EP2593989A1 - Kabelanschluss, insbesondere für fotovoltaikanlagen - Google Patents

Kabelanschluss, insbesondere für fotovoltaikanlagen

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EP2593989A1
EP2593989A1 EP11746437.0A EP11746437A EP2593989A1 EP 2593989 A1 EP2593989 A1 EP 2593989A1 EP 11746437 A EP11746437 A EP 11746437A EP 2593989 A1 EP2593989 A1 EP 2593989A1
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EP
European Patent Office
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cable
conductor
connection
spring
contact
Prior art date
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Application number
EP11746437.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2593989B1 (de
Inventor
Jürgen Feye-Hohmann
Thomas Scheib
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2593989A1 publication Critical patent/EP2593989A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2593989B1 publication Critical patent/EP2593989B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/20—Pins, blades, or sockets shaped, or provided with separate member, to retain co-operating parts together
    • H01R13/207—Pins, blades, or sockets shaped, or provided with separate member, to retain co-operating parts together by screw-in connection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/50—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw
    • H01R4/5033—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw using wedge or pin penetrating into the end of a wire in axial direction of the wire
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    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/50—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw
    • H01R4/52—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw which is spring loaded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/502—Bases; Cases composed of different pieces
    • H01R13/512—Bases; Cases composed of different pieces assembled by screw or screws

Definitions

  • the invention relates to a cable connection, in particular for use in photovoltaic systems.
  • the cable connection according to the invention is used in particular for electrical
  • Photovoltaic systems are designed for years of service life of 20 years and more and are often mounted on roofs of houses and industrial plants. They contribute significantly to electricity production. The produced
  • the solar modules mounted on the roofs are installed during assembly e.g. electrically connected to one another via plug connections.
  • the solar modules and the associated cable connections are on the roofs prevailing there
  • Cable connections make long-term and reliable contact over the long planned service life. It is therefore the object of the present invention to provide an electrical cable connection, in particular for use in photovoltaic systems, which permanently produces reliable electrical contact and is relatively easy to assemble.
  • connection housing is with the connection housing
  • Contact housing connectable and the terminal housing is provided for receiving at least one cable with a conductor can be assembled freely.
  • the connection housing serves to accommodate the cable to be connected with the conductor.
  • a contact needle for
  • a spring device is provided to surround the conductor and the contact needle radially at least partially and compress resiliently.
  • the cable connection according to the invention has many advantages.
  • a significant advantage of the cable connection according to the invention is that the spring means the conductor and the
  • Another advantage is that a cable which can be freely assembled can be accommodated on the connection housing, as a result of which flexible mounting and flexible extension of
  • the spring device is designed in particular as a separate part and surrounds the conductor and the contact needle radially in the connected state. The spring device must not completely surround the contact needle and the conductor radially, but it is sufficient if the
  • Spring means presses the contact pin and the conductor of two or more sides together to make a reliable and permanent contact.
  • Spring means the insulating layer of the cable and presses over the insulating layer on the conductor contained therein and the contact needle inserted therein to exert permanent pressure on the conductor and the contact needle.
  • the insulating layer in particular as a spring elastic
  • the spring device surrounds the stripped conductor, in particular directly. A small radial gap in the unconnected state between the stripped conductor and the
  • Gap between the conductor and spring device in the unconnected state ensures that the insertion of the stripped conductor in the spring device is easily possible.
  • the contact needle is inserted into the conductor, the radial volume of the conductor decreases with the inserted one
  • Insulating material used may be the softer
  • the insulation in addition to the elastic effect and a sealing function take over because of the applied pressure small and smallest gaps are reliably closed, creating a particularly high impermeability to penetrating
  • an additional sealing compound or sealing device may be provided around the spring device in order to more reliably prevent the penetration of moisture.
  • the spring device can be installed in the connection housing.
  • the spring device is in the
  • a captive recording of the spring device allows a particularly simple and reliable installation, since the fitter does not have to pay attention to whether the spring device is inserted into the terminal housing or not.
  • the spring device comprises at least one spring sleeve.
  • the spring sleeve has
  • the spring sleeve may have a funnel-shaped insertion region, which prevents a nudging of the spring sleeve during insertion of the conductor.
  • the conductor which consists in particular of a plurality of wires, can in a spring sleeve with a slightly larger inner diameter or a funnel-shaped Insertion area reliable and reproducible in the
  • Spring sleeve can be inserted without the individual wires on edges or the like nudge and bend.
  • the spring device is slotted
  • the spring sleeve has a slot, whereby the spring sleeve good elastic and resilient
  • the slot ends abut each other or have a certain distance from each other.
  • a helical slot which not only extends in the axial direction but spirally extends around the spring sleeve. This prevents even more reliable that individual wires of the conductor are forced out of the spring sleeve to the outside, whereby the pressing force of the spring sleeve would sink to the head and the contact needle received therein.
  • the spring device is at least partially made of a metal.
  • the spring device made of a resilient metal and
  • Spring device consists of a plastic.
  • a fiber composite material is possible. It is also possible that the spring device consists of a viscoelastic plastic.
  • viscoelastic spring device brings either an outer sleeve or, for example, the terminal housing itself the required counterforce to apply the necessary spring force during insertion of the contact needle.
  • Concentrically surrounding spring-loaded spring device with a sleeve arranged concentrically around it or the concentrically provided connection housing can absorb high forces, since the force is applied radially into the sleeve or into the connection housing and because the spring sleeve or the connection housing absorbs and dissipates this force along the circumference ,
  • a thread is arranged on the contact housing, which is provided for, with a on the connection housing
  • the contact housing has an internal thread and the connection housing has a
  • Outer diameter is less than three or four times the outer diameter of a solar cable to be connected.
