专利名称：特别用于光伏系统的线缆连接器的制作方法
特别用于光伏系统的线缆连接器本发明涉及一种特别用于光伏系统中的线缆连接器。根据本发明的线缆连接器特别地是用于多个单独的太阳能模块的电气连接，并且适用于安全地并且永久地传输相关电流强度和电压。光伏系统被设计用于20年或更久的长期的工作周期并且通常被安装在住宅和工业设施的屋顶上。这些光伏系统对电力的产生做出了重大贡献。所产生的电力量被定期地馈入到公用电力网络中并且因此是普遍可用的。即使有点小的、覆盖在几十平方米的区域中的系统每年也能够产生10，000千瓦时的电力或更多。多个屋顶安装式太阳能模块在安装过程中例如经由多个插接式连接器被电气地连接在一起。出于这类目的，用于多个太阳能模块的连接的插接式连接器和线缆连接器变得众所周知。这些已知的线缆连接器可靠地并且还永久地起作用。随着光伏系统在屋顶等上的安装的日益扩展，并不始终是在电力布线方面专业的专业公司来执行安装，而是已经使自身适应于光伏模块在屋顶表面上的安装的越来越多的公司来执行这些安装。在屋顶表面上的安装通常遭遇较困难的条件，因为许多屋顶是倾斜的。单一线缆连接器的故障可能导致相当大的维修工作，因为为了找到出故障的线缆连接器，可能必需检查所有这些线缆连接器。因这些线缆连接器而触发的对维修的需要增加可能对商业有不利影响。因此，必需能够保证许多年的可靠的工作周期。用于最多种连接器的专用工具是经常在现场无法获得的。因此，以下情况是有利的如果即使多个单独太阳能模块的这些连接器线缆必须根据需要被柔韧地延伸或配置以便使它们适配于现场的结构条件，也能够用相对少的专用电气工具来管理有待执行的安装工作。
这些太阳能模块和与它们关联的这些线缆连接器在屋顶上暴露于在那里占优势的环境条件。这意味着这些线缆连接器可能暴露于在夏天超过40摄氏度的高温和在冬天远远低于零摄氏度的温度中，而同时呈雨和/或雪形式的湿气也影响这些线缆连接器。在这些急剧波动的条件下，这些线缆连接器必须在所计划的长的工作周期内永久地并且可靠地进行接触。因此，本发明的目标是提供一种特别用于光伏系统中的电气线缆连接器，该电气线缆连接器可靠地进行永久的电气接触并且是相对易于安装的。通过具有权利要求1所述的特征的线缆连接器来实现这个目标。本发明的优选进展是从属权利要求的主题。另外的优点和特征将从实施方案中显现。一种根据本发明的、特别用于光伏系统上的太阳能线缆的电气线缆连接器，包括至少一个接触壳体和至少一个连接壳体。该连接壳体可以连接到该接触壳体上，并且该连接壳体被设置有一个导体以便容纳至少一个能够根据需要而配置的线缆。该连接壳体用来容纳有待与该导体连接在一起的线缆。用于接触该有待连接的线缆的导体的一个接触针被安排在该接触壳体之上。一个弹簧装置被设置成径向地、至少部分地围绕该导体和该接触针，并且以一种弹簧弹性的方式将所述导体和接触针按压在一起。
根据本发明的线缆连接器具有许多优点。根据本发明的线缆连接器的一个显著优点在于该弹簧装置径向地围绕该导体和该接触针并且以一种弹簧弹性的方式将它们按压在一起。因此，这促进该接触针与所连接的导体之间的可靠的电气接触，即使是在延长的并且长的工作周期之后也是如此。另一个优点在于可以根据需要被配置的一个线缆能够被容纳在该连接壳体上，这意味着用于多个太阳能模块的多个连接线缆的灵活安装和灵活延伸是可能的。此外，该线缆连接器可以具有紧凑设计。该弹簧装置被具体配置为一个分离的部件并且在已连接的状态下径向地围绕该导体和该接触针。该弹簧装置不需要完全地径向地围绕该接触针和该导体，而如果该弹簧装置从两侧或更多侧将该接触针和该导体按压在一起则足以来进行可靠的并且持久的接触。在一个优选进展中，该弹簧装置围绕该线缆的绝缘层并且经由该绝缘层按压在其中所含有的导体和插入那里的接触针上，以便在所述导体和接触针上施加永久的压力。