, um das Sicherheitselement einzubauen. Jedenfalls kann zusätzlicher, durch den Einbau des Sicherheitselements verursachter Konfektionierungsaufwand am Montageort vermieden oder zumindest verringert werden. Dadurch kann auch die Gefahr einer Beschädigung des Sicherheitselements reduziert werden, wodurch ein hoher Sicherheitsstandard erreicht wird.
Insbesondere ist das Sicherheitselement beidseitig mit Verbindern bzw. Steckverbindern ausgerüstet. Demnach erstreckt sich an einem zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende des Sicherheitsgehäuses ein viertes elektrisch leitfähiges Kontaktelement, insbesondere ebenfalls ein Metallsteckkontaktelement durch eine Öffnung in der Wandung des Sicherheitsgehäuses hindurch. Ferner ist an dem zweiten Ende des Sicherheitsgehäuses ein zweites externes dielektrisches Verbindergehäuse, insbesondere Steckverbindergehäuse befestigt, welches den äußeren Kontaktabschnitt bzw. Steckkontakt des vierten Kontaktelements beherbergt und somit einen zweiten elektrischen Verbinder bzw. Steckverbinder bildet, welcher an dem zweiten Ende unmittelbar aus dem Sicherheitsgehäuse nach außen vorspringt, so dass das Sicherheitselement mittels des zweiten (Steck-)Verbinders direkt mit einem komplementären elektrischen Gegen(steck)verbinder verbunden werden kann. Vorzugsweise sind die beiden Steckverbinder an den beiden Enden des Sicherheitsgehäuses komplementär paarend (hetero-identisch), so dass das Sicherheitselement in eine vorhandene Steckverbindung desselben Steckverbindersystems eingefügt werden kann, in dem die vorhandene Steckverbindung getrennt und das Sicherheitselement zwischen die beiden getrennten Steckverbinder zwischen gesteckt wird.
Mit anderen Worten bilden das dritte und vierte Kontaktelement und das erste und zweite externe Verbindergehäuse jeweils einen an dem zugehörigen Endstück befestigten externen Steckverbinder und eine Stromdurchführung durch das Sicherheitsgehäuse nach innen zu dem im Störfall automatisch trennbaren inneren Steckkontaktpaar. Somit ist das Sicherheitselement vorzugsweise als eigenständige kurze Zwischenstecker-Einheit – ohne direkt und steckverbinderlos angeschlossenes Solarkabel – ausgebildet.
In vorteilhafter Weise wird somit eine einfache Nachrüstung bereits montierter Photovoltaikanlagen ermöglicht. In vorteilhafter Weise wird dabei die Leistungsverkabelung lediglich um die Länge des Sicherheitsgehäuses und der externen Steckverbindergehäuse verlängert. Dadurch dass das Sicherheitselement einschließlich der Steckverbinder relativ kurz ist, kann es insbesondere entweder ohne Verkürzung der vorhandenen Leitungsverkabelung zwischen gesteckt werden, was besonders einfach und fehlersicher ist oder die Verkürzung der vorhandenen Leistungsverkabelung beschränkt sich auf ein geringes Maß, so dass möglichst wenig des Solarkabels verschwendet und möglichst geringfügig in die vorhandene Verkabelung eingegriffen wird.
Es ist allerdings für bestimmte Anwendungen auch denkbar ein Sicherheitselement entweder beidseits mit zwei männlichen externen Verbindern oder beidseits mit zwei weiblichen externen Verbindern auszurüsten. In diesem Fall erfüllt das Sicherheitselement zusätzlich die Funktion eines Adapters.
Ferner ist es auch möglich, das Sicherheitselement nur einseitig mit einem externen Steckverbinder auszustatten und das Sicherheitselement z. B. unmittelbar an ein Gerätegehäuse, z. B. an einer auf der Rückseite der Photovoltaik-Module angebrachten Photovoltaik-Anschlussdose anzuflanschen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste und/oder zweite externe Verbindergehäuse jeweils einen sich an dem zugehörigen Ende des Sicherheitsgehäuses durch die Wandung erstreckenden Befestigungszapfen auf. Der Befestigungszapfen und eine äußere dielektrische Steckerhülse (männlich oder weiblich) des jeweiligen Verbindergehäuses beherbergen dabei das sich axial beidseits des Endstücks erstreckende dritte bzw. vierte Kontaktelement. Demnach werden die dielektrischen Verbindergehäuse jeweils von dem Befestigungszapfen, der äußeren Steckerhülse und ggf. weiteren Abschnitten wie Rastmittel etc. gebildet und die Verbindergehäuse werden mittels des Befestigungszapfens an dem zugehörigen Endstück des Sicherheitsgehäuses befestigt. Das metallische dritte und vierte Kontaktelement ist z. B. in den jeweiligen Befestigungszapfen gesteckt und dort verrastet.
Vorteilhafterweise werden somit das metallische dritte und vierte Kontaktelement gehalten und gut geschützt.
Die Befestigungszapfen werden innerhalb des Sicherheitsgehäuses jeweils mit einem inneren Befestigungselement an dem zugehörigen Endstück festgelegt, wobei die inneren Befestigungselemente jeweils eine integrale dielektrische Schutz- und Steckhülse aufweisen, welche jeweils einen der beiden Steckkontakte des inneren Steckkontaktpaares umschließen bzw. beherbergen. Somit verhindern die integralen Schutz- und Steckhülsen der Befestigungselemente nach einer störfallbedingten Trennung des Sicherheitselements ein Berühren der getrennten Kontaktelemente und bilden komplementär paarende innere Steckhülsen. Diese Bauweise erspart zusätzliche Bauteile und ist somit konstruktiv einfach und kostengünstig.