  • the cable connection can also be laid in narrow channels, profiles and the like, whereby a particularly flexible application of the cable connection for the connection of solar modules of a photovoltaic system
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • Fig. 2 shows the cable connection of Fig. 1 in the connected
  • FIG. 3 shows the cable connection according to FIG. 2 during manufacture and when releasing the connection
  • Fig. 4 shows the cable connection of FIG. 2 in one
  • Fig. 5 is a schematic representation of a
  • Fig. 7 is a schematic cross section of a
  • Fig. 8 shows a cable connection in the connected state in
  • Fig. 9 shows another embodiment of the
  • FIG. 1 is a highly schematic view of a
  • the individual solar modules 101 to 103 of the photovoltaic system 100 are cable 4 designed as a solar cable 5
  • the solar cables 5 carry the generated electrical power, but can also be additionally applied with control signals or with sensor signals to the
  • Photovoltaic system 100 to control suitable.
  • a greater distance of the solar modules 102 and 103 must be bridged over an extension of the connecting cable 4. Since such photovoltaic installations are often done on sloping roof surfaces and there is not always every tool at hand when mounting there, a simple installation without special tools offers significant advantages.
  • Cable connection 1 is made small-sized to be performed by profiles, cable ducts or other small spaces.
  • the cable connection 1 it is possible for the cable connection 1 to be connected on one side to a freely configurable cable 4 or on both sides to freely connectable cables 4. With a two-sided connection possibility is
  • Fig. 2 shows the cable connection 1 in a perspective view in the connection state 18, in which the
  • connection cable 4 which from the
  • FIG. 3 shows the cable connection 1 in a perspective view, wherein the contact housing 2 and the
  • Connection housing 3 are partially separated from each other by twisting against each other or when making the connection.
  • Fig. 4 shows a partially sectioned schematic
  • connection housing 3 Representation of the cable connection 1 before the connection in the open state 20.
  • a cable 4 which can be freely assembled has been inserted so far that the cable 4 or the conductor 6 abuts against the entrance surface 38.
  • Terminal housing 3 is designed as a hollow screw and has an external thread 17, which is intended to be screwed into an internal thread 16 of the contact housing 2.
  • a contact needle 7 is arranged, which defines defined in the manufacture of the compound in the conductor 6 of the recorded on the terminal housing 3 cable 4 axially from the front.
  • the contact needle 7 is defined over virtually their full length or at least a substantial portion thereof inserted into the conductor 6 of the cable 4, so that the contact needle
  • a non-return device 19 is provided, which introduced an inserted into the hollow cylindrical terminal housing cable 4 in front of a
  • the contact needle 7 spreads, so that the axial force on the
  • Fig. 5 shows a schematic perspective view in which individual parts have been omitted in order to facilitate the overview. Clearly visible is the dipping into the conductor 6 contact needle 7.
  • the conductor 6 is surrounded by a spring means 8 here.
  • the insulating layer 13 of the connecting cable 4 has been removed via a stripped region 11, so that the spring sleeve 9 directly surrounds the stripped conductor 10.
  • the spring device 8 embodied here as a spring sleeve 9 has a helical slot 21 which ensures high elasticity of the spring sleeve 9 made here of an elastic metal.
  • the annular shaped slot 21 reliably prevents individual wires 15 of the conductor 6 from passing through the slot to the outside.
  • Such a spring device 9 also enables the application of the required force to a conductor arranged therein when a contact needle is inserted.
  • Fig. 6 shows the contact sleeve 9 of FIG. 5 with a schematically inserted contact needle 7 to a possible To show sizing.
  • a spiral annular slot 21 is provided in the contact sleeve 9.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a
  • Terminal housing 3 with a recorded therein cable 4, which at a stripped area 11 via a
  • stripped conductor 10 has.
  • the individual wires 15 of the conductor 6 are stripped over the length of the stripped
  • the radial distance may for example be between 5 and 25% of the diameter of the conductor. In any case, the radial distance is such that after immersing a contact needle 7 in the conductor 6, a radial pressure from the contact needle 7 via the conductor 6 is applied to the spring sleeve 9, so that, for example, provided with an axial slot or a ring slot 21 Spring sleeve 9 radially
  • the spring device 8 or spring sleeve 9 is made in the embodiment of FIG. 7 made of metal. But it is also possible that the spring device 8 consists of an example viscoelastxschen plastic. By inserting the contact needle 7 in the conductor 6, the radial volume is increased there, so that the pressure on the outside viscoelastic spring means
  • Spring device 8 is characterized by the spring device. 8 surrounding terminal housing 3 in its radial extension, so that a corresponding contact force on the conductor 6 and the contact needle 7 arranged therein is exercised.
  • the outer diameter 35 of the stripped conductor 10 is preferably between twenty and seventy-five percent of the outer diameter 33 of the cable 4.
  • the outer diameter 33 of the cable 4 is preferably in a range
  • the spring device 8 in the exemplary embodiment according to FIG. 7 is formed by a metal part, a radially particularly small-sized cable connection 1 can be realized, since a radially thin spring sleeve 9 can also be used
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view of the cable connection 1 in the connection state 18, in which the connection housing 3 is screwed into the contact housing 2 and wherein the not visible here contact pin 7 is immersed in the conductor 6.
