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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Sammelleiters zur Kontaktierung von Solarzellen, wobei der Sammelleiter aus einem zu einer Serpentine oder einem Mäander in einer Ebene gewendelten Draht besteht.
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Solarzellen für die Gewinnung von elektrischer Energie müssen miteinander verschaltet und schließlich mit einem Stromkreislauf verbunden werden. Dazu werden Kontaktelemente benötigt, die möglichst großflächig mit der Front- oder Rückseite jeder Solarzelle verbunden werden können. Es versteht sich, dass solche Kontaktelemente für die Vorderseite, also die aktive Seite einer Solarzelle, durchsichtig oder transparent sein müssen, um jegliche Abschattung zu vermeiden, wohingegen auf der Rückseite der Solarzelle solche Kontaktelemente aus Metalldraht bestehen können.
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Aus der
WO 2012/047553 A2 ist ein solches flächiges Kontaktelement in Form eines zu einem Drahtmäander bzw. einer Serpentine verlegten Kontaktdrahtes bekannt geworden. Der Mäander besteht aus parallel nebeneinander verlaufenden Drahtabschnitten, die an den jeweiligen Enden bogenförmig zum benachbarten Drahtabschnitt übergehen. Die Anzahl der nebeneinander liegenden Drahtabschnitte und deren Abstand (Teilung) zueinander und deren Länge sind vom Typ der zu kontaktierenden Solarzelle abhängig.
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Die Kontaktierung des Kontaktdrahtes mit der Solarzelle erfolgt beispielsweise durch Einbetten in einen Polymerfilm. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Serpentine, nachdem sie mit einem geeigneten Fertigungsverfahren hergestellt worden ist, zunächst auf einem Zwischenträger anzuheften bzw. zu kleben, mit dem dann die weitere Handhabung, insbesondere die Zwischenlagerung, der Transport und die Übertragung der Serpentinen auf die Solarzellen erfolgen kann. Die Handhabung der Serpentine ohne Zwischenträger ist nahezu ausgeschlossen, da diese bei einer üblichen Drahtstärke zwischen 0,2–0,5 mm leicht beschädigt oder zumindest verbogen werden kann.
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Um die Serpentine leicht auf einem streifenförmigen Zwischenträger und schlussendlich auf die Solarzelle aufkleben zu können, ist es erforderlich, den auf einer Vorratsrolle bevorrateten Kontaktdraht in einer Ebene auszulegen und dabei gleichzeitig in die Serpentinenform mit parallelen geraden benachbarten Abschnitten zu bringen und dort anzuheften. Um einen sicheren Transfer auf die Solarzelle bewerkstelligen zu können, muss sichergestellt werden, dass die Haftung der Serpentine auf dem Zwischenträger deutlich geringer ist, als die Haftung der Serpentine nach dem Auflegen des Zwischenträgers auf der Solarzelle, um eine sichere Ablösung des Zwischenträgers zu ermöglichen, ohne dass die Serpentine ebenfalls wieder teilweise oder vollständig von der Solarzelle gelöst wird.
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Es ist leicht vorstellbar, dass insbesondere die Herstellung der Serpentine zeitaufwändig ist, zumal eine Vielzahl solcher Kontaktelemente in Serie produziert werden muss. Das Auslegen einer Serpentine von Hand ist zwar prinzipiell möglich, aber für eine Massenproduktion kaum geeignet. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, solche Serpentinen automatisiert und in kürzest möglicher Zeit herstellen zu können.
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In der
DE 44 35 219 C1 wird eine Solarzelle und deren Verwendung in einem Solarmodul beschrieben, bei dem auf deren Vorder- oder Rückseite parallel zueinander verlaufende Leiter mit auf einer Seite überstehenden Enden angeordnet sind, die U-förmig, oder spitz zulaufend miteinander verlötet sind, so dass eine mäanderähnliche Struktur entsteht. Mit diesen überstehenden Enden können weitere Solarzellen zu einem Solarmodul verbunden werden.
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In der
US 2012/0125393 A1 wird eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Kontaktelemente aus einem serpentinenartig verlegten Kontaktdraht bekannt geworden. Dazu werden in einem vorgegebenen Abstand zwei Führungselemente nebeneinander positioniert, aus denen jeweils eine Vielzahl von Stiften nebeneinander hervorsteht. Um die Serpentine herzustellen, wird der Kontaktdraht von einer Vorratsrolle abgezogen und serpentinenartig abwechselnd um die in zwei Reihen nebeneinander befindlichen Stifte geschlungen.