Bevorzugt sind die Befestigungszapfen als Gewindezapfen und die inneren Befestigungselemente als Überwurfmuttern ausgebildet. Die Überwurfmuttern weisen demnach integrale einander entgegen gerichtete Hülsenvorsprünge auf, welche jeweils die innere dielektrische Schutz- und Steckhülse für das innere Steckkontaktpaar bilden, derart dass die Hülsenvorsprünge im Funktionszustand komplementär paarend ineinander gesteckt sind. Dies hat den Vorteil, dass teilweise auf vorhandene Standardbauteile zurückgegriffen werden kann. Insbesondere wird als Steckverbindergehäuse, dasselbe Steckverbindergehäuse verwendet, welche auch bisher für kabeltragende Steckverbinder verwendet wird, z. B. für das SUNCLIX^®-Steckverbindersystem der Anmelderin. Es braucht lediglich die bisher verwendete Überwurfmutter durch eine abgewandelte Überwurfmutter mit integraler Schutz- und Steckhülse, z. B. einstückig aus Kunststoff gespritzt, ausgetauscht werden. Das externe Steckverbindergehäuse bleibt aber dasselbe. Hierdurch können Herstellungs-, Lager- und Logistikkosten für Montage und Nachrüstung niedrig gehalten werden. Die neuen Überwurfmuttern bilden demnach ein inneres Stiftsteckergesicht bzw. Buchsenkontaktsteckergesicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird noch weiter auf bisher verwendete Standardbauteile zurück gegriffen, indem die ersten und zweiten inneren Steckkontaktelemente des inneren Steckkontaktpaars und die dritten und vierten externen Steckkontaktelement wechselweise aus identischen gestanzten und geformten Metallsteckern bestehen, welche mit ihrem dem jeweiligen Steckkontaktende gegenüberliegenden rückwärtigen Ende direkt miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten werden bei einem als Zwischenstecker ausgebildeten Sicherheitselement einfach vier der bisherigen Standard-Metallstecker verwendet. Hiervon werden je zwei der Metallstecker an dem dem Steckerende gegenüberliegenden rückwärtigen Ende miteinander verbunden. Das Sicherheitselement umfasst demnach zwei beidseits steckbare Metall-Doppelsteckkontaktelemente. Die Verbindung der Metallstecker erfolgt z. B. direkt, dadurch dass die ohnehin vorhandenen rückwärtigen Crimpanschlüsse direkt miteinander verpresst, verschweißt, verlötet oder anderweitig direkt miteinander verbunden werden. Hierdurch kann noch weiter in vorteilhafter Weise auf vorhandene Standardbauteile zurückgegriffen werden. In diesem Fall ist die Länge der Zylinderhülse auf die Länge der aus zwei Standard-Metallsteckkontaktelementen bestehenden Metall-Doppelsteckkontaktelemente angepasst. Es kann allerdings auch ein kurzes Metallzwischenstück zwischengeschaltet werden, wenn die Länge verändert werden soll.
Wenn eine zerbrechbare Ausgestaltung der Sicherheitstrenneinrichtung gewünscht ist, um durch einen Hammerschlag auf das Sicherheitsgehäuse das innere Steckkontaktpaar trennen zu können, wird dies vorzugsweise dadurch realisiert, dass das Sicherheitsgehäuse eine äußere Zylinderhülse aus zerbrechlichem Material umfasst und die Endstücke jeweils an den beiden stirnseitigen axialen Enden der Zylinderhülse befestigt sind. Hierbei ist die Zylinderhülse vorzugsweise einstückig aus mit einem Hammerschlag zerbrechbarem Material hergestellt. Die einstückige Zylinderhülse besteht dabei z. B. aus Keramik, Glas oder einem spröden Kunststoff. Ferner umschließt die als Spiralfeder ausgebildete Feder im Funktionszustand das innere Steckkontaktpaar mit den zugehörigen Schutz- und Steckhülsen und die Zylinderhülse umschließt im Funktionszustand im Wesentlichen vollständig die Spiralfeder, das innere Steckkontaktpaar und die zugehörigen Schutz- und Steckhülsen. Die beiden separaten und an den Stirnseiten der Zylinderhülse befestigten Endstücke müssen nicht zwingend aus dem zerbrechlichen Material, sondern können ggf. aus gewöhnlichem Kunststoff hergestellt sein. Hierdurch werden ein einfacher Aufbau und eine kostengünstige Herstellung erreicht. Im Störfall wird das Endstück von der Zylinderhülse abgesprengt.
Vorzugsweise ist jeweils eine erste Dichtung zwischen dem ersten externen Verbindergehäuse und dem ersten Endstück und/oder zwischen dem zweiten externen Verbindergehäuse und dem zweiten Endstück umfasst, mittels welcher das erste und/oder zweite externe Verbindergehäuse in der Öffnung des jeweiligen Endstücks zumindest spritzwassergeschützt abgedichtet ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Sicherheitsgehäuse für den Einsatz im Freien geeignet ist und entsprechende Dichtigkeitsnormen erfüllt.
Um die automatische Trennung im Brandfall zu ermöglichen ist in dieser konstruktiven Ausgestaltung zumindest eines der ersten und zweiten Endstücke mit der Zylinderhülse mittels eines wärmeerweichenden Klebstoffs verklebt, welcher die Schmelzeinrichtung bildet. Die Schmelzeinrichtung bzw. Klebstoffnaht ist axial an einem stirnseitigen Ende der Zylinderhülse angeordnet und verbindet eines der beiden Endstücke mit der Zylinderhülse. Aufgrund der konstruktiv relativ großen Klebefläche eignen sich hierfür in vorteilhafter Weise z. B. auch thermoplastische Klebstoffe auf Kunststoffbasis.
Vorzugsweise sind die Endstücke jeweils als stirnseitig randständige Deckel für die Zylinderhülse ausgebildet und greifen in die Zylinderhülse ein. Hierfür weist das jeweilige Endstück einen nach innen vorspringenden Passring auf, welcher in die Zylinderhülse eingesteckt ist. Der eine der Passringe ist vorzugsweise am äußeren Umfang mit dem inneren Umfang der Zylinderhülse verklebt, um die Klebeverbindung zu schaffen. Um die Klebkraft zu erhöhen, können der Passring des verklebten Endstücks an seinem äußeren Umfang und/oder die Zylinderhülse an ihrem inneren Umfang eine Nut aufweisen, in welcher der wärmeerweichende Klebstoff eingebracht ist. Eine Nut mit einer Mindestbreite von 2 mm und einem Mindestumfang von 75 mm erscheint ggf. ausreichend um eine hinreichende Klebkraft mit einem thermoplastischen Klebstoff auf Kunststoffbasis, z. B. einem thermoplastisch erweichenden Epoxidklebstoff zu erzielen.