  • Fig. 8 shows two variants. On the one hand, it is possible that a spring device 8, for example, a
  • Insulating layer 13 of the connection cable 4 surrounds and exerts elastic pressure from the outside during penetration of the contact needle 7 in the conductor. It is also possible for a stripped region 11 of the conductor 6 to be surrounded by a spring device 24 which is made of a viscoelastic material or of metal
  • the radially outwardly provided spring device 8 can then be
  • the terminal housing 3 may include a spring means 22 with spring tongues 23, which prevent sliding back after the insertion of the cable 4, since the spring tongues obliquely angled against the insulating layer 13 of the conductor 6 and in the attempt of retraction further into the insulating layer 13 of the cable 4 dig while the outer ends of the spring tongues abut a shoulder 26 in the terminal housing 3.
  • FIG. 9 shows, in a schematic cross-section, a further construction of a cable connection 1 in which the cable 4 does not have to be stripped off.
  • the inserted into the terminal housing 3 cable 4 is surrounded by the insulating layer 13 radially from the spring means 8, here
  • the spring sleeve 9 may have a slot 21 or the insulating layer 13 completely surrounded.
  • connection 1 available, the permanent and safe electrical contact between a connection cable 4 and a contact needle 7 allows and, for example, designed as a plug connection.
  • the connection can transmit high currents at high voltages and can
  • Photovoltaic system 100 solar module 101-103

Landscapes

  • Connections By Means Of Piercing Elements, Nuts, Or Screws (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Kabelanschluss (1) vorzugsweise für Fotovoltaikanlagen (100) umfassend ein Kontaktgehäuse (2) und ein Anschlussgehäuse (3). Das Anschlussgehäuse (3) ist mit dem Kontaktgehäuse (2) verbindbar und dient zur Aufnahme eines frei konfektionierbaren Kabels (4) mit einem Leiter (6). Das Anschlussgehäuse (3) ist dafür vorgesehen, das anzuschließende Kabel (4) mit dem Leiter (6) aufzunehmen. An dem Kontaktgehäuse (2) ist eine Kontaktnadel (7) zur Kontaktierung des Leiters (6) des anzuschließenden Kabels (4) angeordnet ist und eine Federeinrichtung (8) ist dafür vorgesehen, den Leiter (6) und die Kontaktnadel (7) radial zu umgeben und federelastisch zusammen zu drücken.

Description

Kabelanschluss , insbesondere für Fotovoltaikanlagen
Die Erfindung betrifft einen Kabelanschluss insbesondere für den Einsatz an Fotovoltaikanlagen. Der erfindungsgemäße Kabelanschluss dient insbesondere zur elektrischen
Verbindung einzelner Solarmodule und ist dazu geeignet, die entsprechenden Stromstärken und Spannungen sicher und dauerhaft zu übertragen. Fotovoltaikanlagen werden für langjährige Betriebsdauern von 20 Jahren und mehr ausgelegt und werden oft auf Dächern von Häusern und Industrieanlagen montiert. Sie tragen nennenswert zur Stromproduktion bei. Die produzierte
Strommenge wird regelmäßig in das öffentliche Netz
eingespeist und steht somit allgemein zur Verfügung. Schon kleinere Anlagen im Bereich einiger zehn Quadratmeter können jährlich 10.000 kW-Stunden und mehr an Strom
produzieren . Die auf den Dächern montierten Solarmodule werden bei der Montage z.B. über Steckverbindungen elektrisch miteinander verbunden .
Für solche Einsatzzwecke sind Steckverbindungen und
Kabelanschlüsse zur Verbindung von Solarmodulen bekannt geworden. Die bekannten Kabelanschlüsse funktionieren zuverlässig und auch dauerhaft. Im Zuge einer zunehmenden Verbreitung der Montage von Fotovoltaikanlagen auf Dächern und dergleichen erledigen die Montagen nicht immer
Fachfirmen, die auf die elektrische Verdrahtung
spezialisiert sind, sondern zunehmend Betriebe, die sich auf die Montage von Fotovoltaikmodulen auf Dachflächen ausgerichtet haben.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Auf Dachflächen unterliegt die Montage oftmals erschwerten Bedingungen, da viele Dächer geneigt sind.
Der Ausfall eines einzelnen Kabelanschlusses kann zu einem erheblichen Wartungsaufwand führen, da gegebenenfalls alle Kabelanschlüsse untersucht werden müssen, um den defekten Kabelanschluss zu finden. Ein durch die Kabelanschlüsse ausgelöster erhöhter Wartungsbedarf kann sich nachteilig auf das Geschäft auswirken. Deshalb ist es wichtig, eine langjährige und zuverlässige Betriebsdauer gewährleisten zu können .
Spezialwerkzeuge für unterschiedlichste Verbindungen sind oftmals vor Ort nicht vorhanden. Deshalb ist es
vorteilhaft, wenn die durchzuführenden Montagearbeiten mit relativ wenig elektrischem Spezialwerkzeug auskommen können, auch wenn die Anschlusskabel einzelner Solarmodule flexibel verlängert oder frei konfektioniert werden müssen, um sich an die baulichen Gegebenheiten anzupassen.
Die Solarmodule und die damit verbundenen Kabelanschlüsse sind auf den Dächern den dort herrschenden
Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Dies bedeutet, dass die Kabelanschlüsse im Sommer hohen Temperaturen von über 40 Grad C und im Winter Temperaturen weitaus unter null Grad C ausgesetzt werden können, während gleichzeitig Feuchtigkeit in Form von Nässe und/oder Schnee auf die Kabelanschlüsse einwirken . Unter diesen stark schwankenden Bedingungen müssen die
Kabelanschlüsse über die langen geplanten Betriebsdauern hinweg dauerhaft und zuverlässig einen Kontakt herstellen. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrischen Kabelanschluss insbesondere für den Einsatz an Fotovoltaikanlagen zur Verfügung zu stellen, welcher dauerhaft zuverlässig einen elektrischen Kontakt herstellt und relativ einfach zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Kabelanschluss mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem
Ausführungsbeispiel .
