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Der Gegenstand betrifft ein Windkraftanlagenpotentialschienensystem mit einem vorzugsweise als Flachteil gebildeten Grundkörper und mit Verbindungstücken.
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Aus der
CH 349 344 ist eine Potentialschiene im Allgemeinen bekannt. Die Potentialschiene hat Aufnahmen für Vorsprünge von Verbindungsstücken, wobei die Verbindungsstücke in den Aufnahmen durch Verschrauben fixiert sind.
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Die
DE 81 09 263 U1 zeigt eine Sammelschiene in isolierter Bauweise. Zur Kontaktierung mit Verbindungsstücken ist die Isolation in Bereichen von Aufnahmen ausgespart.
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Die
EP 1 912 295 A1 zeigt eine Stromschiene für automotive Anwendungen. In der Stromschiene ist eine Aufnahme für ein Anschlusselement. Das Anschlusselement kann in die Aufnahme gesteckt werden.
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Einrichtungen zur Gewinnung elektrischer Energie aus regenerativen Quellen, wie beispielsweise Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen, werden heutzutage mit Kupfer- oder Aluminiumkabeln bestückt. Aufgrund des steigenden Kupferpreises setzt sich jedoch die Bestückung mit Aluminiumkabeln immer mehr durch. Insbesondere bei Windkrafträdern, die zwischen 50 m und 200 m hoch sind, werden große Mengen Kabel benötigt, so dass das Einsparpotential bei der Verwendung von Aluminiumkabeln erheblich ist.
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Durch die große Höhe der Windkraftanlagen bedingt ist es jedoch unmöglich, die im Turm der Windkraftanlage angeordneten Generatoren mit einem einzigen Kabel mit dem im Sockel der Anlage angeordneten Umrichter zu verbinden. Daher werden in einzelnen Turmsegmenten jeweils Kabel vormontiert. Um die Kabel der einzelnen Segmente miteinander zu verbinden, müssen diese an den Segmentgrenzen elektrisch leitend verschraubt oder vercrimpt werden. Solange Kupferkabel zum Einsatz kommen, ist ein Vercrimpen oder Verschrauben der Kabel unproblematisch, da sich auf der Kupferoberfläche kein die elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflussendes Material bildet, was während der Dauer des Betriebes der Windkraftanlage zu einer Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit der Verbindung führen kann. Bei der Verwendung von Aluminiumkabeln ist dies jedoch anders. Eine solche Crimpverbindung muss vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Es muss verhindert werden, dass sich an den Übergangsstellen Aluminiumoxid bildet, welches den Übergangswiderstand erheblich erhöht. Bei Kabeln, die mehrere 10 A oder sogar mehreren 100 A tragen, ist ein elektrischer Übergangswiderstand stets mit hoher Verlustleistung verbunden. Daher muss versucht werden, den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Kabeln an der Verbindungsstelle so gering wie möglich zu gestalten.
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Heutzutage wird aber an den Sektionsgrenzen ein Vercrimpen der Kabel der jeweiligen Sektionen vorgeschlagen. Hierbei wird eine Crimphülse auf die Kabel aufgeschraubt. Hierzu muss der Mechaniker in den Turm klettern, an der Sektionsgrenze die Kabel ablängen und abisolieren. Anschließend muss der Mechaniker die abisolierten Enden der Kabel mit einer Leitpaste bestreichen. Hierdurch soll verhindert werden, dass sich an den Oberflächen der Aluminiumlitzen Aluminiumoxid bildet. Anschließend muss der Mechaniker die Crimphülse auf die freien Kabelenden aufschieben und in einem aufwendigen Prozess mit vielen Schrauben mit den Kabeln verschrauben. Die so geschilderte Montage ist zeit- und kostenintensiv. Außerdem ist die Güte der elektrischen Verbindung nicht stabil, dass heißt, dass über die Zeit der elektrische Übergangswiderstand steigt, da die Leitpaste nicht vollständig die Bildung von Aluminiumoxid verhindern kann.
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Darüber hinaus werden aufgrund der notwendigen großen Ströme Kabel mit großen Leitungsquerschnitten verwendet. Diese sind für die Mechaniker schwer handhabbar. Daher wird vermehrt dazu übergegangen, pro elektrischer Phase mehrere Leitungen mit jeweils kleinerem Querschnitt zu verwenden. Auch wenn jedes einzelne Kabel aufgrund des geringeren Kabelquerschnitts leichter handhabbar ist, führt das aber dazu, dass noch mehr Kabel miteinander an den Sektionsgrenzen miteinander verbunden werden müssen. Dies führt zu erheblich längeren Montagezeiten und Mehraufwand für die Mechaniker.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Verbindungssystem einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus regenerativen Quellen zur Verfügung zu stellen, welches in besonders einfacher Weise montierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gegenständlich durch ein Windkraftanlagenpotentialschienensystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Es ist erkannt worden, dass das Vercrimpen und Verschrauben der Aluminiumkabel fehlerträchtig ist und sich dabei kein genügend kleiner Übergangswiderstand realisieren lässt. Auch ist erkannt worden, dass das bekannte Montageverfahren zu zeitaufwendig ist.