Die Feder ist vorzugsweise mit zumindest etwa 40 bis 60 N Kraft vorgespannt, um eine hinreichende Trennkraft für das innere Steckkontaktpaar aufzubringen. Daher sollte die Klebverbindung bei Zimmertemperatur eine Haltekraft von zumindest 100 N aufweisen. Die Auslösetemperatur des wärmeerweichenden Klebstoffs, also die Temperatur, bei welcher der Klebstoff so weich wird, dass die Feder die Verbindung aufsprengt, wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100°C und 130°C eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass bei dieser Temperatur die Kunststoffteile, wie die externen Steckverbindergehäuse sowie die Endstücke noch hinreichend stabil sind, andererseits eine Auslösung aber auch nicht durch große Sommerhitze bewirkt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Endstück mit dem wärmeerweichenden Klebstoff mit der Zylinderhülse verklebt, wohingegen das zweite Endstück ohne Klebstoff, z. B. formschlüssig mit der Zylinderhülse verbunden wird. Dies erleichtert die Montage im Werk, wie nachfolgend noch deutlicher werden wird. Die formschlüssige Verbindung erfolgt z. B. mittels Bolzen, die in korrespondierende Bohrungen in der Zylinderhülse und dem Endstück vorhanden sind.
Das Konfektionieren des Sicherheitselements im Werk und die Montage des werksseitig konfektionierten Sicherheitselements am Montageort der Photovoltaikanlage ist besonders einfach wie folgt.
Zunächst werden in einem Schritt a) das erste und dritte Steckkontaktelement in dem ersten Verbindergehäuse montiert und das zweite und vierte Steckkontaktelement in dem zweiten Verbindergehäuse montiert, vorzugsweise in Form von jeweils beidseits steckbaren Doppel-Metallsteckkontaktelementen, welche in dem zugehörigen Verbindergehäuse verrastet werden.
In einem nachfolgenden Schritt b) werden das erste und zweite Verbindergehäuses mit den eingesetzten Doppel-Metallsteckkontaktelementen in dem ersten bzw. zweiten Endstück montiert, z. B. mit den vorstehend beschriebenen Überwurfmuttern mit integrierten inneren Schutz- und Steckhülsen, wobei die nach innen weisenden Steckkontakte der beiden inneren Steckkontaktelemente dabei von den Schutz- und Steckhülsen berührgeschützt umschlossen werden und paarend verbindbar sind.
In einem nachfolgenden Schritt c) wird das erste Endstück mit einem ersten stirnseitigen Ende der Zylinderhülse mittels des wärmeerweichenden Klebstoffs verklebt.
Nach Aushärten des Klebstoffes wird in einem Schritt d) die Feder in die einseitig geschlossene Zylinderhülse eingesetzt.
Nach dem Einsetzen der Feder wird in einem Schritt e) das zweite Endstück mit dem darin bereits befestigten zweiten externen Verbindergehäuse in das zweite stirnseitige Ende des Zylindergehäuse eingesetzt und dieses verschlossen, wobei beim Verschließen der Zylinderhülse mit dem zweiten Endstück automatisch im Inneren der Zylinderhülse die beiden inneren Steckkontakte elektrisch kontaktierend ineinander gesteckt sowie die Feder vorgespannt werden.
In einem nachfolgenden Schritt f) wird das zweite Endstück an dem zweiten stirnseitigen Ende der Zylinderhülse befestigt, z. B. mit den Querbolzen, so dass nun aus den beiden Endstücken und der Zylinderhülse ein geschlossenes Sicherheitsgehäuse mit jeweils einem Verbinder an den beiden stirnseitigen Enden des Sicherheitsgehäuses gebildet wird. Die Schritte a) bis f) können in vorteilhafter Weise im Werk durchgeführt werden, so dass das so werksseitig zusammengebaute Sicherheitselement fertig konfektioniert an den Montageort geliefert werden kann. Beim Zusammenbau kann bis auf das Sicherheitsgehäuse und die zwei speziellen Überwurfmuttern auf Standard-Bauteile des verwendeten Steckverbindersystems zurückgegriffen werden, z. B. das SUNCLIX^®-System der Anmelderin.
Nachfolgend braucht der Monteur am Ort der Photovoltaikanlage das in den Schritten a) bis f) konfektionierte Sicherheitselement lediglich noch in die Leistungsverkabelung einstecken, ohne dass eine Vor-Ort-Konfektionierung, z. B. ein Ablängen oder Ancrimpen von Kabeln speziell für den Einbau des Sicherheitselements zwingend erforderlich ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 eine Explosionszeichnung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselements,
2 eine perspektivische Darstellung des Sicherheitselements aus 1 im fertig montierten Funktionszustand von schräg rechts,
3 eine perspektivische Darstellung des Sicherheitselements aus 2 von schräg links,
4 eine Seitenansicht des Sicherheitselements aus 2,
5 eine Draufsicht auf das Sicherheitselement aus 2,
6 ein Schnitt durch das fertig montierte Sicherheitselement im Funktionszustand entlang der Linie A-A in 5,
7 eine perspektivische Ansicht eines Metall-Doppelsteckkontaktelements des Sicherheitselements,
8 eine perspektivische Darstellung der beiden Steckverbindergehäuse mit eingesetzten Metall-Doppelsteckkontaktelementen,
9 eine perspektivische Darstellung beim Einsetzen der Verbindergehäuse in die Endstücke des Sicherheitsgehäuses,
10 eine perspektivische Darstellung der in den Endstücken montierten und mit Spezialüberwurfmuttern befestigten Verbindergehäuse,
11 eine perspektivische Darstellung beim Einsetzen der Feder in das Sicherheitsgehäuse,
12 eine perspektivische Darstellung beim Einsetzen des zweiten Endstücks mit dem zweiten Verbindergehäuse in die Zylinderhülse des Sicherheitsgehäuses,
13 eine Schnittdarstellung entsprechend 6 einer zweiten Ausführungsform des Sicherheitselements mit nur einem externen Steckverbinder zur Montage in einer Gehäusewand und
14 eine perspektivische Darstellung des Sicherheitselements aus 13.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 umfasst das Sicherheitselement 1 ein Sicherheitsgehäuse 12 bestehend aus einer zerbrechlichen Zylinderhülse 14, z. B. aus Keramik, und einem ersten und zweiten Endstück 16a, 16b. Beide Endstücke 16a, 16b sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weisen von einer ebenen Basisplatte 17a, 17b einen nach innen vorspringenden integralen Passring 18a, 18b auf, welcher in das erste bzw. zweite stirnseitige Ende 14a, 14b der keramischen Zylinderhülse 14 gesteckt wird, um das dreiteilige Sicherheitsgehäuse 12 beidseitig zu schließen.