在该过程中，该绝缘层可以具体用作一个弹簧弹性的储能器。这样一种配置利用该绝缘层的弹性特性以便在该导体与该接触针之间的电气连接上施加永久的压力。通过该弹簧装置的弹性效果和该绝缘层，以能够实现可靠的永久接触的一种方式来平衡沉降现象等。在另一个优选实施方案中，该弹簧装置具体来说直接地围绕已剥皮的导体。可以在处于未连接状态下在该已剥细导体与该弹簧装置之间设置一个小的径向间隙。在未连接状态下的导体与弹簧装置之间的这样一个径向间隙确保了能够容易地将该已剥细导体插入到该弹簧装置之中。如果该接触针被插入到该导体中，则插入有该接触针的导体的径向体积增加。因此，该径向间隙被桥接并且插入有该接触针的导体在径向上被按压抵靠该弹簧装置，这样使得该弹簧装置在插入有该接触针的导体上施加永久压力。其中该弹簧装置围绕该已剥细导体的这样一个实施方案有助于特别长久并且稳固的接触时间，因为该弹簧装置在适当时与该导体和该接触针直接相接触，并且因此该绝缘层不可能流出该弹簧装置。取决于所使用的绝缘材料，较软的绝缘层可能穿过该弹簧装置与该导体或接触针之间的狭窄接点被挤压出，这可能会降低接触力。这可以通过使用适当的材料和尺寸来防止。如果该绝缘体被用作一个 弹簧弹性的储能器，那么除了呈现弹簧弹性效果之外，随着小的和微小的间隙由于所施加的压力而被可靠地密封，所述绝缘体还可以呈现一个密封功能，从而使得达到特别高水平的防湿气渗透的不透过性成为可能。如果在连接之前该线缆的绝缘层被至少部分地或全部地移除，并且如果该弹簧装置直接地围绕该线缆的导体，那么另一种密封化合物或密封装置可以被设置在该弹簧装置周围以便更加可靠地防止湿气渗透。在所有实施方案中，尤其优选的是该弹簧装置能够安装在该连接壳体之中。具体来说，该弹簧装置被安装在该连接壳体中并且优选地以捕获方式容纳于该连接壳体之中。该弹簧装置的捕获式的容纳特别有助于容易并且可靠的安装，因为装配工不必注意该弹簧装置是否必须被插入该连接壳体之中。
在优选实施方案中，该弹簧装置包括至少一个弹簧套筒。该弹簧套筒优选地具有用于该线缆的导体的一个圆柱形接收区域。如果有必要，则该弹簧套筒可以具有一个漏斗形的插入区域，该漏斗形的插入区域在该导体被插入时防止该弹簧套筒卡住。在具有稍微增大的内部直径的一个弹簧套筒的情况下，或在漏斗形的插入区域的情况下，具体由多个内芯组成的导体可以可靠地并且可再现地被推入到该弹簧套筒中，而多个单独的内芯不会卡在边缘或类似物上并且变得弯曲。该弹簧装置优选地是有槽的。例如以下情况是有可能的该弹簧套筒具有与所述弹簧套筒的轴线平行的一个槽，这样导致该弹簧套筒具有良好的弹性和柔韧特性。有可能的是这些槽的末端重叠而使得该弹簧套筒在一个所容纳的导体周围螺旋地延伸。然而也有可能的是，这些槽的末端彼此邻接或彼此有一定的距离。不仅在轴向方向延伸而且在该弹簧套筒周围螺旋地延伸的一个螺旋槽是尤其优选的。因为这样，甚至更加可靠地防止了该导体的多个单独的内芯被迫向外离开该弹簧套筒，这将会导致该弹簧套筒在其中所容纳的导体和接触针上的按压力减少。尤其优选的是该弹簧装置至少部分地是由一种金属制成。具体来说，该弹簧装置可以由一种柔韧金属并且具体来说由弹簧钢构成。然而，该弹簧装置由一种塑料材料构成也是有可能的并且是优选的。例如，一种纤维增强的塑料材料是有可能的。然而，该弹簧装置由一种粘弹性塑料材料构成也是有可能的。在具有一个粘弹性弹簧装置的情况下，当在该接触针中推动时，例如一个外套筒或该连接壳体施加所需要的相反的力以便施加必要的弹簧力。同心地围绕其中容纳有该接触针的导体的一个粘弹性弹簧装置(该导体又具有同心地安排在其周围的一个套筒或具有被同心地设置的连接壳体)能够吸收高的力，这是因为进入该套筒或进入该连接壳体的力是被径向地施加的并且因为该弹簧套筒或该连接壳体沿周边吸收这个力并且使该力消失。