Ein erfindungsgemäßer elektrischer Kabelanschluss
insbesondere für Solarkabel an Fotovoltaikanlagen umfasst wenigstens ein Kontaktgehäuse und wenigstens ein
Anschlussgehäuse. Das Anschlussgehäuse ist mit dem
Kontaktgehäuse verbindbar und das Anschlussgehäuse ist zur Aufnahme wenigstens eines frei konfektionierbaren Kabels mit einem Leiter vorgesehen. Das Anschlussgehäuse dient dazu, das anzuschließende Kabel mit dem Leiter aufzunehmen. An dem Kontaktgehäuse ist eine Kontaktnadel zur
Kontaktierung des Leiters des anzuschließenden Kabels angeordnet. Eine Federeinrichtung ist dafür vorgesehen, den Leiter und die Kontaktnadel radial wenigstens teilweise zu umgeben und federelastisch zusammenzudrücken.
Der erfindungsgemäße Kabelanschluss hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kabelanschlusses ist, dass die Federeinrichtung den Leiter und die
Kontaktnadel radial umgibt und federelastisch
zusammendrückt. Dadurch wird auch nach längeren und langen Betriebsdauern ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktnadel und dem angeschlossenen Leiter ermöglicht .
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein frei konfektionierbares Kabel an dem Anschlussgehäuse aufnehmbar ist, wodurch eine flexible Montage und flexible Verlängerung von
Anschlusskabeln für Solarmodule möglich ist. Außerdem kann der Kabelanschluss kleinbauend ausgeführt werden. Die Federeinrichtung ist insbesondere als separates Teil ausgebildet und umgibt im verbundenen Zustand den Leiter und die Kontaktnadel radial. Die Federeinrichtung muss die Kontaktnadel und den Leiter radial nicht vollständig umgeben, sondern es reicht auch aus, wenn die
Federeinrichtung die Kontaktnadel und den Leiter von zwei oder mehr Seiten aufeinander drückt, um einen zuverlässigen und dauerhaften Kontakt herzustellen.
In einer bevorzugten Weiterbildung umgibt die
Federeinrichtung die Isolierschicht des Kabels und drückt über die Isolierschicht auf den darin enthaltenen Leiter und die dort eingeführte Kontaktnadel, um dauerhaft Druck auf den Leiter und die Kontaktnadel auszuüben. Dabei kann die Isolierschicht insbesondere als federelastischer
Speicher dienen.
Eine solche Ausgestaltung nutzt die elastischen
Eigenschaften der Isolierschicht, um dauerhaft Druck auf die elektrische Verbindung des Leiters mit der Kontaktnadel auszuüben. Set zungserscheinigungen und dergleichen werden durch die elastische Wirkung der Federeinrichtung und der Isolierschicht ausgeglichen, sodass eine dauerhaft
zuverlässige Kontaktierung ermöglicht wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umgibt die Federeinrichtung den abisolierten Leiter insbesondere direkt. Ein kleiner radialer Spalt kann im unverbundenen Zustand zwischen dem abisolierten Leiter und der
Federeinrichtung vorgesehen sein. Ein solcher radialer
Spalt zwischen Leiter und Federeinrichtung im unverbundenen Zustand gewährleistet, dass das Einführen des abisolierten Leiters in die Federeinrichtung einfach möglich ist. Wenn die Kontaktnadel in den Leiter eingeführt wird, nimmt das radiale Volumen des Leiters mit der eingeführten
Kontaktnadel zu. Dadurch wird der radiale Spalt überwunden und der Leiter mit der eingeführten Kontaktnadel wird radial gegen die Federeinrichtung gedrückt, sodass die Federeinrichtung dauerhaft Druck auf den Leiter mit der eingeführten Kontaktnadel ausübt.
Eine solche Ausgestaltung, bei der die Federeinrichtung den abisolierten Leiter umgibt, ermöglicht besonders lange und sichere Kontakt zeiten, da die Federeinrichtung direkt in
Kontakt mit dem Leiter und gegebenenfalls der Kontaktnadel steht und somit ein Fließen der Isolierschicht aus dem Federeinrichtung heraus nicht möglich ist. Je nach
eingesetztem Isoliermaterial kann die weichere
Isolierschicht durch die enge Verbindung zwischen
Federeinrichtung und Leiter bzw. Kontaktnadel
herausgedrängt werden, was gegebenenfalls die Anpresskraft senken kann. Bei geeigneten Materialien und Abmessungen kann das vermieden werden.
Wird die Isolierung als federelastischer Speicher
eingesetzt, kann die Isolierung zusätzlich neben der federelastischen Wirkung auch eine Dichtfunktion übernehmen, da durch den aufgebrachten Druck kleine und kleinste Spalte zuverlässig verschlossen werden, wodurch eine besonders hohe Dichtigkeit gegen eindringende
Feuchtigkeit erzielbar ist.
Wird die Isolierschicht des Kabels vor dem Anschluss wenigstens teilweise oder vollständig entfernt und umgibt die Federeinrichtung den Leiter des Kabels direkt, so kann eine zusätzliche Dichtmasse oder Dichteinrichtung um die Federeinrichtung herum vorgesehen sein, um das Eindringen von Feuchtigkeit noch zuverlässiger zu verhindern.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Federeinrichtung in das Anschlussgehäuse einbaubar ist. Insbesondere ist die Federeinrichtung in das
Anschlussgehäuse eingebaut und dort vorzugsweise
verliersicher aufgenommen. Eine verliersichere Aufnahme der Federeinrichtung ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Montage, da der Monteur nicht darauf achten muss, ob die Federeinrichtung in das Anschlussgehäuse eingelegt wird oder nicht.