Der erste Passring 18a weist an seinem äußeren Umfang eine Klebstoffnut 20a auf, welche mit einer innenumfänglichen Klebstoffnut 22a im Bereich des rechten Endes 14a der Zylinderhülse 14 korrespondiert (vgl. 6). In den von den beiden Nuten 20a, 22a gebildeten Ringraum 23 ist der wärmeerweichende Klebstoff 56 eingebracht, um das separate erste Endstück 16a mit der Zylinderhülse 14 thermisch lösbar zu verkleben. Die Schmelzeinrichtung ist demnach axial am stirnseitigen Ende 14a der einstückigen Zylinderhülse 14 angeordnet. Das separate zweite Endstück 16b wird mittels Bolzen 25b (vgl. 6) in korrespondierenden Radialbohrungen 24b, 26b in der Zylinderhülse bzw. in dem Passring 18b formschlüssig an der Zylinderhülse 14 befestigt.
Das Sicherheitselement 1 umfasst ferner ein erstes und zweites dielektrisches Steckverbindergehäuse 30a, 30b mit nach innen vorspringenden Gewindezapfen 32a, 32b. Die Gewindezapfen 32a, 32b werden durch Öffnungen 34a, 34b in den deckelförmigen Endstücken 16a, 16b gesteckt und innen mit Überwurfmuttern 40a, 40b verschraubt, um die Verbindergehäuse jeweils an den zugehörigen Endstücken 16a, 16b zu befestigen. Die speziellen Überwurfmuttern 40a, 40b weisen integrale zueinander komplementäre Schutz- und Steckhülsen 42a, 42b aus dielektrischem Material, insbesondere Kunststoff, auf. Die Überwurfmuttern 40a, 40b sind jeweils mit Dichtungen 41a, 41b spritzwassergeschützt gegen die zugehörigen Endstücke 16a, 16b abgedichtet.
Zwei innere zueinander komplementäre Metallsteckkontaktelemente 44a, 44b bilden das innere Steckkontaktpaar 44, welches im Störfall automatisch getrennt werden soll. Zwei äußere Metallsteckkontaktelemente 46a, 46b bilden einerseits die von den Steckverbindergehäusen 30a, 30b bzw. Gewindezapfen 32a, 32b beherbergten elektrischen Durchführungen durch das Sicherheitsgehäuse 12 und andererseits den jeweiligen äußeren Steckkontakt 66a, 66b der externen Steckverbinder 50a, 50b. Der Steckverbinder 50a mit dem männlichen Metallsteckkontaktelement 46a umfasst noch ein steckverbindersystemspezifisches Entrastelement 52. Die Spiralfeder 54 ist an den Durchmesser der speziellen Überwurfmuttern 40a, 40b sowie den Innendurchmesser und die innere Längsausdehnung des Sicherheitsgehäuses 12 angepasst. Im montierten Funktionszustand ist die Spiralfeder 54 gegen die Innenseiten 19a, 19b der Passringe 18a, 18b der Endstücke 16a, 16b druckbeaufschlagt vorgespannt, wodurch eine präzise Geometrie und damit genau definierbare Vorspannung erreicht wird.
Bezugnehmend auf die 2 bis 5 bildet das fertig zusammengebaute Sicherheitselement 1 einen beidseits steckbaren Zwischenstecker, bestehend aus der Sicherheitstrenneinrichtung 2 mit dem Sicherheitsgehäuse 12, und den beiden externen Steckverbindern 50a, 50b. Die beiden axialen externen Steckverbinder 50a, 50b sind komplementär paarend (hetero-identisch), so dass das Sicherheitselement 1 in jede vorhandene Steckverbindung desselben Steckverbindersystems als Zwischenstecker einfach zwischengesteckt werden kann, um das System mit dem Sicherheitselement 1 aus- bzw. nachzurüsten. Das hier verwendete Steckverbindersystem (SUNCLIX^®) weist komplementäre Rastmittel 56a, 56b zur sicheren Verrastung auf.
6 zeigt das Sicherheitselement 1 im Funktionszustand. Die beiden Steckverbinder 50a, 50b sind mit den Gewindezapfen 32a, 32b durch die Bohrungen 34a, 34b in den im Wesentlichen zylindrischen dielektrischen Endstücken 16a, 16b gesteckt und innen mit den speziellen Überwurfmuttern 40a, 40b verschraubt. Die Feder 54 umgibt als Spiralfeder die beiden Überwurfmuttern 40a, 40b mit dem darin beherbergten inneren Steckkontaktpaar 44. Wie ersichtlich ist, bilden die beiden Endstücke 16a, 16b mit den zugehörigen externen Steckverbindern 50a, 50b einerseits sowie den als inneres Steckverbindergehäuse mit Schutz- und Steckhülsen ausgebildeten Überwurfmuttern 40a, 40b und Metallsteckkontaktelementen 44a, 44b andererseits, jeweils montierte, beidseits steckbare Teilgruppen (vgl. auch 10). Die externen Steckverbindergehäuse 30a, 30b sind identisch mit den für dieses Steckverbindersystem verwendeten sonstigen Steckverbindergehäusen, ebenso wie zumindest die zugehörigen externen Metallsteckkontaktelemente 46a, 46b, so dass das Sicherheitselement 1 systemkompatibel ist. Es braucht lediglich die für das Standardsteckverbindersystem ansonsten übliche einfache Überwurfmutter durch die speziellen Überwurfmuttern 40a, 40b mit den integrierten Schutz- und Steckhülsen 42a, 42b ausgetauscht zu werden. Die beiden Metallsteckkontaktelemente 44a, 44b des inneren Steckkontaktpaares 44 sind in diesem Ausführungsbeispiel überkreuz identisch mit den äußeren Metallsteckkontaktelementen 46a, 46b. In vorteilhafter Weise kann somit auf möglichst viele Standardbauteile des bereits vorhandenen Steckverbindersystems zurückgegriffen werden, was kostengünstig ist.