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Einzelheiten dieses Vorganges gehen aus der
US 8 356 640 B1 hervor, in der eine Vorrichtung zur Herstellung von Stromsammelleitungen in Form von Endlosstreifen von in Serpentinen verlegten Drähten beschrieben wird. Dazu wird ein Kontaktdraht von einer Vorratsrolle abgezogen und mit einer Verlegespitze einer Vorrichtung, die Pendelbewegungen, ausgelöst durch eine Nockenscheibe, erzeugt, um die Stifte geschlungen, indem gleichzeitig die mit den Stiften versehenen Führungselemente längs unter der Vorrichtung entlang bewegt werden.
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Eine ähnliche Konstruktion zur mäanderähnlichen Verlegung eines Drahtes geht auch aus der
DE 195 29 306 C2 hervor. Der Verlegevorgang des Drahtes beginnt, indem der aus einem Drahtverlegeröhrchen herausstehende Drahtanfang in einer Drahtklemmvorrichtung befestigt wird. Danach wird durch eine Relativbewegung zwischen der Verlegevorrichtung und dem Drahtverlegeröhrchen der Draht um aus einer Stifteplatte herausragende Umlenkstifte gelegt. Das kann durch die Bewegung eines Koordinatentisches, auf dem die Verlegevorrichtung befestigt ist, oder durch entsprechende Relativbewegung der Drahtverlegeröhrchens geschehen.
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Die Fertigung der Serpentinen lässt sich auf diese Weise zwar realisieren, jedoch ist eine solche Verlegeform recht unproduktiv, da lediglich der von Hand logische und komplizierte Bewegungsablauf des nacheinander folgenden Umschlingens der Stifte mit der Vorrichtung sinngemäß nachvollzogen wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Herstellen eines Sammelleiters zur Kontaktierung von Solarzellen zu schaffen, mit der eine effektive und präzise Fertigung von Sammelleitern in Serpentinenform gewährleistet wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mehrere in zwei Reihen parallel nebeneinander und einander paarweise gegenüber liegende Schieber, jeweils Schieberpaare bildend, vorgesehen sind, die um einen halben Serpentinenabstand versetzt angeordnet sind, wobei die Schieber zur Ausformung der Serpentine aus einem gestreckten Draht zwischen einer inneren Ausgangsposition und einer äußeren Endposition verschiebbar sind und in der inneren Ausgangsposition kammartig ineinander greifen und wobei an den zueinander gerichteten Enden der Schieber Umlenkelemente zum Ergreifen des gestreckten Drahtes sowie zur Führung und Ausformung des Drahtes zur Serpentine hervorstehen, wobei die Umlenkelemente mit den Schiebern zwischen der inneren Ausgangsposition und der äußeren Endposition verfahrbar sind, wobei sich der gestreckte Draht in der inneren Ausgangsposition der Umlenkelemente in einer quer zur Bewegungsrichtung der Schieber verlaufenden Gassezwischen den Umlenkelementen erstreckt und wobei der Verfahrweg der Schieber der Schlaufenlänge der herzustellenden Serpentinen entspricht.
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Zur Sicherstellung einer geringst möglichen Belastung des Runddrahtes während der Ausformung der Serpentinen zur Bildung des Sammelleiters sind die Schieberpaare der einander gegenüber angeordneten Schieber paarweise oder in Gruppen verschiebbar.
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Weiterhin weist jeder Schieber am jeweiligen vorderen Ende, d.h. dem Ende, das einwärts auf den gegenüberliegenden Schieber gerichtet ist, stimmgabelähnlich hervorstehende Schenkel auf, wobei jeder Schenkel an seinem freien Ende eines der Umlenkelemente trägt, das bevorzugt als eine drehbar gelagerte Rolle ausgebildet ist.
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In einer Fortbildung der Erfindung ist zwischen den Schenkeln ein Zwischenraum ausgespart, der deren Breite entspricht und der zur Aufnahme jeweils eines der Schenkel eines gegenüber liegenden Schiebers ausgebildet ist.
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Schließlich nehmen die einander gegenüber befindlichen Umlenkelemente in der inneren Ausgangsposition der Schieber eine Position ein, in der zwischen den Umlenkelementen eine Gasse zum Hindurchführen des gestreckten Runddrahtes gebildet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Schenkel unterschiedlich lang sein, um Serpentinenschlaufen unterschiedlicher Länge ausbilden zu können.
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Die Schieber sind bevorzugt in parallel nebeneinander auf einem langestreckten Träger angeordneten Führungseinheiten längs verschieblich geführt.