在所有实施方案中，优选的是将一种螺纹布置在该接触壳体上，所述螺纹旨在与设置在该连接壳体上的一种螺纹相配合，以便在将所述接触壳体与所述连接壳体拧到一起时以一种限定的方式从前面将该接触针插入到该线缆的导体之中。具体来说，该接触壳体具有内螺纹并且该连接壳体具有外螺纹。由于该旋拧运动，该接触针被按压到该导体之中。在这个过程中，由于螺距，一个相对小的扭转力产生了使该接触针进入该连接器线缆的导体中的高的轴向插入力。同时，该接触针保证了所限定的进入该导体中的完全插入，这确保了用于传输电力的大接触表面，这意味着在存在高电压的情况下可以传输永久高的电流。同时，由于所选择的设计，实施具有紧凑设计的线缆连接器(该线缆连接器的外直径小于有待连接的太阳能线缆的外直径的三倍至四倍)是有可能的。因此，该线缆连接器也可以被布线在狭窄管道、区段等中，这确保了线缆连接器用于连接一个光伏系统的多个太阳能模块的尤其灵活的使用。本发明的另外的优点和特征将从以下参照附图阐释的实施方案中显现。这些图显示出
图1 一个光伏系统的示意图，该光伏系统的多个模块通过根据本发明的一个线缆连接器相连接；图2是根据图1的、处于已连接的状态下的线缆连接器；
图3是在进行连接和解除连接时的根据图2的线缆连接器；图4是在未连接的状态下在部分示出的横截面中的根据图2的线缆连接器；图5是在该接触针穿透该导体时的一个透视图的示意图；图6是根据图5的线缆连接器的接触针和弹簧套筒；图7是在该接触针完全插入之前的一个线缆连接器的示意性横截面；图8是在未连接的状态下的一个线缆连接器的横截面；并且图9是在该接触针完全插入之前的一个线缆连接器的另一个实施方案的示意横截面。图1示出了一个光伏系统100的高度示意性的示图，其中在此的基本实例中，该光伏系统具有三个太阳能模块101、102以及103，这些太阳能模块装备有未详细示出的多个光伏电池，以便将入射阳光转化成电流。光伏系统100的多个单独的太阳能模块101至103由多个线缆4 (被配置为太阳能线缆5)连接在一起，以便进行必要的电气连接。多个太阳能线缆5按路线发送出被生成但是也可以是被供应的电力、外加控制信号或传感器信号，这样使得光伏系统100能够受到适当地控制。太阳能模块102与太阳能模块103之间的正常间隙随着光轴、屋顶表面、窗户或其他结构特征以及条件而改变。太阳能模块102 与太阳能模块103之间的一个较大的间隙必须通过延伸连接器线缆4来桥接。由于这类光伏设施经常在倾斜的屋顶表面上执行，并且由于在倾斜的屋顶表面上安装时并非每一个工具总是在手边，所以不使用特定的专门工具的简单安装提供了相当多的优点。以下情况也是有利的电气线缆连接器I具有紧凑设计，这样使得该电气线缆连接器也能够螺纹式穿过多个区段、线缆管道或其他小的空间。同时，有可能的是线缆连接器I在一侧上被连接至根据需要配置的一个线缆4上、或在两侧上被连接至根据需要配置的多个线缆4上。在有可能进行两侧连接的情况下，对称的构造是特别有利的。图2示出了在已连接状态18下的线缆连接器I的透视图，其中接触壳体2被连接至连接壳体3上。离开连接壳体3的、表示为太阳能线缆5的连接器线缆4在此未被示出。图3示出了线缆连接器I的透视图，其中接触壳体2与连接壳体3通过彼此紧靠扭动而被再次部分地彼此分开或在进行连接的过程中被部分地分开。图4示出了在已打开的状态20下在进行连接之前的线缆连接器I的一个部分剖面示意图。根据需要被配置的一个线缆4已经被推入到连接壳体3中直到线缆4与导体6靠在进入表面38上。连接壳体3被配置为一个空心螺杆并且具有外螺纹17，该外螺纹被设置用于拧入到接触壳体2的内螺纹16之中。