Die Metallsteckkontaktelemente 44a, 44b, 46a, 46b sind jeweils einstückig aus Metallblech gestanzt und geformt und weisen entweder einen Steckerstift 66a, 64b oder eine komplementäre Steckbuchse 64a, 66b als Steckkontakt auf. Ferner weisen die Metallsteckkontaktelemente 44a, 44b, 46a, 46b an ihren jeweiligen dem Steckerstift bzw. der Steckbuchse 64a, 64b, 66a, 66b gegenüberliegenden rückwärtigen Ende eine Crimpklammer 74a, 74b, 76a, 76b auf, welche in dem sonstigen Standardsteckverbindersystem zum ancrimpen der Solarleistungskabel vorgesehen ist.
Bezugnehmend auf 7 werden für das vorliegende Sicherheitselement nun jeweils zwei dieser herkömmlichen komplementären Metallsteckkontaktelemente mit ihren jeweiligen rückwärtigen Crimpklammern direkt miteinander verbunden. Die direkte Verbindung der Metallsteckkontaktelemente kann entweder durch unmittelbares miteinander Vercrimpen der Crimpklammern oder durch andere Verbindungsverfahren erfolgen, mit welchen gestanzte und geformte Metallsteckkontaktelemente verbunden werden können, z. B. Löten oder Schweißen. Somit bilden jeweils zwei miteinander verbundene Metallsteckkontaktelemente eine verbundene Einheit in Form von Doppel-Metallsteckkontaktelementen. Die Doppel-Metallsteckkontaktelemente sind jeweils als Einheit in das zugehörige Steckverbindergehäuse 30a, 30b einsetzbar und werden dort vorzugsweise verrastet.
Das zusammengebaute Sicherheitsgehäuse 12 ist als gerader Kreiszylinder geformt, bei welchem die Endstücke 16a, 16b geometrisch die beiden Zylindergrundflächen bilden, aus denen die externen Steckverbinder 30a, 30b vorspringen. Die Schmelzeinrichtung ist axial im Bereich des inneren Befestigungsmittels – in diesem Beispiel die Überwurfmutter 40a – für das Verbindergehäuse 30a angeordnet. Die Befestigungsmittel bzw. Überwurfmuttern 40a, 40b sind jeweils innerhalb der zugehörigen Passringe 18a, 18b versenkt, wodurch eine stabile und kompakte Bauweise erzielt wird. Die inneren Steckkontaktelemente 44a, 44b sind im Wesentlichen vollständig innerhalb der einstückigen Zylinderhülse 14 bzw. des Sicherheitsgehäuses 12 angeordnet. Gleiches gilt in dem Ausführungsbeispiel für die direkt miteinander verbundenen rückwärtigen Crimpklammern 74a, 76a bzw. 74b, 76b. Falls gewünscht, kann zur Längenanpassung aber auch eine kurze Metallverlängerung zwischen die jeweiligen Crimpklammern eingesetzt werden (nicht dargestellt). Die Steckkontakte 66a, 66b der äußeren Steckkontaktelemente 46a, 46b hingegen liegen axial im Wesentlichen außerhalb der Zylinderhülse 14 bzw. des zylindrischen Sicherheitsgehäuses 12.
Bezugnehmend auf 8 ist die Steckbarkeit des inneren Steckkontaktpaares 44 gut zu erkennen. Die beiden externen Steckverbinder 50a, 50b sind somit jeweils als beidseitig steckbare Steckverbinder ausgebildet. Die innere Steckverbindung ist – nur durch die Klemmkraft gehalten – lösbar gesteckt, wohingegen die äußere Steckverbindung mit den komplementären Rastmitteln 56a, 56b gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert ist.
Bezugnehmend auf 9 bis 12 wird nachfolgend das Verfahren zum Zusammenbau des Sicherheitselements 1 näher erläutert.
Bezugnehmend auf 9 und 10 werden zunächst die externen Steckverbindergehäuse 30a, 30b mittels der speziellen Überwurfmuttern 40a, 40b mit den Endstücken 16a, 16b verschraubt, um zwei fertig montierte Teilgruppen zu erhalten. Die Basisplatten 17a, 17b bilden dabei einen Anschlag beim Einstecken der Endstücke 16a, 16b in die Zylinderhülse 14. Die Steckverbindergehäuse 30a, 30b weisen hierfür jeweils einander zugewandte Anschlagsflächen 31a, 31b auf, welche an den ebenen Außenseiten 15a, 15b der zugehörigen Endstücke 16a, 16b bzw. Basisplatten 17a, 17b in Anlage kommen. Die Überwurfmuttern 40a, 40b kommen an den Innenseiten der zugehörigen Basisplatten 17a, 17b zur Anlage, so dass die ebenen Basisplatten 17a, 17b der Endstücke 16a, 16b jeweils zwischen den Anschlagsflächen 31a, 31b der Steckverbindergehäuse 30a, 30b und den zugehörigen Überwurfmuttern 40a, 40b festgelegt sind. Die Basisplatten 15a, 15b bilden demnach jeweils einen Kragen zwischen den Überwurfmuttern 40a, 40b und den äußeren Abschnitten der Steckverbindergehäuse 30a, 30b. Die beiden verschraubten Teilgruppen sind jeweils als vormontierte Einheiten 51a, 51b ausgebildet, die beidseits mit den Steckverbindergehäusen 30a, 30b in die Zylinderhülse 14 einsetzbar sind, wodurch die Montage erleichtert wird. Die vormontierten Einheiten 51a, 51b bilden dabei jeweils beidseitig steckbare Verbinderbaugruppen und werden daher im Folgenden auch als beidseitige Steck-Einheiten 51a, 51b bezeichnet.
