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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung an einer Solarzelleneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Solarzelleneinheit und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2008 003 448 A1 bekannt. Die bekannte Verbindungsanordnung dient der elektrischen Kontaktierung eines aus mehreren Solarzellen bestehenden Solarpanels und weist ein mit dem Solarpanel verbundenes, bandförmiges Stromführungselement auf, das eine Durchgangsöffnung in einem Grundträger durchsetzt, wobei in dem Grundträger ein Anschlusselement angeordnet ist, das wiederum zumindest mittelbar mit der Stromführung dienenden Kabeln verbunden ist. Die Kontaktierung zwischen dem bandförmigen Stromführungselement des Solarpanels und dem Anschlusselement erfolgt durch eine Klemmverbindung, wozu innerhalb des Anschlusselements ein Klemmelement angeordnet ist, das einen Abschnitt des Stromführungselements gegen eine Kontaktfläche des Anschlusselements drückt. Das Klemmelement ist dabei insbesondere durch eine Formschlussverbindung in dem Anschlusselement angeordnet, wobei das Anschlusselement wiederum an dem Grundträger starr befestigt ist. Eine derartige Anordnung, bei der das Klemmelement bzw. das Anschlusselement über den Grundträger starr mit dem Solarpanel verbunden ist, weist den Nachteil auf, dass beispielsweise Bauteiltoleranzen nur relativ schwierig auszugleichen sind. Darüber hinaus kann es bei einer Relativbewegung zwischen dem Grundträger bzw. dem Anschlusselement und dem bandförmigen Stromführungselement, insbesondere verursacht durch eine Erwärmung bzw. ein Abkühlen der Bauteile bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien, zu unerwünschten Spannungen in den Bauteilen oder durch Reibkorrosion durch Relativbewegung zwischen dem Stromführungselement und dem Anschlusselement im Bereich des Klemmelements kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zwischen einem bandförmigen Stromführungselement einer Solarzelleneinheit und einem mit der Solarzelleneinheit verbundenen Anschlusselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass insbesondere Relativbewegungen, Bauteiletoleranzen bzw. mechanische Spannungen zwischen den einzelnen, an der Verbindung teilnehmenden Elementen, insbesondere aufgrund von Temperaturwechseleinflüssen, ausgeglichen werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Klemmelement und/oder das Anschlusselement zumindest mittelbar schwimmend gelagert ist. Eine derartige schwimmende Lagerung des Klemmelements und/oder des Anschlusselements ermöglicht den Ausgleich beispielsweise von Bauteiltoleranzen zwischen den Bauteilen oder aber verringert bzw. vermeidet mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Bauteile bei einer Erwärmung bzw. bei einem Abkühlen der an der Verbindungsanordnung beteiligten Bauteile.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung der Verbindungsanordnung wird vorgeschlagen, dass das Klemmelement an einem Trägerelement angeordnet ist, das zumindest mittelbar mit einer Oberfläche der Solarzelleneinheit verbunden ist.
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Bei einer derartigen Ausbildung ist es für eine fertigungstechnisch besonders einfache Herstellbarkeit vorgesehen, dass das Trägerelement an einer Halteeinrichtung für ein Gehäuseelement angeordnet ist, und dass die Halteeinrichtung mit der Solarzelleneinheit vorzugsweise durch eine Klebeverbindung verbunden ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Halteeinrichtung zur Aufnahme eines Gehäuses eines Steuergeräts ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, dass der Hersteller der Solarzelle(n) die Halteeinrichtung zusammen mit dem Trägerelement und dem Klemmelement herstellt bzw. ausbildet, und dass von einem anderen Zulieferer beispielsweise das Steuergerät dem Hersteller der Solarzelle(n) zugeliefert wird. Das Steuergerät weist sämtliche, für die elektrische Kontaktierung der Solarzelleneinheit erforderlichen Bauteile auf, so dass es eine derartige Ausbildung ermöglicht, insbesondere, wenn das Gehäuse durch eine Rastverbindung mit der Halteeinrichtung verbunden ist, dass der Hersteller der Solarzelle(n) den Fertigungsprozess vervollständigt und somit eine anschlussfertige Solarzelleneinheit herstellt bzw. ausliefern kann.