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Der Träger ist weiterhin mit Hilfe von doppel-schwalbenschwanzartigen Führungen in einem nicht dargestellten Schienensystem eines ortsfesten Maschinengestells längs verschieblich geführt.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schieber mit einem Antrieb gekoppelt, der aus zwei im Maschinengestell nebeneinander und unterhalb des verschiebbaren Trägers angeordneten Transporträdern besteht, aus denen stirnseitig Zähne hervorstehen, die bei deren synchron gegenläufigen Drehung jeweils mit einem über den Zähnen befindlichen Transportzapfen eines Schieberpaares zu dessen Transport in Eingriff bringbar sind.
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Weiterhin ist für die synchron gegenläufige Drehbewegung der Transporträder ein in Führungsrollen geführter Zahnriemen vorgesehen, der über mehrere Umlenkrollen über eine Abtriebswelle eines Getriebes sowie die Transporträder geführt ist.
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Um zu gewährleisten, dass der Trägervorschub des Trägers genau dem horizontalen Vorschubweg der Transporträder entspricht, also synchronisiert bewegt wird, ist ein weiterer Transportriemen vorgesehen, der über eine antriebsseitige Welle des Getriebes läuft, das mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei zur taktgemäßen Ankopplung des Trägers an den Transportriemen eine pneumatisch betätigte Klinke vorgesehen ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungsfiguren zeigen:
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1: einen Sammelleiter in Serpentinenform;
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2: einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Ausformen einer Serpentine mit einem eingelegten geraden Sammelleiter unter Verwendung von Schieberpaaren;
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3: Einzelheiten eines Schiebers;
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4: die Vorrichtung nach 2 mit einem zur Serpentine gelegten Drahtabschnitt;
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5: die Vorrichtung nach 4 mit einem weiteren zur Serpentine gelegten Drahtabschnitt;
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6: eine perspektivische Gesamtansicht der Vorrichtung zum Ausformen einer Serpentine auf einem Schlitten; und
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7: eine Detailansicht eines Antriebes zur mechanischen Ansteuerung der Vorrichtung zum Ausformen der Serpentine.
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In 1 ist ein Abschnitt eines durchgehenden Sammelleiters 1 in Serpentinen- oder Mäanderform dargestellt, der aus einem Runddraht 2 mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm besteht, wobei grundsätzlich auch Drähte mit anderen Querschnittsformen in Betracht kommen können. Der Sammelleiter 1 besteht aus im gleichen Abstand parallel nebeneinander liegenden geraden Abschnitten gleicher oder unterschiedlicher Länge, deren Enden bogenförmig ineinander übergehen. Die genauen Abmessungen, z.B. Breite des ausgelegten Sammelleiters 1 sowie die Teilung (Abstand) der Serpentinen 1.1 ist vom konkreten Anwendungsfall abhängig.
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Wesentlich bei einem solchen Sammelleiter 1 ist, dass dieser im ausgelegten Zustand vollkommen eben ist, um beim Kontaktieren mit einer Solarzelle einen großflächigen Kontakt zu gewährleisten. Dazu muss der auf einer Vorratsrolle bevorratete Draht 2 auf geeignete und effektive Weise in die in 1 dargestellte Form gebracht werden.
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2 zeigt einen Teilausschnitt einer Vorrichtung zum Ausformen eines Drahtes 2 zu einem Sammelleiter 1, die aus mehreren in zwei Reihen parallel nebeneinander und einander gegenüber liegenden Schiebern 3, 4, in Form von Schieberpaaren bestehen, die teilweise kammartig ineinander greifen, wenn diese aufeinander bzw. ineinander geschoben werden.
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Aus den Schiebern 3, 4 stehen an den zueinander gerichteten Enden der Schieber 3, 4 Umlenkelemente 5, 6 in vertikaler Achsrichtung hervor, die mit den Schiebern 3, 4 zwischen einer inneren Ausgangsposition 7 (2) und einer äußeren Endposition 8 (4) verfahrbar sind. Die innere Ausgangsposition 7 wird dadurch erreicht, dass die einander gegenüber befindlichen Umlenkelemente 5, 6 mit den Schiebern aneinander vorbei gefahren werden, derart, dass zwischen diesen eine durchgehende gerade und quer zur Bewegungsrichtung der Schieber 3, 4 verlaufende Gasse 9 entsteht, in welche der Draht 2 in gestreckter Form eingelegt werden kann.
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Um das bewerkstelligen zu können ist jeder Schieber 3, 4 am jeweiligen vorderen Ende, d.h. dem Ende, das einwärts auf den gegenüberliegenden Schieber 3, 4 gerichtet ist, stimmgabelähnlich aufgebaut, wobei beide Schieber 3, 4 identisch aufgebaut sind, was die Fertigungskosten senkt. Außerdem müssen die einander gegenüber liegenden Enden der Schieber 3, 4 um eine halbe Teilung der Serpentinen 1.1 versetzt zueinander angeordnet sein.