Bezugnehmend auf 11 wird nachfolgend diejenige beidseitige Steck-Einheit 51a mit dem Endstück 16a mit der Klebstoffnut 20a mit dem wärmeerweichenden Klebstoff 56 in die Zylinderhülse 14 eingeklebt. Nachfolgend wird auf der gegenüber liegenden Seite die Feder 54 eingesetzt. Nach dem Aushärten des Klebstoffs 56 wird die andere beidseitige Steck-Einheit 51b mit dem zweiten Steckverbinder 50b aufgesetzt, die Feder komprimiert und das Endstück 16b mittels Bolzen 25b in den Bohrungen 24b, 26b formschlüssig befestigt.
Wieder Bezugnehmend auf 6 ist das rechte Endstück 16a mittels des wärmeerweichenden Klebstoffs 56 in dem Ringraum 23 verklebt. Bei übermäßiger Wärmeeinwirkung erweicht der Klebstoff 56 so weit, dass die Klebverbindung der Federkraft nicht mehr standhalten kann und das Endstück 16a mitsamt dem Steckverbinder 50a von der Zylinderhülse 14 abgesprengt wird, wobei das innere Steckkontaktpaar 44 getrennt wird. Die Schutz- und Steckhülsen 42a, 42b umgeben aber auch im getrennten Zustand nach wie vor die Steckbuchse 64a bzw. den Steckerstift 64b des inneren Steckkontaktpaares 44, so dass auch im ausgelösten Zustand alle stromführenden Metallteile berührgeschützt sind (vgl. 10).
Vorzugsweise besteht die Zylinderhülse 14 aus Keramik, die Endstücke 16a, 16b jedoch können aus dem üblichen Kunststoff bestehen, aus dem auch die Steckverbindergehäuse 30a, 30b hergestellt sind. Die Feder ist mit mindestens 40 bis 60 N vorgespannt, um die notwendige Trennkraft für das innere Steckkontaktpaar 44 aufbringen zu können. In Kombination hiermit hat sich eine Klebkraft der Klebverbindung 56 bei Zimmertemperatur von mindestens 100 bis 120 N als geeignet erwiesen. Diese Mindestklebkraft kann insbesondere mithilfe der Nutkonstruktion 20a, 22a durch einen Kunststoffkleber, z. B. ein geeignetes wärmeerweichendes Epoxydharz realisiert werden. Die Kunststoffsteckverbindergehäuse 30a, 30b sowie die Kunststoffendstücke 16a, 16b bestehen z. B. aus glasfaserverstärktem Polyamid, welches mindestens 120°C verträgt. Die Auslösetemperatur des wärmeerweichenden Klebstoffs 56 wird etwa zwischen 100 und 130°C eingestellt. Die Klebstoffnuten 20a, 22a weisen hierfür eine Breite von etwa 3 mm und einen Durchmesser von etwa 40 mm auf, was eine Klebefläche von etwa 360 cm² ergibt. Vorteilhafterweise kann somit auf eine metallische Verbindung verzichtet werden.
Bezugnehmend auf 13 und 14 ist eine zweite alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselements 1' dargestellt. Das Sicherheitselement 1' ist gleich dem Sicherheitselement 1, abgesehen davon, dass es lediglich einseitig als externer Steckverbinder ausgebildet ist. Die rechte Seite des Sicherheitselements 1' ist im Gegensatz dazu zur Montage in einer Gehäusewand 80 ausgebildet. Es könnte zwar auch im Inneren 82 des Gerätegehäuses eine Steckverbindung vorgesehen sein, möglich bei dieser gehäusemontierbaren Variante ist allerdings auch der direkte Anschluss eines Gehäuseinnenleiters 84 direkt an die Crimpklammer 74a des inneren Metallsteckkontaktelements 44a. Nichtsdestotrotz bleibt der Vorteil der Verwendung von möglichst vielen Standardkomponenten des bereits vorhandenen Steckverbindersystems sowie die werksseitige Konfektionierbarkeit bestehen. Auch das gehäusemontierbare Sicherheitselement 1' kann komplett werkseitig konfektioniert und an dem Gerätegehäuse montiert werden. Auch hier sind vor Ort, z. B. auf dem Dach vom Monteur lediglich noch Steckverbindungen herzustellen, jedoch keine Konfektionierungs- oder Crimpvorgänge auszuführen sowie keine zusätzlichen Kabel abzulängen, da die Gehäuseinternen Verkabelungen in der Regel nicht vor Ort konfiguriert zu werden brauchen.