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Bei der Verwendung eines Gehäuses für ein Steuergerät weist dieses insbesondere wenigstens eine Leiterplatte auf, auf der elektrische bzw. elektronische, der Stromführung oder sonstigen Zwecken dienende Bauteile angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung des bandförmigen Stromführungselements über das Trägerelement erfolgt somit in Richtung der Leiterplatte. Um eine elektrische Kontaktierung zwischen dem bandförmigen Stromführungselement und der Leiterplatte in fertigungstechnisch besonders einfacher Art und Weise auszubilden, bei der gleichzeitig eine sichere elektrische Verbindung sichergestellt ist, wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät zur Aufnahme wenigstens einer Leiterplatte ausgebildet ist, und dass das Anschlusselement auf der Ober- und/oder Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist und sich im Anlagekontakt mit dem Stromführungselement befindet, wobei das Klemmelement die Leiterplatte im Bereich des Anschlusselements unter Zwischenlage des Stromführungselements umgreift.
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Um den Fertigungs- bzw. Kostenaufwand des Steuergeräts einerseits möglichst gering zu halten, und andererseits bei an der Solarzelleneinheit montiertem Steuergerät dieses nach außen hin abzudichten, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse des Steuergeräts auf der dem Anschlusselement zugewandten Seite offen ausgebildet ist, und dass die Halteeinrichtung im Einbauzustand des Gehäuses dieses abdichtet. Das Halteelement weist somit zwei Funktionen auf: Zum einen dient es der Anordnung bzw. Befestigung des Klemmelements, und zum anderen der Abdichtung des Steuergeräts.
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Die Erfindung umfasst auch eine Solarzelleneinheit, umfassend eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, wobei die Solarzelleneinheit ein mit einem Solarpanel verbundenes Steuergerät aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelleneinheit umfasst zumindest folgende Schritte: Zunächst wird ein mit einem bandförmigen Stromführungselement versehenes Solarpanel bereitgestellt. Anschließend erfolgt ein Befestigen einer Halteeinrichtung für ein Gehäuse eines Steuergeräts auf dem Solarpanel, insbesondere durch eine Klebeverbindung. Anschließend wird das ein Anschlusselement aufweisende Gehäuse des Steuergeräts an der Halteeinrichtung befestigt, insbesondere durch eine Rastverbindung, wobei zwischen dem Stromführungselement und dem Anschlusselement eine elektrische Kontaktierung durch eine Klemmverbindung erzeugt wird.
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In einem vorgelagerten Fertigungsschritt kann es vorgesehen sein, dass durch ein Hilfswerkzeug das bandförmige Stromführungselement in einem Trägerelement befestigt wird. Dadurch wird eine prozesstechnisch sichere und reproduzierbare Anordnung des Stromführungselements erzielt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen vereinfachten Schnitt durch ein an einem Solarpanel befestigtes Steuergerät,
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2 das Solarpanel gemäß 1 mit einer Halteeinrichtung vor der Montage des Steuergeräts in einem vereinfachten Schnitt,
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3 eine Draufsicht auf die auf dem Solarpanel angeordnete Halteeinrichtung,
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4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV der 3,
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5 und 6 Illustrationen zur Verdeutlichung der Befestigung eines bandförmigen Stromführungselements in einem Halteelement während verschiedener Phasen und
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7 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Befestigung des Steuergeräts an der Halteeinrichtung im Längsschnitt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Solarzelleneinheit 100 mit einem Solarpanel 1 dargestellt, das der Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht dient. Unter einem Solarpanel 1 wird dabei im Rahmen der Erfindung, jedoch nicht einschränkend, eine Vielzahl von elektrisch in Serie oder parallel geschalteten Solarzellen verstanden. Zur elektrischen Übertragung der von dem Solarpanel 1 erzeugten elektrischen Energie beispielsweise an externe Verbraucher dient ein Steuergerät 10, das an einer Seite des Solarpanels 1, beispielsweise an einer der Sonne abgewandten Unterseite des Solarpanels 1, angeordnet und mit dem Solarpanel 1 verbunden ist. Die Befestigung des Steuergeräts 10 an einer Kontaktfläche 2 des Solarpanels 1 erfolgt mittels einer in den 2 bis 4 besonders deutlich erkennbaren Halteeinrichtung 15.
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Die Halteeinrichtung 15 weist eine Bodenplatte 16 auf, die über eine in den 1 und 2 erkennbare Klebeverbindung 17 mit der Kontaktfläche 2 des Solarpanels 1 verbunden ist. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle einer Klebeverbindung 17 zwischen der Halteeinrichtung 15 und dem Solarpanel 1 eine anders ausgebildete Befestigung, beispielsweise eine Schraubverbindung oder ähnliches, vorzusehen.