In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Federeinrichtung wenigstens eine Federhülse. Die Federhülse weist
vorzugsweise einen zylindrischen Aufnahmebereich für den Leiter des Kabels auf. Gegebenenfalls kann die Federhülse einen trichterförmigen Einführbereich aufweisen, der ein Anstupsen der Federhülse beim Einschieben des Leiters verhindert .
Der Leiter, der insbesondere aus einer Mehrzahl von Adern besteht, kann bei einer Federhülse mit leicht vergrößerten Innendurchmesser oder bei einem trichterförmigen Einführbereich zuverlässig und reproduzierbar in die
Federhülse eingeschoben werden, ohne das einzelne Adern an Kanten oder dergleichen anstupsen und sich verbiegen. Vorzugsweise ist die Federeinrichtung geschlitzt
ausgeführt. Möglich ist beispielsweise, dass parallel zur Achse der Federhülse die Federhülse einen Schlitz aufweist, wodurch die Federhülse gute elastische und federnde
Eigenschaften aufweist. Möglich ist es, dass sich die
Schlitzenden überlappen, sodass sich die Federhülse
spiralförmig um einen aufgenommenen Leiter herum
herstreckt. Möglich ist es aber auch, dass die Schlitzenden aneinander anstoßen oder einen gewissen Abstand voneinander aufweisen .
Besonders bevorzugt ist ein spiralförmiger Schlitz, der sich nicht nur in axialer Richtung erstreckt, sondern spiralförmig um die Federhülse herum erstreckt. Dadurch wird noch zuverlässiger verhindert, dass einzelne Adern des Leiters aus der Federhülse nach außen gedrängt werden, wodurch die Presskraft der Federhülse auf den Leiter und die darin aufgenommene Kontaktnadel sinken würde.
Besonders bevorzugt ist die Federeinrichtung wenigstens teilweise aus einem Metall gefertigt. Insbesondere kann die Federeinrichtung aus einem federnden Metall und
insbesondere aus Federstahl bestehen.
Möglich und bevorzugt ist es aber auch, dass die
Federeinrichtung aus einem Kunststoff besteht. Möglich ist beispielsweise ein Faserverbundwerkstoff. Möglich ist es auch, dass die Federeinrichtung aus einem viskoelastischen Kunststoff besteht. Bei einer
viskoelastischen Federeinrichtung bringt entweder eine äußere Hülse oder beispielsweise das Anschlussgehäuse selbst die benötigte Gegenkraft auf, um beim Einschieben der Kontaktnadel die nötige Federkraft aufzubringen. Eine den Leiter mit der daran aufgenommenen Kontaktnadel
konzentrisch umgebende vxskoelastische Federeinrichtung mit einer wiederum darum konzentrisch herum angeordneten Hülse oder dem konzentrisch vorgesehenen Anschlussgehäuse kann hohe Kräfte aufnehmen, da die Kraft in die Hülse oder in das Anschlussgehäuse radial aufgebracht wird und da die Federhülse oder das Anschlussgehäuse diese Kraft entlang des Umfangs aufnimmt und ableitet.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an dem Kontaktgehäuse ein Gewinde angeordnet ist, welches dafür vorgesehen ist, mit einem an dem Anschlussgehäuse
vorgesehenen Gewinde zusammenzuwirken, um beim Verschrauben des Kontaktgehäuses mit dem Anschlussgehäuse die
Kontaktnadel von vorn definiert in den Leiter des Kabels einzuführen. Insbesondere weist das Kontaktgehäuse ein Innengewinde auf und das Anschlussgehäuse weist ein
Außengewinde auf. Durch die Schraubbewegung wird die
Kontaktnadel in den Leiter eingepresst. Dabei erzeugt durch die Gewindesteigung bedingt eine relativ kleine Drehkraft eine hohe axiale Eintauchkraft der Kontaktnadel in den Leiter des Anschlusskabels. Gleichzeitig wird durch die Kontaktnadel ein definiertes Eintauchen in den Leiter gewährleistet, was eine hohe Strom übertragende
Kontaktfläche sicherstellt, wodurch dauerhaft hohe Ströme bei hohen anliegenden Spannungen übertragbar sind. Gleichzeitig kann durch die gewählte Konstruktion ein klein bauender Kabelanschluss realisiert werden, dessen
Außendurchmesser kleiner als der drei- oder vierfache des Außendurchmessers eines anzuschließenden Solarkabels ist. Dadurch kann der Kabelanschluss auch in engen Kanälen, Profilen und dergleichen verlegt werden, wodurch eine besonders flexible Anwendung des Kabelanschlusses für die Verbindung von Solarmodulen einer Fotovoltaikanlage
ermöglicht wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert werden .