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In 3 ist beispielhaft ein Schieber 3, 4 dargestellt, der stimmgabelähnlich mit hervorstehenden Schenkeln 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 ausgebildet ist und wobei am freien Ende jedes Schenkels 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 eines der Umlenkelemente 5, 6 angeordnet ist. Zwischen den Schenkeln ist ein Zwischenraum 10 ausgespart, welcher der Bereite der Schenkel angepasst ist und in den einer der Schenkel des gegenüber liegenden Schiebers 3, 4 eintauchen kann, so dass sich die Umlenkelemente 5, 6 der gegenüber liegenden Schieber 3, 4 beim Zusammenschieben der Schieber 3, 4 aneinander vorbei bewegen können, wodurch die Gasse 9 für den Runddraht 2 entsteht. Die Tiefe des Zwischenraumes 10 definiert dabei die maximale Eintauchtiefe der Schenkel 4.1, 4.2 der Schieber 3, 4 ineinander. Die Schenkel 4.1, 4.2 können auch unterschiedlich lang sein, um Sammelleiter 1 mit Serpentinen 1.1 mit unterschiedlicher Länge herstellen zu können (1, 3).
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Die Schlaufenlänge der Serpentinen 1.1 wird durch den Verfahrweg der Umlenkelemente 5, 6 zwischen der inneren Ausgangsposition 7 und der äußeren Endposition 8 sowie der Länge der Schenkel 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 definiert.
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Für die gesteuerte Bewegung der Schieber 3, 4 ist ein Antrieb vorgesehen, dessen Einzelheiten noch beschrieben werden. Als Angriffspunkte für diesen Antrieb sind an den den Umlenkelementen 5, 6 gegenüber liegenden Enden der Schieber 3, 4 aus diesen zeichnungsgemäß nach unten hervorstehende Mitnehmerzapfen 11 vorgesehen.
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Es versteht sich, dass in 2 nur eine geringe Anzahl der insgesamt erforderlichen Schieber 3, 4, z.B. drei auf jeder Seite, dargestellt ist, die insgesamt der Anzahl der benötigten Serpentinen 1.1 insgesamt entsprechen müssen.
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Um nun aus dem gestreckten Runddraht 2 in der Gasse 9 einen Sammelleiter 1 als Serpentine 1.1 ausformen zu können, würde es im einfachsten Fall genügen, die Schieber 3, 4 nach dem Einlegen oder Spannen des Drahtes 2 in der Gasse 9 einfach von der Ausgangsposition 7 in die Endposition 8 auseinander zu schieben, so dass sich der zunächst gestreckte Runddraht 2 durch die Umlenkelemente 5, 6 verformt und sich um diese legt und gleichzeitig zu einem Abschnitt der Serpentine 1.1 auseinander gezogen wird, wie dies in 4, 5 dargestellt ist. Es versteht sich, dass der Runddraht 2 dazu an einem Ende festgehalten werden muss und vom anderen Ende Runddraht 2 hinzugeführt werden muss, was durch einfaches Abziehen von einer Vorratsrolle, ggf. über eine Drahtbremse, möglich ist.
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Die Form und Länge der auszubildenden Serpentinen- oder Mäanderschlaufen wird durch die Position, den Abstand und den Durchmesser der Umlenkelemente, sowie Teilung und Länge der Serpentinen durch den Abstand der Schieber 2, 3 bestimmt.
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Da der Draht 2 bei diesem Vorgang um die Umlenkelemente 5, 6 herumgezogen werden muss, kann infolge der dabei auftretenden Reibung, insbesondere dann, wenn der Draht 2 um eine Vielzahl von Umlenkelementen 5, 6 gezogen würde, eine Überlastung desselben auftreten und der Runddraht 2 könnte reißen. Aus diesem Grund sind sämtliche Umlenkelemente 5, 6 mit möglichst leicht laufenden, z.B. gleit- oder kugel- bzw. nadelgelagerten Umlenkrollen ausgestattet, wodurch eine Minimierung der Reibung erreicht wird.
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Weiterhin erfolgt das Ausformen des Sammelleiters 1 abschnittsweise, um die Belastung des Runddrahtes 1 so gering wie möglich zu halten. So wird bei jedem Ausformungsschritt immer nur ein Paar, oder eine Gruppe von Schiebern 3, 4 auseinander geschoben. Die Anzahl der gleichzeitig auseinander geschobenen Schieberpaare ist unmittelbar von der Zugbelastbarkeit des Runddrahtes abhängig. In den 3, 4 ist der Arbeitsfortschritt der nacheinander auseinander geschobenen Schieber 3, 4 dargestellt.