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Zur Kontaktierung von einer Vielzahl von elektrischen Leitungen ist gegenständlich eine Potentialschiene vorgeschlagen. Mit Hilfe der Potentialschiene ist es möglich, elektrische Leiter, die auf einem selben Potential liegen, insbesondere mehrere elektrische Leiter pro elektrischer Phase, in besonders einfacher Weise miteinander elektrisch zu verbinden. Um dies zu ermöglichen, wird gegenständlich vorgeschlagen, dass eine Oberfläche eines Grundkörpers als Anschlussfläche gebildet ist. Der Grundkörper ist vorzugsweise ein Flachteil und weist zwei gegenüberliegende große Oberflächen sowie vier als Kanten gebildete kleinere Oberflächen auf. Eine der großen Oberflächen bildet vorzugsweise die Anschlussfläche. In der Anschlussfläche befinden sich zumindest zwei Aufnahmen. Die Aufnahmen erstrecken sind gegenständlich verjüngend in den Grundkörper hinein. In die Aufnahmen lassen sich Verbindungsstücke der elektrischen Kabel besonders einfach einstecken. Durch die verjüngende Form der Aufnahmen können die Verbindungsstücke ohne Verkanten besonders einfach mit dem Grundkörper verbunden werden.
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Der Grundkörper ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung. Auch ist es möglich, dass der Grundkörper aus Messing gebildet ist. Auch ist bevorzugt, wenn der Grundkörper unternickelt und/oder verzinnt ist.
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Die Verbindungsstücke sind ebenfalls vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung. Auch ist es möglich, dass die Verbindungsstücke aus Messing gebildet sind. Auch sind die Verbindungsstücke ebenfalls vorzugsweise verzinnt, insbesondere unternickelt und anschließend verzinnt.
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Dadurch, dass der Grundkörper metallisch ist, zumindest jedoch aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, werden die in den Aufnahmen elektrisch kontaktierten Verbindungsstücke und somit die Kabel miteinander kurzgeschlossen.
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Im Bereich einer Sektionsgrenze kann jeweils eine gegenständliche Potentialschiene pro elektrischer Phase vorgesehen sein. Bei der Verwendung von drei Kabeln pro Phase und pro Sektion kann dann eine Potentialschiene einen Grundkörper mit sechs Aufnahmen aufweisen. Drei Aufnahmen dienen der Aufnahme von Verbindungsstücken von Kabeln einer ersten Sektion und die weiteren drei Aufnahmen dienen zur Aufnahme von Verbindungsstücken der Kabel aus der zweiten Sektion. Somit lassen sich Kabel der ersten Sektion mit Kabeln der zweiten Sektion in besonders einfacher Weise miteinander elektrisch kontaktieren. Der Mechaniker muss lediglich die Verbindungsstücke in die Aufnahmen einstecken und verbindet somit unmittelbar die Kabel der Sektionen miteinander.
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Um sicherzustellen, dass sich, nachdem ein Verbindungsstück in eine Aufnahme gesteckt wurde, dieses nicht selbstständig daraus löst, wird gegenständlich vorgeschlagen, dass die Aufnahme sich derart verjüngt, dass das Verbindungsstück selbsthemmend aufnehmbar ist.
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Selbsthemmung kann dahingehend verstanden werden, dass ein Neigungswinkel der Aufnahme kleiner ist als der Arcustangens der zumindest durch eine Oberflächenrauhigkeit der Aufnahme und einen Werkstoff der Aufnahme bestimmten Haftreibungszahl zwischen der Aufnahme und dem darin aufnehmbaren Verbindungsstück.
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Durch die Selbsthemmung zwischen Verbindungsstück und Aufnahme, insbesondere zwischen einem Vorsprung des Verbindungsstücks und der Aufnahme ist sichergestellt, dass sich das Verbindungsstück nicht selbstständig aus der Aufnahme löst. Dies ermöglicht es dem Mechaniker, weitere Befestigungsmaßnahmen zu treffen, ohne dass er befürchten muss, dass das Verbindungsstück sich selbstständig aus der Aufnahme löst.
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Die Aufnahme kann in der Form eines sich verjüngenden Kegelstumpfes oder eines sich verjüngenden Pyramidenstumpfes gebildet sein. Ein hierzu korrespondierender Vorsprung des Verbindungsstücks kann in eine solche Aufnahme eingesteckt werden.