一个接触针7被居中地布置在接触壳体2的空心圆柱形接收区域中，该接触针在进行连接时完全进入线缆4的导体6中，该线缆以一种限定的轴向方式从前面被容纳于连接壳体3之上。通过多圈转动(取决于应用情况可以例如是在三与十之间)，接触针7以一种限定的方式在实际上其整个长度或其至少一个显著部分上被推入到线缆4的导体6中，这样使得接触针7被尽可能远地居中布置在导体6中、并且因此可以产生与导体6的大接触表面。一个滑回防护装置19被设置在连接壳体3上，在接触针7以高穿透力从前面轴向地穿透连接壳体3的进入表面38时，该滑回防护装置固定一个被推入到配置为空心圆柱体的连接壳体中的线缆4以防滑回。在进入时并且特别在进入过程进行时，接触针7变宽而使得已经被推入的线缆4上的轴向力增加。同时，随着导体6或其内芯15径向地伸展开并且向外施加压力，径向压力增加。图5示出了一个示意透视图，其中已经省略了多个单独的部件以便更易于观察。正在完全地进入导体6中的接触针7是清晰可辨认的。在此导体6被一个弹簧装置8围绕。连接器线缆4的绝缘层13在一个已剥细区域11上已被移除，这样使得弹簧套筒9直接围绕已剥细导体10。在此被配置为弹簧套筒9的弹簧装置8具有一个螺旋槽21，这个螺旋槽确保了在此由弹性金属制成的弹簧套筒9的高弹性。环形槽21可靠地防止导体6的多个单独的内芯15穿过该槽向外穿透。设置一个被轴向地配置的槽21也是有可能的。然而,如果有必要,则导体6的一个内芯15能够穿过槽21向外径向地离开。在设计过程中必须考虑到这点，以便剩余的压缩压力仍足以稳固地保证连接。 将弹簧装置9配置为一个螺旋弹簧也是有可能的，该螺旋弹簧的多个单独的圈是紧密地靠在一起的或彼此间隔开的。这样一个弹簧装置9也使得在一个接触针被推入时，对布置在该弹簧装置中的一个导体施加必要的力成为可能。图6示出了具有一个示意性地插入的接触针7的图5的接触套筒9，以便示出可能的尺寸。在这种情况下，一个螺旋环形槽21被设置在接触套筒9之中。图7示出了其中容纳有线缆4的一个连接壳体3的示意图，所述线缆4在一个已剥细区域11中具有一个已剥细导体10。导体6的多个单独的内芯15在此在已剥细区域11的长度上被一个弹簧装置8 (呈例如弹簧套筒9的形式)围绕。在这种情况下，在如图7中所示的已打开的状态20下，在弹簧套筒9的内部直径与具有一束内芯15的导体6的外直径之间存在一个小的径向间隙。该径向间隙可以例如是在该导体的直径的5%与25%之间。在任何情况下，该径向间隙的尺寸被确定成使得在一个接触针7完全插入导体6中之后，接触针7通过导体6向弹簧套筒9施加一个径向压力，这样使得例如设置有轴向槽或环形槽21的一个弹簧套筒9径向地、弹性地扩张并且在导体6与接触针7上传输一个相应的弹黃力。在根据图7的实施方案中，弹簧装置8或弹簧套筒9优选地是由金属制成的。然而，弹簧装置8由例如粘弹性塑料材料构成也是有可能的。通过将接触针7插入到导体6中，增大了此处的径向体积，这样使得压力被向外传递到该粘弹性弹簧装置。通过围绕弹簧装置8的连接壳体3，使粘弹性的弹簧装置8在此被限制在其径向扩张中，这样使得对被布置于其中的导体6与接触针7施加了一个相应的接触力。已剥细导体10的外直径35优选地是在线缆4的外直径33的20%与75%之间。线缆4的外直径33优选地是在处于线缆连接器I的外直径32的33%与66%或更大之间的一个范围内，这样使得促进了线缆连接器I的紧凑设计。如果根据图7的实施方案中的弹簧装置8由一个金属部件形成，则实施线缆连接器I的径向上尤其紧凑的设计是有可能的，因为即使通过一个在径向上细小的弹簧套筒9也能够向设置在该弹簧装置中的导体6和接触针7传输高的弹性力。图8示出了已连接的状态18下的线缆连接器I的示意剖面图，其中连接壳体3被拧入到接触壳体2中并且其中在此不可见的接触针7被完全地插入到导体6之中。图8示出了两个变体。