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Fotovoltaikanlage, deren Module über einen erfindungsgemäßen Kabelanschluss verbunden sind;
Fig. 2 den Kabelanschluss nach Fig. 1 im verbundenen
Zustand;
Fig. 3 den Kabelanschluss gemäß Fig. 2 beim Herstellen und beim Lösen der Verbindung;
Fig. 4 den Kabelanschluss gemäß Fig. 2 in einem
teilweise dargestellten Querschnitt im unverbundenen Zustand;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer
perspektivischen Ansicht beim Eindringen der Kontaktnadel in den Leiter;
Fig. 6 die Kontaktnadel und die Federhülse des
Kabelanschlusses nach Fig. 5; Fig. 7 einen schematisierten Querschnitt eines
Kabelanschlusses vor dem Eintauchen der
Kontaktnadel;
Fig. 8 einen Kabelanschluss im verbundenen Zustand im
Querschnitt; und
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform eines den
Kabelanschlusses in einem schematischen
Querschnitt vor dem Eintauchen der Kontaktnadel. In Fig. 1 ist eine stark schematische Ansicht einer
Fotovoltaikanlage 100 abgebildet, die hier im einfachen Beispiel drei Solarmodule 101, 102 und 103 aufweist, die mit nicht im Detail dargestellten Fotovoltaikzellen
ausgerüstet sind, um einfallendes Sonnenlicht in
elektrischen Strom umzuwandeln.
Die einzelnen Solarmodule 101 bis 103 der Fotovoltaikanlage 100 sind über als Solarkabel 5 ausgeführte Kabel 4
miteinander verbunden, um die nötige elektrische Verbindung herzustellen.
Die Solarkabel 5 führen die erzeugte elektrische Leistung ab, können aber zusätzlich auch noch mit Steuerungssignalen oder mit Sensorsignalen beaufschlagt werden, um die
Fotovoltaikanlage 100 geeignet steuern zu können.
An Lichtschächten, Dachflächen, Fenstern oder sonstigen baulichen Besonderheiten und Gegebenheiten ändert sich der normale Abstand eines Solarmoduls 102 zu einem Solarmodul
103.
Ein größerer Abstand der Solarmodule 102 und 103 muss über eine Verlängerung des Anschlusskabels 4 überbrückt werden. Da solche Fotovoltaikinstallationen häufig auf schräg angeordneten Dachflächen erfolgen und bei der Montage dort nicht immer jedes Werkzeug zur Hand ist, bietet eine einfache Montage ohne besonderes Spezialwerkzeug erhebliche Vorteile.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der elektrische
Kabelanschluss 1 kleinbauend ausgeführt ist, um auch durch Profile, Kabelkanäle oder sonstige kleine Zwischenräume durchgeführt werden zu können.
Dabei ist es möglich, dass der Kabelanschluss 1 einseitig mit einem frei konfektionierbaren Kabel 4 oder auf beiden Seiten mit frei konfektionierbaren Kabeln 4 verbunden wird. Bei einer zweiseitigen Verbindungsmöglichkeit ist
insbesondere ein symmetrischer Aufbau vorteilhaft.
Fig. 2 zeigt den Kabelanschluss 1 in einer perspektivischen Darstellung im Verbindungszustand 18, in der das
Kontaktgehäuse 2 mit dem Anschlussgehäuse 3 verbunden ist. Nicht dargestellt ist hier das als Solarkabel 5
dargestellte Anschlusskabel 4, welches aus dem
Anschlussgehäuse 3 heraustritt. Fig. 3 zeigt den Kabelanschluss 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei das Kontaktgehäuse 2 und das
Anschlussgehäuse 3 durch Verdrehen gegeneinander teilweise wieder voneinander gelöst sind bzw. beim Herstellen der Verbindung .
Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene schematische
Darstellung des Kabelanschlusses 1 vor dem Herstellen der Verbindung im geöffneten Zustand 20. In das Anschlussgehäuse 3 wurde ein frei konfektionierbares Kabel 4 soweit eingeschoben bis an der Eintrittsfläche 38 das Kabel 4 bzw. der Leiter 6 anliegen. Das
Anschlussgehäuse 3 ist als Hohlschraube ausgeführt und weist ein Außengewinde 17 auf, welches dafür vorgesehen ist in ein Innengewinde 16 des Kontaktgehäuses 2 eingeschraubt zu werden. Zentrisch in dem hohlzylindrischen Aufnahmebereich des Kontaktgehäuses 2 ist eine Kontaktnadel 7 angeordnet, welche bei Herstellung der Verbindung in den Leiter 6 des an dem Anschlussgehäuse 3 aufgenommenen Kabels 4 definiert axial von vorn eintaucht. Durch eine Anzahl von
Umdrehungen, die je nach Anwendungsfall beispielsweise zwischen drei und zehn liegen kann, wird die Kontaktnadel 7 definiert über praktisch ihre vollständige Länge oder wenigstens einen wesentlichen Anteil davon in den Leiter 6 des Kabels 4 eingeschoben, sodass die Kontaktnadel
7möglichst zentrisch in dem Leiter 6 angeordnet ist und somit eine hohe Kontaktfläche zum Leiter 6 herstellen kann.
An dem Anschlussgehäuse 3 ist eine Rückschiebesicherung 19 vorgesehen, die ein in das hohlzylindrisch ausgebildete Anschlussgehäuse eingeführtes Kabel 4 vor einem
Rückschieben sichert, wenn die Kontaktnadel 7 mit der hohen Eindringkraft axial von vorn in die Eintrittsfläche 38 des Anschlussgehäuses 3 eintritt. Beim Eintritt und
insbesondere mit zunehmendem Eintritt verbreitet sich die Kontaktnadel 7, sodass die axiale Kraft auf das
eingeschobene Kabel 4 zunimmt. Gleichzeitig steigt der radiale Druck, da der Leiter 6 bzw. dessen Adern 15 sich radial ausbreiten und Druck nach außen ausüben. Fig. 5 zeigt eine schematisch perspektivische Darstellung, bei der einzelne Teile weggelassen wurden, um die Übersicht zu erleichtern. Klar erkennbar ist die in den Leiter 6 eintauchende Kontaktnadel 7. Der Leiter 6 wird hier von einer Federeinrichtung 8 umgeben. Die Isolierschicht 13 des Anschlusskabels 4 wurde über einen abisolierten Bereich 11 entfernt, sodass die Federhülse 9 den abisolierten Leiter 10 direkt umgibt.