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Um zu gewährleisten, dass die Reibung beim Ausformen der Serpentinenabschnitte durch jeweils ein Schieberpaar 3, 4 konstant bleibt, erfolgt die Zuführung des Runddrahtes 2 immer aus Richtung der noch nicht auseinandergeschobenen Schieber 3, 4, also in 4, 5 zeichnungsgemäß von oben. Somit wird sichergestellt, dass der Runddraht 2 nicht bei jeder Bewegung weiterer Schieber 3, 4 durch die bereits ausgeformten Serpentinenabschnitte gezogen werden muss.
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6 zeigt einen langestreckten Träger 12 mit einer Vielzahl der nebeneinander befindlichen Schieberpaare 3, 4, die in Führungseinheiten 13, 14 längs verschieblich und quer zur Längserstreckung des Trägers 12 geführt sind. Der Träger 12 wird mit Hilfe von doppel-schwalbenschwanzartigen Führungen 15 in einem nicht dargestellten Schienensystem eines Maschinengestells 18 geführt. 6 zeigt die Schieberpaare 3, 4 in der äußeren Endposition 8. An beiden Enden der Vielzahl der Schieberpaare 3, 4 befinden sich Drahtführungen 16, 17, bestehend aus jeweils zwei Rollen, zwischen denen der Runddraht zugeführt wird. Dadurch wird der gestreckte Runddraht 2 genau mittig in der Ausgangsstellung zwischen den Umlenkelementen 5, 6 gehalten.
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Einzelheiten des Antriebes für die Schieber 3, 4 gehen aus 7 hervor. Hauptelemente des Antriebes sind zwei im Maschinengestell 18 nebeneinander und unterhalb des verschiebbaren Trägers 12 angeordnete Transporträder 19, 20, die mit stirnseitig hervorstehenden Zähnen 21 ausgestattet sind, die bei einer synchronen gegenläufigen Drehung der Transporträder 19, 20 jeweils mit einem Mitnehmerzapfen 11 des über den Zähnen 21 befindlichen Schieberpaares 3, 4 in Eingriff gebracht werden und in die entsprechende Richtung bis zur jeweiligen Endposition geschoben werden.
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Die synchron gegenläufige Drehbewegung der Transporträder 19, 20 wird mit Hilfe eines in Führungsrollen 22 geführten Zahnriemens 23 realisiert, der über mehrere Umlenkrollen 24 über eine Abtriebswelle 25 eines Getriebes 2 und die Transporträder 19, 20 bzw. an diesen befestigte Mitnehmer geführt ist (8).
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Dieser Bewegung der Schieberpaare 3, 4 muss gleichzeitig eine Längsbewegung des Trägers 12 überlagert werden, um nach Abschluss der Bewegung eines Schieberpaares 3, 4 den Mitnehmerzapfen 11 des nächstfolgenden Schieberpaares 3, 4 mit einem der Zähne 21 der Transporträder 19, 20 in Eingriff bringen zu können. Der Trägervorschub des Trägers 12 muss dabei genau dem horizontalen Vorschubweg der Transporträder 19, 20 entsprechen.
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Dazu ist ein weiterer Transportriemen 27 vorgesehen, der über eine antriebsseitige Welle 28 des Getriebes 26 läuft, das mit einer Antriebseinheit 29 gekoppelt ist. Die taktgemäße Ankopplung des Trägers 12 an den Transportriemen 27 erfolgt beispielsweise mit einer pneumatisch betätigten Klinke 30.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sammelleiter
- 1.1
- Serpentine
- 2
- Runddraht
- 3
- Schieber
- 4
- Schieber
- 4.1
- Schenkel
- 4.2
- Schenkel
- 5
- Umlenkelement
- 6
- Umlenkelement
- 7
- innere Ausgangsposition
- 8
- äußere Endposition
- 9
- Gasse
- 10
- Zwischenraum
- 11
- Mitnehmerzapfen
- 12
- Träger
- 13
- Führungseinheit
- 14
- Führungseinheit
- 15
- Führung
- 16
- Drahtführung
- 17
- Drahtführung
- 18
- Maschinengestell
- 19
- Transportrad
- 20
- Transportrad
- 21
- Zahn
- 22
- Führungsrolle
- 23
- Zahnriemen
- 24
- Umlenkrolle
- 25
- Antriebswelle
- 26
- Getriebe
- 27
- Transportriemen
- 28
- Welle
- 29
- Antriebseinheit
- 30
- Klinke