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Um zu verhindern, dass beim Einschieben des Verbindungsstücks bzw. des Vorsprungs des Verbindungsstücks in die Aufnahme ein Überdruck im Bereich des Bodens der Aufnahme entsteht, welcher das Verbindungsstück wieder aus der Aufnahme drücken könnte, wird vorgeschlagen, dass die Aufnahme eine Entlüftungsöffnung aufweist. Die Entlüftungsöffnung kann eine Bohrung sein. Die Entlüftungsöffnung ist vorzugsweise im Bereich des Bodens der Aufnahme angeordnet. Insbesondere kann die Entlüftungsöffnung an einer Mantelfläche oder auch im Boden selbst der Aufnahme angeordnet sein. Die Entlüftungsöffnung kann den Grundkörper durchstoßen, so dass Luft aus der Aufnahme in die Umgebung entweichen kann.
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Eine besonders leichte Fixierung des Verbindungsstücks an dem Grundkörper ist dann möglich, wenn entlang zumindest eines Teils des Umfangs der Aufnahme ein aus der Anschlussfläche ragendes Rastelement angeordnet ist. Das Rastelement kann ein Rasthaken sein. Beispielsweise ist es möglich, dass das Rastelement ein Schnappverschluss ist. Der Schnappverschluss kann einen hinterschnittenen Vorsprung aufweisen. Vorzugsweise hat der Schnappverschluss eine hinterschnittene Fläche, die in Richtung der Anschlussfläche zeigt. Die hinterschnittene Fläche kann dabei parallel zur Anschlussfläche laufen oder leicht gegenüber der Anschlussfläche geneigt sein, so dass ein Herauslösen des Verbindungsstücks aus der Aufnahme erleichtert ist, indem das Schnappelement zurückfedern kann. Die der Anschlussfläche abgeneigte Seite des Schnappverschlusses kann eine angefaste Fläche aufweisen, derart, dass durch einen Druck des Verbindungsstücks auf diese Fläche der Schnappverschluss in einer zur Aufnahme radialen Richtung verbogen werden kann, wodurch das Verbindungsstück in den Schnappverschluss einrastet. Das Rastelement kann aus mehreren um den Umfang der Aufnahme herum angeordneten Elementen gebildet sein. Vorzugsweise, sind die Rastelemente in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet. Auch ist es möglich, dass das Rastelement um den gesamten Umfang der Aufnahme herum angeordnet ist.
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Zum Auslösen des Verbindungsstücks aus der Aufnahme, beispielsweise bei einem elektrischen Kurzschluss, einem Blitzeinschlag oder sonstigen Notsituationen, wird vorgeschlagen, dass in oder an der Aufnahme ein pyrotechnischer Antrieb angeordnet ist. Dieser pyrotechnischer Antrieb kann durch einen elektrischen Zündimpuls gezündet werden, wodurch in der Aufnahme die Explosionsenergie des pyrotechnischen Antriebs freigesetzt wird. Der zwischen dem Boden der Aufnahme und dem Vorsprung des Verbindungsstücks sich bildende Raum ist dann eine Explosionskammer, in der ein erheblicher Überdruck durch die Explosionsenergie entsteht. Hierdurch wird das Verbindungsstück aus der Aufnahme gepresst. Dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen Grundkörper und Verbindungsstück getrennt werden.
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Eine besonders einfache gleichzeitige Auslösung von mehreren Verbindungsstücken aus den Aufnahmen ist dann möglich, wenn eine in einem Abstand zu der Anschlussfläche entlang von zumindest zwei Aufnahmen verlaufende Trennschiene vorgesehen ist. Die Verbindungsstücke können an der Trennschiene anliegen. Durch ein Bewegen der Trennschiene in eine Richtung axial zur Längsrichtung der Aufnahme können die Verbindungsstücke aus den Aufnahmen gedrückt werden.
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Ein besonders sicheres Trennen ist dann möglich, wenn die Trennschiene mit zumindest einem pyrotechnischen Antrieb versehen ist. Ein einzelner Zündimpuls für diesen pyrotechnischen Antrieb bewirkt dann ein gleichzeitiges Auslösen von zumindest zwei Verbindungsstücken aus den jeweiligen Aufnahmen.
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Die gegenständliche Potentialschiene ist eine Windkraftanlagenenergieleitungspotentialschiene. Sie ist vorzugsweise an Sektionsgrenzen zwischen zwei Sektionen einer Windkraftanlage angeordnet. In jeder Sektion sind elektrische Energieleitungen angeordnet. Diese sind vorzugsweise vorkonfektioniert. Pro elektrischer Phase ist zumindest ein, vorzugsweise drei oder mehr Kabel vorgesehen. Um die Sektionsgrenze elektrisch zu überbrücken, müssen pro elektrischer Phase die jeweiligen Kabeln einer ersten Sektion elektrisch mit dem jeweiligen Kabel einer zweiten Sektion verbunden werden. Aus diesem Grunde hat die Potentialschiene eine gerade Anzahl an Aufnahmen. Bei der Verwendung von drei elektrischen Kabeln pro elektrischer Phase hat die Potentialschiene vorzugsweise sechs Aufnahmen. Bei der Verwendung von fünf Kabeln pro Phase hat die Potentialschiene vorzugsweise zehn Aufnahmen. Ferner ist vorgesehen, dass pro elektrischer Phase an einer Sektionsgrenze je eine Potentialschiene vorgesehen ist.