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. 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008027189 A1 [0003, 0004, 0012]

Claims

Sicherheitselement (1, 1') für Photovoltaikanlagen mit einer Sicherheitstrenneinrichtung zum Trennen der elektrischen Verbindung bei einem Störfall, insbesondere bei einem Brand, wobei die Sicherheitstrenneinrichtung ein Sicherheitsgehäuse (12), ein von dem Sicherheitsgehäuse (12) beherbergtes inneres elektrisches Steckkontaktpaar (44) mit einem ersten und zweiten inneren Steckkontaktelement (44a, 44b), eine im Funktionszustand vorgespannte Feder (54) und eine Schmelzeinrichtung (56) aufweist, dergestalt dass bei übermäßiger Wärmeeinwirkung auf die Sicherheitstrenneinrichtung die Schmelzeinrichtung (56) soweit erweicht wird, dass die vorgespannte Feder (54) das Sicherheitsgehäuse (12) aufsprengt und dadurch das innere elektrische Steckkontaktpaar (44) automatisch trennt, wobei sich zumindest an einem ersten Ende (14a) des Sicherheitsgehäuses (12) ein drittes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (46a) durch eine Öffnung (34a) in der Wandung des Sicherheitsgehäuses hindurch erstreckt, und zumindest an dem ersten Ende des Sicherheitsgehäuses (12) ein erstes externes dielektrisches Verbindergehäuse (30a) befestigt ist, welches den äußeren Kontaktabschnitt (66a) des dritten Kontaktelements (46a) beherbergt und somit einen ersten elektrischen Verbinder (50a) bildet, welcher an dem ersten Ende (14a) aus dem Sicherheitsgehäuse (12) vorspringt, so dass das Sicherheitselement (1, 1') mittels des ersten Verbinders (50a) direkt mit einem komplementären elektrischen Gegenverbinder verbindbar ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 1, wobei sich an einem zweiten Ende (14b) des Sicherheitsgehäuses (12) ein viertes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (46b) durch eine Öffnung (34b) in der Wandung des Sicherheitsgehäuses (12) hindurch erstreckt und an dem zweiten Ende (14b) des Sicherheitsgehäuses (12) ein zweites externes dielektrisches Verbindergehäuse (30b) befestigt ist, welches den äußeren Kontaktabschnitt (66b) des vierten Kontaktelements (46b) beherbergt und somit einen zweiten elektrischen Verbinder (50b) bildet, welcher an dem zweiten Ende (14b) aus dem Sicherheitsgehäuse (12) vorspringt, so dass das Sicherheitselement (1) mittels des zweiten Verbinders (50b) direkt mit einem komplementären elektrischen Gegenverbinder verbindbar ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das dritte und vierte Kontaktelement (46a, 46b) als Metallsteckkontaktelemente ausgebildet sind mit dem ersten und zweiten externen Verbindergehäuse (30a, 30b) jeweils einen Steckverbinder (50a, 50b) bilden, so dass das Sicherheitselement (1) als eigenständiger kurzer Zwischenstecker ausgebildet ist, welcher in eine vorhandene Steckverbindung zwischensteckbar ist, um die vorhandene Steckverbindung mit dem Sicherheitselement (1) nachrüsten zu können.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite externe Verbindergehäuse (30a, 30b) jeweils einen sich an dem zugehörigen Ende des Sicherheitsgehäuses (14a, 14b) durch die Wandung erstreckenden Befestigungszapfen (32a, 32b) aufweist, welcher einen inneren Abschnitt (76a, 76b) des dritten bzw. vierten Kontaktelements (46a, 46b) beherbergt, und mittels welchem das jeweilige Verbindergehäuse (30a, 30b) an dem Sicherheitsgehäuse (12) befestigt ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 4, wobei an dem ersten und/oder zweiten Ende (14a, 14b) innerhalb des Sicherheitsgehäuses (12) jeweils ein inneres Befestigungselement (40a, 40b) an dem Befestigungszapfen (32a, 32b) montiert ist, mittels welchem das jeweilige Verbindergehäuse (30a, 30b) in einer zugehörigen Öffnung (34a, 34b) des Sicherheitsgehäuses (12) befestigt ist und wobei die inneren Befestigungselemente (40a, 40b) jeweils eine integrale dielektrische Schutz- und Steckhülse (42a, 42b) aufweisen, welche jeweils eines der beiden Steckkontaktelemente (44a, 44b) des inneren Steckkontaktpaares (44) umschließen, so dass die Schutz- und Steckhülsen (42a, 42b) im Funktionszustand komplementär paarend ineinander gesteckt sind und nach einer störfallbedingten Trennung des Sicherheitselements (1) ein Berühren der getrennten Steckkontaktelemente (44a, 44b) verhindern.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 5, wobei die Befestigungszapfen (32a, 32b) als Gewindezapfen und die inneren Befestigungselemente (40a, 40b) als Überwurfmuttern ausgebildet sind, wobei die Überwurfmuttern entgegengerichtete integrale Hülsenvorsprünge aufweisen, welche jeweils die innere dielektrische Schutz- und Steckhülse (42a, 42b) für das innere Steckkontaktpaar (44) bilden, wobei die integralen Hülsenvorsprünge der Überwurfmuttern im Funktionszustand komplementär paarend ineinander gesteckt sind.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beiden Steckkontaktelemente (44a, 44b) des inneren Steckkontaktpaars (44) und das dritte und vierte Kontaktelement (46a, 46b) wechselweise aus identischen gestanzten und geformten Metallsteckern bestehen, welche mit ihrer dem jeweiligen Steckerende (64a, 64b, 66a, 66b) gegenüberliegenden rückwärtigen Ende (74a, 74b, 76a, 76b) direkt miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet oder vercrimpt, sind.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitsgehäuse (12) zumindest teilweise aus einem zerbrechlichen Material besteht, dergestalt dass das Sicherheitsgehäuse (12) im Störfall durch einen Hammerschlag zerbrechbar ist, wobei die vorgespannte Feder (54) das innere Steckkontaktpaar (44) beim Zerbrechen des Sicherheitsgehäuses (12) automatisch trennt.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitsgehäuse (12) eine äußere Zylinderhülse (14) und zumindest ein an dem ersten stirnseitigen Ende (14a) der Zylinderhülse (14) befestigtes erstes Endstück (16a) umfasst, wobei das erste externe Verbindergehäuse (30a) in einer Öffnung (34a) des ersten Endstücks (16a) befestigt ist, und wobei die Zylinderhülse (14) im Funktionszustand die Feder (54), das innere Steckkontaktpaar (44) und die erste und zweite Schutz- und Steckhülse (42a, 42b) umschließt.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 9, wobei das Sicherheitsgehäuse (12) ein an dem zweiten stirnseitigen Ende (14b) der Zylinderhülse (14) befestigtes zweites Endstück (16b) umfasst, und wobei das zweite externe Verbindergehäuse (30b) in einer Öffnung (34b) des zweiten Endstücks (16b) befestigt ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 9 oder 10, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Endstücke (16a, 16b) mit der Zylinderhülse (14) mittels eines wärmeerweichenden Klebstoffs (56) verklebt ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 11, wobei das jeweilige Endstück (16a, 16b) einen nach innen vorspringenden Passring (18a, 18b) aufweist und der Passring (18a) des verklebten Endstücks (16a) an seinem äußeren Umfang und/oder die Zylinderhülse (14) an ihrem inneren Umfang eine Nut (20a, 22a) aufweisen, in welcher der wärmeerweichende Klebstoff (56) eingebracht ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Feder (54) im Funktionszustand mit mindestens 60 N vorgespannt ist und die Klebverbindung (56) bei Zimmertemperatur eine Haltekraft von mindestens 100 N aufweist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das dem verklebten Endstück (16a) gegenüberliegenden andere Endstück (16b) formschlüssig (24b, 26b) mit der Zylinderhülse (14) verbunden ist.