Die hier als Federhülse 9 ausgeführte Federeinrichtung 8 weist einen spiralförmigen Schlitz 21 auf, der für eine hohe Elastizität der hier aus einem elastischen Metall gefertigten Federhülse 9 sorgt. Der ringförmig gestaltete Schlitz 21 verhindert zuverlässig, dass einzelne Adern 15 des Leiters 6 durch den Schlitz nach außen dringen.
Ebenso ist es möglich, einen axial ausgeführten Schlitz 21 vorzusehen. Gegebenenfalls kann dann aber durch den Schlitz 21 eine Ader 15 des Leiters 6 radial nach außen treten. Das muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden, sodass der verbleibende Pressdruck noch ausreicht, um die Verbindung sicher zu gewährleisten. Möglich ist es auch, dass die Federeinrichtung 9 als
Spiralfeder ausgeführt ist, deren einzelne Windungen dicht aneinander liegen oder voneinander beabstandet sind. Auch eine solche Federeinrichtung 9 ermöglicht die Aufbringung der benötigten Kraft auf einen darin angeordneten Leiter, wenn eine Kontaktnadel eingeschoben wird.
Fig. 6 zeigt die Kontakthülse 9 der Fig. 5 mit einer schematisch eingesteckten Kontaktnadel 7, um eine mögliche Dimensionierung zu zeigen. Hier ist ein spiral ringförmiger Schlitz 21 in der Kontakthülse 9 vorgesehen.
Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein
Anschlussgehäuse 3 mit einem darin aufgenommenen Kabel 4, welches an einem abisolierten Bereich 11 über einen
abisolierten Leiter 10 verfügt. Die einzelnen Adern 15 des Leiters 6 sind hier über die Länge des abisolierten
Bereiches 11 von einer Federeinrichtung 8 in Form
beispielsweise einer Federhülse 9 umgeben. Dabei liegt im geöffneten Zustand 20, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, ein geringer radialer Spalt zwischen dem Innendurchmesser der Federhülse 9 und dem Außendurchmessers des Leiters 6 mit dem Bündel von Adern 15 vor. Der radiale Abstand kann beispielsweise zwischen 5 und 25 % des Durchmessers des Leiters betragen. Jedenfalls ist der radiale Abstand so bemessen, dass nach dem Eintauchen einer Kontaktnadel 7 in den Leiter 6 ein radialer Druck von der Kontaktnadel 7 über den Leiter 6 auf die Federhülse 9 aufgebracht wird, sodass sich beispielsweise eine mit einem axialen Schlitz oder einem Ringschlitz 21 versehene Federhülse 9 radial
elastisch ausdehnt und eine entsprechende Federkraft auf den Leiter 6 und die Kontaktnadel 7 überträgt. Vorzugsweise wird die Federeinrichtung 8 bzw. Federhülse 9 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 aus Metall hergestellt. Möglich ist es aber auch, dass die Federeinrichtung 8 aus einem beispielsweise viskoelastxschen Kunststoff besteht. Durch das Einschieben der Kontaktnadel 7 in den Leiter 6 wird dort das radiale Volumen vergrößert, sodass der Druck nach außen auf die viskoelastische Federeinrichtung
weitergegeben wird. Die hier viskoelastische
Federeinrichtung 8 wird durch das die Federeinrichtung 8 umgebende Anschlussgehäuse 3 in seiner radialen Ausdehnung begrenzt, sodass eine entsprechende Anpresskraft auf den Leiter 6 und die darin angeordnete Kontaktnadel 7 ausgeübt wird .
Der Außendurchmesser 35 des abisolierten Leiters 10 liegt vorzugsweise zwischen zwanzig und fünfundsiebzig Prozent des Außendurchmessers 33 der Kabels 4. Der Außendurchmesser 33 des Kabels 4 liegt vorzugsweise in einem Bereich
zwischen dreiunddreißig und Sechsundsechzig Prozent oder mehr des Außendurchmessers 32 des Kabelanschlusses 1, sodass ein kleinbauender der Kabelanschluss 1 ermöglicht wird . Wird die Federeinrichtung 8 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 durch ein Metallteil gebildet, kann ein radial besonders kleinbauender Kabelanschluss 1 realisiert werden, da auch durch eine radial dünne Federhülse 9 hohe
elastische Kräfte auf den Leiter 6 und die darin
vorgesehene Kontaktnadel 7 übertragbar sind.
Fig. 8 zeigt in einer schematisch geschnittenen Darstellung den Kabelanschluss 1 im Verbindungszustand 18, in dem das Anschlussgehäuse 3 in das Kontaktgehäuse 2 eingeschraubt ist und wobei die hier nicht sichtbare Kontaktnadel 7 in den Leiter 6 eingetaucht ist.
Fig. 8 zeigt zwei Varianten. Zum einen ist es möglich, dass eine Federeinrichtung 8 aus beispielsweise einem
viskoelastischen Material oder einem Metall die
Isolierschicht 13 des Anschlusskabels 4 umgibt und beim Eindringen der Kontaktnadel 7 in den Leiter elastischen Druck von außen ausübt. Es ist auch möglich, da'ss ein abisolierter Bereich 11 des Leiters 6 von einer Federeinrichtung 24 umgeben ist, welche aus einem viskoelastischen Material oder aus Metall
bestehen kann, um entsprechende Kräfte aus den Leiter 6 und die Kontaktnadel 7 zu übertragen. Die hier radial weiter außen vorgesehene Federeinrichtung 8 kann dann
beispielsweise aus einem viskoelastischen Material oder dergleichen bestehen und als Dichtungseinrichtung 28 des Kabelanschlusses 1 dienen, um eine dauerhaft sichere
Verbindung geschützt vor Feuchtigkeit zu ermöglichen.