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An einer Potentialschiene können zumindest zwei Aufnahmen in jeweils einer Reihe angeordnet sein. Ferner können zumindest zwei Reihen nebeneinander angeordnet sein.
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Besonders platzsparend können die Aufnahmen dann angeordnet sein, wenn die Aufnahmen versetzt zueinander in zumindest zwei Reihen angeordnet sind.
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Eine besonders einfache Montage der Kabel bzw. der Verbindungsstücke in den Aufnahmen ist dann möglich, wenn eine Längsachse des Vorsprungs quer zur Längsachse der mit dem Verbindungsstück verbundenen Leitung verläuft. Vorzugsweise verläuft die Längsachse des Vorsprungs senkrecht zur Längsrichtung des Kabels. Vorzugsweise ist die Längsachse senkrecht zur Längsachse des Verbindungsstücks.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung ein zu der Aufnahme korrespondierender Kegelstumpf oder Pyramidenstumpf ist und dass der Vorsprung selbstgehemmt in der Aufnahme aufnehmbar ist. Dadurch wird es möglich, das Verbindungsstück besonders einfach in die Aufnahme einzustecken. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Verbindungsstück nicht selbsttätig aus der Aufnahme herausrutscht. Dies ermöglicht es dem Mechaniker, nachdem das Verbindungsstück in die Aufnahme gesteckt wurde, weitere mechanische Befestigungsmaßnahmen zu ergreifen, die eine zusätzliche Sicherung des Verbindungsstücks in der Aufnahme gewährleisten.
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Der Vorsprung kann als Bolzen gebildet sein. Andererseits ist es auch möglich, dass der Vorsprung hohlzylindrisch ist. Auch ist es möglich, dass der Vorsprung aus einem L- oder U-förmig gebogenen Blech gebildet ist. Wenn von Bolzen die Rede ist, sind diese Varianten ebenfalls mit gemeint.
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Selbsthemmung kann dahingehend verstanden werden, dass die Haftreibung des Bolzens in der Aufnahme einen Widerstand gegen ein axiales Verrutschen oder ein Verdrehen des Bolzens in der Aufnahme bewirkt. Hierbei wird zumindest der Neigungswinkel als auch die Oberflächenrauhigkeit des Bolzens als auch der Aufnahme so variiert, dass die Selbsthemmung so groß ist, dass die axial wirkende Zugkraft der Kabel aufgenommen wird. Insbesondere bei Windkraftanlagen kann eine Verbindung zwischen Kabeln an einer Sektionsgrenze erfolgen. Ein in einer Sektion vorkonfektioniertes Kabel kann so gestaltet sein, dass es an der Sektionsgrenze mit dem gegenständlichen ersten Verbindungsstück versehen ist und ein gegenüberliegendes Kabel der anderen Sektion mit der gegenständlichen zweiten Verbindungsstück.
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Der Mechaniker muss dann lediglich den Bolzen in die Aufnahme schieben, so dass die Kabel elektrisch als auch mechanisch miteinander verbunden sind.
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Bei der Verwendung von Aluminiumkabeln ist zu bevorzugen, wenn die Verbindungsstücke ebenfalls aus Aluminium gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass keine Übergangswiderstände oder Kontaktkorrosionen an den Übergängen zwischen den Kabeln und den Verbindungsstücken entstehen. Um zu verhindern, dass sich auf der Oberfläche der Verbindungsstücke Aluminiumoxid bildet, wird vorgeschlagen, dass die Oberfläche der Verbindungsstücke verzinnt ist. Auch ist es möglich, dass die Oberfläche zunächst vernickelt und anschließend verzinnt ist. Durch die Unternickelung wird eine dauerhafte Beschichtung erreicht und die Verzinnung ermöglicht die Erzielung eines geringen Kontaktwiderstandes.
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An den Anschlussflächen der jeweiligen Verbindungsstücke können die Kabel vorzugsweise stoffschlüssig angeordnet werden. Insbesondere in einem vorkonfektionierten Zustand können die Kabel an den Anschlussflächen angeschweißt sein. Hierzu eignen sich insbesondere Reibschweißverfahren, wie nachfolgend noch dargestellt werden wird. Andererseits sind jedoch auch Widerstandschweißverfahren geeignet, um Verbindungen zwischen den stirnseitigen Enden der Kabel und den Verbindungsstücken bzw. den Anschlussflächen der Verbindungsstücke herzustellen.