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Die Bodenplatte 16 hat eine in Draufsicht in etwa rechteckförmige Form und weist an einer Stirnseite ein Trägerelement 18 sowie auf der dem Trägerelement 18 gegenüberliegenden Stirnseite beispielhaft ein Rastelement 19 für das Steuergerät 10 in Form eines Schnapphakens 21 auf. An den beiden noch verbleibenden Stirnseiten der Bodenplatte 16 weist diese nach oben wegragende, längliche Führungsschienen 22, 23 auf. Die soweit beschriebene Halteeinrichtung 15 ist bevorzugt als einstückiges Bauteil aus Kunststoff, vorzugsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt.
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Wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 1 bis 3 erkennbar ist, weist das längliche, auf der Seite des Steuergeräts 10 einen in etwa U-förmigen Querschnitt aufweisende Trägerelement 18 in einem Aufnahmebereich 24 mehrere Klemmelemente 25 auf. Die insbesondere als Stanz-/Biegeteil, vorzugsweise aus Metall bestehenden, einseitig offenen und einen Einführbereich aufweisenden Klemmelemente 25 sind bevorzugt als Einlegeteile ausgebildet, derart, dass sie beim Herstellen des Trägerelements 18 in ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug für das Trägerelement 18 eingelegt werden können. Das Trägerelement 18 ist beispielhaft über sechs, senkrecht von der Bodenplatte 16 wegragende Stützrippen 26a bis 26f (3) mit der Bodenplatte 16 verbunden bzw. zu dieser hin abgestützt. Ober- und unterhalb des Aufnahmebereichs 24 für die Klemmelemente 25 ist ein umlaufender Dichtbereich 27 zur Aufnahme eines als O-Rings ausgebildeten Dichtelements 28 angeordnet.
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Jedes der Klemmelemente 25 wirkt zum Ausbilden einer Verbindungsanordnung 50 mit einem bandförmigen Stromführungselement 30 zusammen, das insbesondere unmittelbar mit einer oder mehreren Solarzellen des Solarpanels 1 verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass jedes Stromführungselement 30 in dem zum Steuergerät 10 hin offenen Aufnahmeabschnitt 31 des Klemmelements 25 angeordnet ist. Hierzu wird das Stromführungselement 30 entsprechend der Darstellung der 5 und 6 von dem Solarpanel 1 herkommend durch eine im Einzelnen nicht dargestellte Durchgangsöffnung in der Bodenplatte 16 der Halteeinrichtung 15 geführt, derart, dass es mit der Ebene des Klemmelements 25 fluchtet. Anschließend wird das bevorzugt aus Kupfer bestehende, und mit einer verzinnten Oberfläche versehene Stromführungselement 30, wie anhand der Figurenfolge der 5 und 6 erkennbar ist, mittels eines Hilfswerkzeugs 35, das beispielsweise durch die Führungsschienen 22, 23 exakt geführt wird, in den Aufnahmeabschnitt 31 des Trägerelements 18 eingebracht, wobei es derart plastisch deformiert, dass es zumindest nahezu vollflächig im Aufnahmeabschnitt 31 anliegt. Hierzu weist das Hilfswerkzeug 35 auf der dem Aufnahmeabschnitt 31 zugewandten Seite eine Form auf, die dem Aufnahmeabschnitt 31 entspricht.
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Das Steuergerät 10 hat ein Gehäuse 38, in dessen Innenraum beispielhaft eine Leiterplatte 40 angeordnet ist. Die Befestigung der Leiterplatte 40 innerhalb des Gehäuses 38 erfolgt in an sich bekannter, und daher nicht dargestellter Art und Weise beispielsweise durch Verschrauben, Verschnappen oder Verstemmen. Die Leiterplatte 40 trägt insbesondere im Einzelnen nicht dargestellte elektrische oder elektronische Bauteile und weist auf der dem Trägerelement 18 zugewandten Seite wenigstens ein Anschlusselement 41 für die Stromführungselemente 30, vorzugsweise jedoch mehrere Anschlusselemente 41 auf. Das Anschlusselement 41 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als metallische Beschichtung 42, 43 an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte 40 ausgebildet und reicht auf der dem Trägerelement 18 zugewandten Seite bis an die Stirnseite 44 der Leiterplatte 40 heran (7). Bevorzugt handelt es sich bei der Beschichtung 42, 43 um eine Verzinnung auf einem aus Kupfer bestehenden Grundmaterial. Die Beschichtungen 42, 43 dienen der Stromführung auf der Leiterplatte 40 und sind mit den Stromführungselementen 30 über das Klemmelement 25 verbunden.