Weiterhin ist in Fig. 8 die Rückschiebesicherung 19
dargestellt, die eine Federeinrichtung 22 mit Federzungen 23 umfassen kann, die nach dem Einschieben des Kabels 4 ein Zurückschieben verhindern, da die Federzungen schräg gewinkelt an der Isolierschicht 13 des Leiters 6 anliegen und bei dem Versuch des Zurückziehens sich weiter in die Isolierschicht 13 des Kabels 4 eingraben, während die äußeren Enden der Federzungen an einem Absatz 26 in dem Anschlussgehäuse 3 anliegen.
Fig. 9 zeigt in einem schematischen Querschnitt einen weiteren Aufbau eines Kabelanschlusses 1, bei dem das Kabel 4 nicht abisoliert werden muss. Das in das Anschlussgehäuse 3 eingeschobene Kabel 4 wird mit der Isolierschicht 13 radial von der Federeinrichtung 8 umgeben, die hier
wiederum als Federhülse 9 ausgebildet sein kann. Dabei kann die Federhülse 9 einen Schlitz 21 aufweisen oder aber die Isolierschicht 13 vollständig umgeben. Nach dem Einführen der Kontaktnadel 7 in den Leiter 6 wird durch das
zusätzliche Volumen der Kontaktnadel 7 bedingt der Leiter 6 radial aufgedehnt, wodurch die Isolierschicht 13 als federelastischer Speicher 14 dient. Auch bei mechanischen Setzungserscheinungen oder dergleichen reicht die
federelastische Kraft der Isolierschicht, die durch die umgebende Federeinrichtung 8 unterstützt wird, aus, um eine dauerhaft dichte und zuverlässige Verbindung zu
ermöglichen .
Insgesamt stellt die Erfindung einen zuverlässigen
Kabelanschluss 1 zur Verfügung, der dauerhaft und sicher einen elektrischen Kontakt zwischen einem Anschlusskabel 4 und einer Kontaktnadel 7 ermöglicht und beispielsweise als Steckverbindung ausgeführt ist. Die Verbindung kann hohe Ströme bei hohen Spannungen übertragen und kann
wartungsfrei über lange Zeiträume betrieben werden.
Bezugs zeichenliste
Elektrischer Kabelanschluss 1
Kontaktgehäuse 2 Anschlussgehäuse 3
Kabel 4
Solarkabel 5
Leiter 6
Kontaktnadel 7 Federeinrichtung 8
Federhülse 9
Abisolierter Leiter 10
Abisolierter Bereich 11 trichterförmiger Einführbereich 12 Isolierschicht 13
Federelastischer Speicher 14
Ader 15
Innengewinde 16
Außengewinde 17 Verbindungszustand 18
Rückschiebesicherung 19 geöffneter Zustand 20
Schlitz 21
Federeinrichtung 22 Federzunge 23
Federeinrichtung 24
Absatz 26
Dichtungseinrichtung 28 konische Anschlagfläche 29 Außendurchmesser des Steckverbinders 32
Außendurchmesser des Kabels 33
Außendurchmesser des Leiters 35
Eintrittsfläche 38
Fotovoltaikanlage 100 Solarmodul 101-103

Claims

Patentansprüche
1. Kabelanschluss (1) vorzugsweise für Fotovoltaikanlagen (100) umfassend wenigstens ein Kontaktgehäuse (2) und wenigstens ein Anschlussgehäuse (3) ,
wobei das Anschlussgehäuse (3) mit dem Kontaktgehäuse (2) verbindbar ist und zur Aufnahme wenigstens eines frei konfektionierbaren Kabels (4) mit einem Leiter (6) dient ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anschlussgehäuse (3) dafür vorgesehen ist, das anzuschließende Kabel (4) mit dem Leiter (6)
aufzunehmen und dass an dem Kontaktgehäuse (2) eine Kontaktnadel (7) zur Kontaktierung des Leiters (6) des anzuschließenden Kabels (4) angeordnet ist, wobei eine Federeinrichtung (8) dafür vorgesehen ist, den Leiter (6) und die Kontaktnadel (7) radial zu umgeben und federelastisch zusammen zu drücken.
2. Kabelanschluss (1) nach Anspruch 1, wobei die
Federeinrichtung (8) den abisolierten Leiter (10) umgibt .
3. Kabelanschluss (1) nach Anspruch 1, wobei die
Federeinrichtung (8) die Isolierschicht (13) des Kabels (4) umgibt.
4. Kabelanschluss (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, Anspruch, wobei die Isolierschicht (13) als
federelastischer Speicher (14) dient. Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (8) in das
Anschlussgehäuse (3) eingebaut ist.
Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (8) eine
Federhülse (9) umfasst.
7. Kabelanschluss (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Federhülse (9) einen zylindrischen
Aufnahmebereich (12) für den Leiter (6) des Kabels (4) und einen trichterförmigen Einführbereich (12)
aufweist .
Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (8) geschlitzt ist .
Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (8) aus Met besteht .
10. Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (8) aus
wenigstens einem viskoelastischem Kunststoff besteht.
Kabelanschluss (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Leiter (6) des Kabels (4) aus mehreren flexiblen Adern (15) besteht.
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