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Um die Verbindungsstücke sicher mit den Kabeln zu verbinden, wird vorgeschlagen, dass ein abisoliertes Kabelende in einer Hülse angeordnet ist. Insbesondere wenn die Verbindungsstücke aus Kupfer und die Kabel aus Aluminium gebildet sind, ist eine sichere Verbindungstechnik notwendig. Die Hülse kann so um die Kabelenden gepresst sein, dass die einzelnen Litzen oder Drähte des abisolierten Kabels fest verpresst sind. Anschließend kann das stirnseitige Ende der Hülse abgeschnitten oder überfräßt werden, so dass die Kabelenden an den stirnseitigen Enden der Hülse enden und frei von Aluminiumoxid sind. Anschließend kann das Verbindungsstück, welches eine dem Kabelende zugewandte Stirnfläche aufweisen kann, mit der Hülse und dem Kabelende entlang der Stirnfläche verschweißt werden.
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Hierbei kann beispielsweise ein Reibschweißen, insbesondere ein Rotationsreibschweißen angewandt werden. Auch ist es möglich, dass ein Ultraschallschweißen oder ein Widerstandsschweißen verwendet wird, um die Verbindungsstücke mit der Hülse und den Kabelenden zu verschweißen.
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Auch wird vorgeschlagen, dass die Hülse aus Aluminium gebildet ist. Hierbei kann auch die Hülse verzinnt und/oder vernickelt sein, wie zuvor beschrieben wurde.
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Eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit wird bei der Verwendung von Aluminiumkabeln erreicht, wenn diese eine hohe Reinheit aufweisen. Insbesondere die Verwendung von Al 99,5 hat sich als vorteilhaft erwiesen. Jedoch ist auch die Verwendung von höher- oder geringerwertigem Aluminium möglich.
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Um die Montage zu erleichtern, sollten die Aluminiumkabel, die einen großen Kabelquerschnitt aufweisen, möglichst flexibel sein. Aus diesem Grunde wird auch vorgeschlagen, dass die Aluminiumkabel aus weichgeglühtem Aluminium hergestellt werden. Hierdurch lassen sich die Kabel, insbesondere die an den Kabelenden angeordneten Verbindungsstücke, besonders leicht bewegen und somit mit den Potentialschienen verbinden.
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Zur mechanischen Sicherung des Verbindungsstücks an dem Grundkörper, wird vorgeschlagen, dass das Verbindungsstück im verbundenen Zustand durch das Rastelement hintergriffen ist. Beim Einschieben des Verbindungsstücks in die Aufnahme kann eine radiale Kraft auf das Rastelement ausgeübt werden, derart, dass dieses radial nach außen federt. Nachdem das Verbindungsstück vollständig in die Aufnahme eingeschoben wurde, kann das Rastelement zurückfedern und das Verbindungsstück hintergreifen. Hierzu kann entweder an dem Verbindungsstück eine Nut vorgesehen sein, die eine Querschnittsverjüngung darstellt, hinter die das Rastelement greifen kann. Auch ist es möglich, dass das Rastelement eine dem Vorsprung abgewandte Fläche des Verbindungsstücks hintergreift.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Trennschiene im verbundenen Zustand des Verbindungsstücks zwischen dem Verbindungsstück und der Anschlussfläche angeordnet ist. Vorzugsweise liegt die Trennschiene parallel zur Anschlussfläche. Die Trennschiene ist bevorzugt unmittelbar an der Anschlussfläche angeordnet. Die Trennschiene kann Löcher aufweisen, die in einer Achse mit der Längsachse der Aufnahme angeordnet sind und durch die die Vorsprünge der Verbindungsstücke geschoben werden können, um in die Aufnahmen eingesteckt zu werden. Auch ist es möglich, dass die Trennschiene seitlich der Aufnahmen angeordnet ist und die Verbindungsstücke ausgehend von den Anschlussflächen oberhalb der Trennschiene angeordnet sind. Hierzu können an den Verbindungsstücken Stege vorgesehen sein, die oberhalb der Trennschiene liegen. Wird die Trennschiene senkrecht zur Anschlussfläche bewegt, können die Verbindungsstücke über diese Stege aus den Aufnahmen gedrückt werden.
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Es ist auch möglich, dass bei einem mehrphasigen Verbindungssystem jede Phase mit Verbindungsstücken mit unterschiedlichen Durchmessern oder unterschiedlichen Formen ausgestattet ist.