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Das Gehäuse 38 des Steuergeräts 10 ist, mit Ausnahme auf der dem Trägerelement 18 zugewandten Seite, als geschlossenes Gehäuse 38 ausgebildet. Auf der dem Trägerelement 18 zugewandten Seite ist das Gehäuse 38 demgegenüber als offenes Gehäuse 38 ausgebildet, derart, dass die Leiterplatte 40 mit ihren Anschlusselementen 41 offen bzw. frei zugänglich ist. Jedoch findet über das Trägerelement 18 im Einbauzustand des Steuergeräts 10 eine Abdichtung des Steuergeräts 10 bzw. des Gehäuses 38 auf der dem Anschlusselement 41 zugewandten offenen Stirnseite des Gehäuses 38 statt, derart, dass ein vollständig geschlossenes und dichtes Gehäuse 38 ausgebildet wird.
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Erfindungswesentlich ist, dass das Stromführungselement 30 zum Anschlusselement 41 schwimmend gelagert ist, um durch Temperatureinflüsse verursachte unterschiedliche Ausdehnungen der Bauteile auszugleichen und insbesondere Reibkorrosion im Bereich der Kontaktflächen zwischen dem Stromführungselement 30 und dem Anschlusselement 41 zu vermeiden, die bei einer Relativbewegung in diesem Bereich auftreten könnte. Diese schwimmende Lagerung kann auf unterschiedliche Weise, ggf. auch in Kombination der einzelnen Maßnahmen erreicht werden. Zunächst ist es vorgesehen, dass das Stromführungselement 30 zwischen dem Solarpanel 1 und dem Anschlusselement 41 in Form einer Schleife 39 geführt ist. Dadurch wird zum Beispiel bei einer Bewegung des Anschlusselements 41 der Bewegungsweg durch die schleifenförmige Führung bzw. die Beweglichkeit des Stromführungselements 30 ausgeglichen. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der mit dem Klemmelement 25 gekoppelte Aufnahmebereich 24 im Trägerelement 18 beweglich angeordnet ist, so dass eine Beweglichkeit des Aufnahmebereichs 24 in Richtung der Doppelpfeile 45, 46, 47 in den drei Raumachsen entsprechend der 6 erzielbar ist. Die Beweglichkeit wird zum Beispiel durch Verwendung eines (relativ) elastischen Materials für die Umspritzung der Klemmelemente 25 erzielt. Ebenso ist die Leiterplatte 40 über das Gehäuse 38 durch die Klebeverbindung 17 der Bodenplatte 16 mit dem Solarpanel 1 schwimmend zum Stromführungselement 30 angeordnet. Hierzu weist der für die Klebeverbindung 17 verwendete Kleber, neben seiner Befestigungs- und Dichtfunktion, bevorzugt elastische Eigenschaften auf.
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Zum Ausbilden der Verbindungsanordnungen 50 zwischen den Anschlusselementen 41 der Leiterplatte 40 und den Stromführungselementen 30 wird entsprechend der Darstellung der 7 das Steuergerät 10 mit seinem Gehäuse 38 zunächst in eine beabstandet zum Trägerelement 18 befindliche Position auf die Bodenplatte 16 aufgesetzt. Dabei findet über die Führungsschienen 22, 23 eine Ausrichtung der Anschlusselemente 41 zu den Stromführungselementen 30 statt. Anschließend wird durch eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 38 und dem Trägerelement 18 in Richtung des Pfeils 51 das Gehäuse 38 in Richtung auf das Trägerelement 18 hin zu bewegt, bis entsprechend der 1 der Einbauzustand des Gehäuses 38 an dem Trägerelement 18 erzielt ist, bei dem die Anschlusselemente 41 die Stromführungselemente 30 kontaktieren, wobei durch die die Leiterplatte 40 klammerartig umgreifenden Klemmelemente 25 entsprechende Klemmkräfte auf das Stromführungselement 30 erzeugt werden, so dass ein elektrisch leitender Anlagekontakt zwischen den entsprechenden Kontaktflächen des Stromführungselements 30 und des Anschlusselements 41 erzielt wird. Gleichzeitig ragt das Gehäuse 38 des Steuergeräts 10 mit einem Anschlussbereich 52 in den Dichtbereich 27 des Trägerelements 18 hinein, so dass die angesprochene Abdichtung des Gehäuses 38 über das Trägerelement 18 bzw. das Dichtelement 28 erfolgt. In der Endlage des Gehäuses 38 auf der Bodenplatte 16 wird das Gehäuse 38 durch das Rastelement 19 an seiner Soll-Position gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008003448 A1 [0002]