Sicherheitselement (1) für Photovoltaikanlagen mit einer Sicherheitstrenneinrichtung zum Trennen der elektrischen Verbindung bei einem Störfall, insbesondere bei einem Brand, wobei die Sicherheitstrenneinrichtung ein zumindest dreiteiliges Sicherheitsgehäuse (12) aus einer zerbrechlichen Zylinderhülse (14) und zwei an den Stirnseiten (14a, 14b) der Zylinderhülse (14) befestigten Endstücken (16a, 16b), ein von dem Sicherheitsgehäuse (12) beherbergtes inneres elektrisches Steckkontaktpaar (44) sowie eine im Funktionszustand vorgespannte Feder (54) aufweist, wobei beidseitig steckbare Metall-Doppelsteckkontaktelemente (44a, 44b, 46a, 46b) umfasst sind, welche einerseits die beiden Metall-Kontaktelemente des inneren Steckkontaktpaares (44) bilden und sich andererseits jeweils durch eine Öffnung (34a, 34b) in dem zugehörigen Endstück (16a, 16b) durch das Sicherheitsgehäuse (12) hindurch nach außen erstrecken und dort dritte und vierte Metallsteckkontaktelemente (46a, 46b) mit äußeren Steckkontakten (66a, 66b) zu bilden, wobei an dem ersten und zweiten Endstück (16a, 16b) des Sicherheitsgehäuses (12) ein erstes bzw. zweites externes dielektrisches Steckverbindergehäuse (30a, 30b) befestigt ist, welche die äußeren Steckkontakte (66a, 66b) des jeweiligen Metall-Doppelsteckkontaktelements beherbergen und somit einen ersten bzw. zweiten elektrischen Steckverbinder (50a, 50b) bilden, welcher an dem ersten bzw. zweiten Endstück (16a, 16b) unmittelbar aus dem Sicherheitsgehäuse (12) nach außen vorspringt, so dass das Sicherheitselement als beidseits steckbarer Zwischenstecker ausgebildet ist, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Endstücke (16a, 16b) mittels eines wärmeerweichenden Klebstoffs (56) mit der Zylinderhülse (14) verklebt ist, dergestalt dass bei übermäßiger Wärmeeinwirkung auf die Sicherheitstrenneinrichtung der Klebstoff (56) soweit erweicht wird, dass die vorgespannte Feder (54) das zumindest eine verklebte Endstück (16a) zusammen mit dem daran befestigten Verbindergehäuses (30a) von der Zylinderhülse (14) absprengt und dabei das innere elektrische Steckkontaktpaar (44) automatisch trennt.
Verfahren zum Konfektionieren eines Sicherheitselements (1) mit einer Sicherheitstrenneinrichtung zum Trennen der elektrischen Verbindung bei einem Störfall, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche und zum Einbauen in eine Photovoltaikanlage, umfassend die Schritte: a) Befestigen eines ersten und dritten Steckkontaktelements (44a, 46a) in einem ersten Verbindergehäuse (30a) und Befestigen eines zweiten und vierten Steckkontaktelements (44b, 46b) in einem zweiten Verbindergehäuse (30b), b) Befestigen des ersten und zweiten Verbindergehäuses (30a, 30b) in einem ersten bzw. zweiten Endstück (16a, 16b), wobei die nach innen weisenden Steckkontakte (64a, 64b) des ersten und zweiten Steckkontaktelements (44a, 44b) jeweils von einer Schutz- und Steckhülse (42a, 42b) berührgeschützt umschlossen und paarend verbindbar sind, c) Verkleben des ersten Endstücks (16a) mit einem ersten stirnseitigen Ende (14a) einer Zylinderhülse (14) mittels eines wärmeerweichenden Klebstoffes (56), d) Einsetzen einer Feder (54) in die Zylinderhülse (14), e) Einsetzen des zweiten Endstücks (16b) mit dem darin befestigten zweiten externen Verbindergehäuse (30b) an dem zweiten stirnseitigen Ende (14b) der Zylinderhülse (14), wobei beim Verschließen der Zylinderhülse (14) mit dem zweiten Endstück (16b) automatisch im Inneren der Zylinderhülse (14) die Steckkontakte (64a, 64b) des ersten und zweiten Steckkontaktelements (44a, 44b) elektrisch kontaktierend ineinander gesteckt sowie die Feder (54) vorgespannt werden, f) Befestigen des zweiten Endstücks (16b) an dem zweiten stirnseitigen Ende (14b) der Zylinderhülse (14), so dass aus den beiden Endstücken (16a, 16b) und der Zylinderhülse (14) ein Sicherheitsgehäuse (12) mit jeweils einem Verbinder (50a, 50b) an den beiden stirnseitigen Enden des Sicherheitsgehäuses (12) gebildet wird, und g) Einstecken des in den Schritten a) bis f) konfektionierten Sicherheitselements (1) in die Leistungsverkabelung am Montageort der Solaranlage.
Photovoltaikanlage mit einem oder mehreren Sicherheitselementen (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Steckverbinder (50a, 50b) der Sicherheitselemente (1, 1') und die sonstigen Steckverbinder der Leistungsverkabelung der Photovoltaikanlage gleichartig sind, so dass sie wechselweise untereinander paarbar sind.