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So kann beispielsweise bei einem 3, 5 oder 7-Phasensystem jeder Phase ein Vorsprung-Aufnahme Paar mit unterschiedlichen Durchmessern zugewiesen sein. Insbesondere bei Windkraftanlagen werden pro Phase drei bis sieben oder auch mehr Kabel verwendet, so dass neun bis 21 oder mehr Kabel pro Sektion vorkonfektioniert sind. Diese Kabel müssen phasenrichtig mit den jeweiligen Kabeln der anderen Sektionen verbunden werden. Um eine Fehlverbindung zu vermeiden, kann jede Phase mit einem eigenen Paar aus Verbindungsstücken und Aufnahmen bzw. Potentialschienen ausgestattet sein, wobei die Verbindungsstücke und Aufnahmen der einzelnen Phasen untereinander nicht komplementär sind und nicht zueinander passen. Hierdurch wird eine Codierung erreicht, die ein phasenrichtiges Ineinanderstecken der Kabel bzw. Verbindungsstücke und Aufnahmen gewährleistet. Die Codierung kann durch den Neigungswinkel der Aufnahme und des Vorsprungs realisiert sein. Die Codierung kann durch die Tiefe der Aufnahme und Länge des Vorsprungs realisiert sein. Die Codierung kann durch die Querschnittsfläche der Aufnahme und des Vorsprungs, z. B. rund, elliptisch, rechteckig, quadratisch, sechseckig, sternförmig, mäandrierend oder dergleichen realisiert sein.
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Der Mechaniker kann dann die Montage durchführen, ohne zu befürchten, dass er eine phasenunrichtige Verbindung herstellt. Es ist sichergestellt, dass die zueinander gehörenden Kabel auch elektrisch phasenrichtig miteinander kontaktiert werden.
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Beschrieben wurde eine Potentialschiene mit Aufnahmen und Verbindungsstücke mit Vorsprüngen. Es versteht sich, dass eine mechanische Umkehr hiervon im Bereich des möglichen ist und ebenfalls hiermit offenbart wird. Es ist ohne weiteres möglich, die Potentialschiene mit Vorsprüngen zu versehen und die Verbindungsstücke mit hierzu passenden Aufnahmen. Die Ausführungen in diesem Dokument gelten dann ebenfalls, mit dem Unterschied, dass die Aufnahme im Verbindungsstück angeordnet ist und der Vorsprung an der Potentialschiene. Alle in diesem Dokument genannten Merkmale lassen sich auch bei einer solchen Konstellation realisieren und sind mit offenbart.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Windkraftrad mit einer gegenständlichen Potentialschiene;
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2 eine Ansicht einer Potentialschiene mit Aufnahmen;
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3 eine Ansicht einer Potentialschiene mit Aufnahmen verbunden mit Verbindungsstücken;
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4 eine Ansicht einer Potentialschiene gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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5 eine Ansicht einer Potentialschiene gemäß 4 mit Verbindungsstücken;
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6 eine Schnittansicht einer Potentialschiene nach 2;
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7 eine Schnittansicht einer Potentialschiene mit Rastelementen;
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8 eine Schnittansicht einer Potentialschiene mit pyrotechnischen Antrieben in den Aufnahmen;
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9 eine Schnittansicht einer Potentialschiene mit Trennschienen.
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10 eine Schnittansicht einer Potentialschiene mit verschraubten Verbindungsstücken.
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1 zeigt eine Windkraftanlage 2 mit einer Gondel 2a und einem Windrad 6. Die Gondel 2a ist drehbar auf einem aus Sektionen 8a, 8b, 8c gebildeten Turm 2b gelagert. In jeder Sektion 8a–c sind Kabelstränge 10 angeordnet, über die die elektrische Energie von dem in der Gondel 2a angeordneten Generator (nicht gezeigt) zum dem im Sockel des Turms 2 angeordneten Umrichter 5 geleitet wird.
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Die Kabelstränge 10 sind beispielhaft dargestellt. So ist in der Sektion 8a beispielsweise ein Kabelstrang 10a. Der gezeigte Kabelstrang 10a kann für eine Phase verwendet werden. Für jede weitere Phase kann ein weiterer Kabelstrang eingesetzt werden kann. Es kann vorkommen, dass in einer Sektion 8a pro Phase jeweils ein Kabelstrang 10a mit drei oder mehr Kabeln vorgesehen sein kann. Dazu korrespondierende Kabelstränge 10b, 10c können in den Sektion 8b und c vorgesehen sein.
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Für die Montage einer Windkraftanlage 2 werden die Sektionen 8 vorkonfektioniert mit Kabeln 10 geliefert. Die Kabel 10 sind in den Sektionen 8 bereits zu Beginn der Montage enthalten und müssen an den Sektionsgrenzen 12 elektrisch miteinander verbunden werden. Die Verbindung der Kabel 10 miteinander wird über die Potentialschiene 14 realisiert, wie sie nachfolgend noch näher beschrieben wird. Pro Phase kann dabei eine eigene Potentialschiene zum Einsatz kommen. Der Übersicht halber ist in 1 nur eine Potentialschiene 14 dargestellt, üblicherweise sind jedoch mindestens drei Potentialschienen 14 pro Sektionsgrenze 12 an jeder Sektionsgrenze 12 vorgesehen.
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2 zeigt eine Potentialschiene 14 mit einem Grundkörper 14a. Zu erkennen ist, dass der Grundkörper 14a quaderförmig ist und eine Anschlussfläche 14b aufweist. In der Anschlussfläche 14b münden Aufnahmen 16, die sich als sich verjüngende Sacklöcher in den Grundkörper 14a erstrecken. Der Grundkörper 14a ist vorzugsweise aus Messing gebildet. Andere Kupferlegierungen sind jedoch auch möglich. Wie zu erkennen ist, erstrecken sich sechs Aufnahmen 16 in den Grundkörper 14a. Die Anzahl der Aufnahmen 16 entspricht vorzugsweise der doppelten Anzahl an elektrischen Leitungen pro Phase in einer Sektion. Dadurch ist es möglich, eine elektrische Phase über eine Sektionsgrenze 12 hinweg zu kontaktieren.
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Der Schnitt VI gemäß 2 ist nachfolgend in der 6 dargestellt.
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In der 3 ist zu erkennen, dass in den Aufnahmen 16 jeweils Verbindungsstücke 18a–f angeordnet sind. Zu erkennen ist, dass die Verbindungsstücke 18a–c mit Kabeln 20a–c, die in eine erste Richtung vom Grundkörper 14a weg weisen, verbunden sind. Die Verbindungsstücke 18d–f sind mit Kabeln 20d–f verbunden, die in eine zweite Richtung vom Grundkörper 14a weg weisen.
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Wie in der 3 zu erkennen ist, sind an den jeweiligen Verbindungsstücken 18a–f Vorsprünge 22a–f vorgesehen, die sich senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Kabel 20a–f erstrecken. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, die Verbindungsstücke 18 bzw. deren Vorsprünge 22 in die Aufnahmen 16 einzustecken. Im eingesteckten Zustand sind die Längsachsen von Aufnahme 16 und Vorsprung 22 kolinear.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Potentialschiene 14, bei der im Grundkörper 14a an der Anschlussfläche 14b ebenfalls sechs Aufnahmen 16 angeordnet sind. Wie zu erkennen ist, sind die Aufnahmen 16 jedoch in zwei Reihen angeordnet. Ferner sind die Aufnahmen 16 versetzt zueinander angeordnet.
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5 zeigt die Potentialschiene gemäß der 4 mit daran angeordneten Verbindungsstücken 18a–f. Wie zu erkennen ist, verlaufen die Kabel 20a–c, die mit den Verbindungsstücken 18a–c verbunden sind, nach oben. Dies können beispielsweise die Kabel des Kabelstrangs 10a sein, der in der Sektion 8a verläuft.
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Die Kabel 20c–f, die entsprechend der 5 nach unten verlaufen, können beispielsweise die Kabel des Kabelstrangs 10b sein, der in der Sektion 8b verläuft. Wie zu erkennen ist, kann durch die Potentialschiene 14 gemäß 5 besonders kleinbauend eine Kontaktierung von Kabelsträngen 10a, 10b unterschiedlicher Sektionen 8a, 8b realisiert werden.
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6 zeigt ein Schnitt durch einen Grundkörper 14a gemäß der 2. Zu erkennen ist, dass die Aufnahmen 16 sich verjüngend in den Grundkörper 14 erstrecken. Am Boden 16a einer Aufnahme 16 ist eine Entlüftungsbohrung 24 vorgesehen. Über die Entlüftungsbohrung 24 kann ein Überdruck beim Einschieben eines Vorsprungs 22 eines Verbindungsstücks 18 ausgeglichen werden.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Potentialschiene 14 mit einem Grundkörper 14a. An der Anschlussfläche 14b der Potentialschiene 14 sind Rasthaken 26 vorgesehen. Rasthaken 26 können umlaufend sein. In der 7 sind verschiedene Varianten von Verbindungsstücken 18a–c gezeigt, die in unterschiedlicher Weise an Rasthaken 26a–c, 27a–c verrasten können.
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In der 7 ist beispielsweise das Verbindungsstück 18a gezeigt. Dieses rastet in dem Rasthaken 26a ein. Zu erkennen ist, dass die Längsachse 23a des Vorsprungs 22a senkrecht zur Längsachse 21a des Kabels 20a verläuft.
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Ferner ist zu erkennen, dass an dem Verbindungsstück 18a eine umlaufende Nut 19a vorgesehen ist. Die umlaufende Nut 19a ist so gestaltet, dass diese durch den Vorsprung 27a des Rasthakens 26a hintergriffen werden kann. Beim Einschieben des Vorsprungs 22a drückt dieser den Rasthaken 26a radial nach außen, so lange, bis der Vorsprung 27a in die Nut 19a eingreifen kann. In dem Moment federt der Rasthaken 26a zurück in die gezeigte Stellung und hintergreift den Vorsprung 22a in der Nut 19a.
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In der 7 ist ein zweites Verbindungsstück 18b dargestellt, welches an einem Rasthaken 26b verrastet. Zu erkennen ist, dass das zweite Verbindungsstück 18b einen Flansch 19b aufweist. Der Flansch wird durch den Vorsprung 27b des Rasthakens 26b im eingeschobenen Zustand des Vorsprungs 22b hintergriffen. Im gezeigten Beispiel ist die Längsachse 23b des Vorsprungs 22b koliniar mit der Längsachse 21b des Kabels 20b.
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Ferner ist in der 7 ein drittes Verbindungsstück 18c gezeigt, bei dem die Längsachse 23c des Vorsprungs 22c senkrecht zur Längsachse 21c des Kabels 20c verläuft.
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In der 7 sind unterschiedlichste Verbindungsstücke 18a–c gezeigt. Es sei erwähnt, dass bevorzugt ist, wenn an einer Potentialschiene 14 identische Verbindungsstücke 18 vorgesehen sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die unterschiedlichen Verbindungsstücke 18a–c an einer einzelnen Potentialschiene 14 angeordnet sind. Vorzugsweise sind jedoch die Verbindungsstücke 18a oder 18c mit den seitlichen Abgängen der Kabel 20a, 20c zu verwenden, da diese eine besonders einfache Kontaktierung des Kabelstränge 10a, 10b an den Sektionsgrenzen 12 ermöglichen.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Potentialschiene mit einem Grundkörper 14a. Zu erkennen ist, dass in der Aufnahme 16 am Boden 16a ein pyrotechnischer Antrieb 26 angeordnet ist. Der pyrotechnische Antrieb 26 kann über Zünddrähte gezündet werden. Daraufhin explodiert der pyrotechnische Antrieb 26 und die Explosionsenergie führt dazu, dass ein Vorsprung 22 aus der Aufnahme 16 gedrückt wird. Dies ermöglicht ein schnelles elektrisches Trennen von Potentialschiene 14 und Verbindungsstück 18.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Potentialschiene 14 mit einem Grundkörper 14a. Zu erkennen ist, dass parallel zu der Anschlussfläche 14b des Grundkörpers 14a zwei Trennschienen 29a, 29b verlaufen. Die Trennschiene 29a liegt, ausgehend von der Zeichenebene, hinter den Vorsprüngen 22a–c. Die Flansche 19b der Verbindungsstücke 18a–c liegen an der Trennschiene 29a an.
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Die Trennschiene 29b liegt, ausgehend von der Zeichenebene, vor den Vorsprüngen 22d–f.
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Ferner ist zu erkennen, dass pyrotechnische Trennmittel 28a und 28b jeweils für eine Trennschiene 29a, 29b vorgesehen sind. Durch Zünden der pyrotechnischen Trennmittel 28a ist es möglich, die Trennschiene 29a von der Anschlussfläche 14a weg zu bewegen. Durch diese Bewegung werden die Vorsprünge 22a–c gleichzeitig aus den Aufnahmen 16a–c gezogen. Dasselbe gilt für die pyrotechnischen Trennmittel 28b, mit deren Hilfe die Trennschiene 29b von der Anschlussfläche 14b weg bewegt werden kann, um die Vorsprünge 22d–f aus den Aufnahmen 16d–f zu bewegen.
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Mit Hilfe der Trennschienen 29 ist es möglich, in besonders einfacher Weise eine Vielzahl von Verbindungsstücken 18 aus den Aufnahmen 16 zu bewegen und somit eine elektrische Verbindung zu trennen.
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Potentialschiene 14 mit einem Grundkörper 14a. An der Anschlussfläche 14b der Potentialschiene 14 sind optional Rasthaken 26 vorgesehen. Diese entsprechen in etwa den der 7. In der 10 ist beispielsweise ein Verbindungsstück 18d dargestellt. Wie zu erkennen ist, hat das Verbindungsstück 18d in seiner Längsachse 23d ein Gewinde 32a. In dieses Gewinde 32a kann eine Schraube 30a eingeschraubt werden, um das Verbindungsstück 18d in der Aufnahme 16 an der Verbindungsschiene 14a zu halten.
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Ferner ist ein weiteres Verbindungsstück 18e dargestellt. Bei diesem Verbindungsstück ist eine Schraube 30b im Verbindungsstück 18e vorgesehen, welche in ein Gewinde 32b an der Potentialschiene 32 verschraubt werden kann.
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Durch die Verwendung der jeweiligen Schraube 30 ist es möglich, die Verbindungsstücke 18 verliersicher zusätzlich in der Potentialschiene 14 zu sichern.
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Mit Hilfe der gezeigten Potentialschiene 14 ist es in besonders einfacher Weise möglich, eine Vielzahl von Kabeln aus Kabelsträngen in Windkraftanlagen über Sektionsgrenzen 12 hinweg elektrisch miteinander zu kontaktieren.