一方面，以下情况是有可能的由例如一种粘弹性材料或一种金属制成的一个弹簧装置8围绕连接器线缆4的绝缘层13并且在接触针7穿透入该导体时从外面施加弹性压力。以下情况也是有可能的导体6的一个已剥细区域11被可以由粘弹性材料或金属构成的一个弹簧装置24围绕，以便从导体6和接触针7传输相应的力。在径向上进一步向外设置的弹簧装置8则可以例如由一种粘弹性材料或类似物构成并且可以用作线缆连接器I的密封装置28，以便有助于受到保护而免受湿气影响的一个永久稳固的连接。图8进一步示出了滑回防护装置19，该滑回防护装置可以包括具有多个弹簧岔心23的一个弹簧装置22，这些弹簧岔心在线缆4被推入之后防止该线缆向后滑动，因为这些弹簧岔心以一个斜角靠在导体6的绝缘层13上，并且如果试图撤回，则这些弹簧岔心将它们自己进一步掩埋到线缆4的绝缘层13中，而这些弹簧岔心的外端被支撑在连接壳体3中的一个凸檐26上。图9示出了其中的线缆4不需要被剥细的一个线缆连接器I的另一个构造的示意横截面。被推入到连接壳体3中 的线缆4通过绝缘层13被弹簧装置8径向地围绕，该弹簧装置在此进而可以被配置为弹簧套筒9。同时，弹簧套筒9可以具有一个槽21或也可以完全地围绕绝缘层13。在接触针7插入导体6中之后，所述导体6由于接触针7的另外的体积而被径向地扩张，这样导致绝缘层13用作一个弹簧弹性的储能器14。即使在机械沉降现象或类似现象的情况下，由围绕的弹簧装置8支撑的绝缘层的弹簧弹力足以促进永久不透水的并且可靠的连接。总而言之，本发明提供一种可靠的线缆连接器1，该线缆连接器永久地并且稳固地促进一个连接器线缆4与一个接触针7之间的电气接触、并且被配置为例如插接式连接器。该连接器能够在高电压下传输高电流并且能够长期不用维修地被操作。参考号列表电气线缆连接器I接触壳体2连接器3线缆4太阳能线缆5导体6接触针7弹簧装置8弹簧套筒9
已剥细导体10已剥细区域11漏斗形的插入区域12绝缘层13弹簧弹性的储能器14内芯15内螺纹16外螺纹17已连接的状态18滑回防护装置19已打开的状态20槽21弹簧装置22弹簧岔心23弹簧装置24凸檐25密封装置26圆锥形接触表面27插接式连接器的外直径28线缆的外直径29导体的外直径30进入表面31 光伏系统100太阳能模块101-10权利要求
1.线缆连接器(1)，优选地用于光伏系统(100)，该线缆连接器包括一个接触壳体(2)以及 至少一个连接壳体(3)， 其中该连接壳体(3)可以连接到该接触壳体(2)上并且用以容纳至少一个线缆(4)，该线缆可以根据需要被构造并且具有一个导体(6)， 其特征在于 该连接壳体(3)被设置来容纳有待与该导体(6)相连接的该线缆(4)，并且用于与有待连接的该线缆(4)的导体(6)进行接触的一个接触针(7)被安排在该接触壳体(2)上，其中一个弹簧装置(8)旨在径向地围绕该导体(6)和该接触针(7)并且以一种弹簧弹性的方式将所述导体和接触针按压在一起。
2.根据权利要求1所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)围绕着已剥细导体(10)。
3.根据权利要求1所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)围绕着该线缆(4)的绝缘层(13)。
4.根据前一项权利要求所述的线缆连接器(1)，其中该绝缘层(13)用作一个弹簧弹性的储能器(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)被结合到该连接壳体(3)之中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)包括一个弹簧套筒(9)。
7.根据前一项权利要求所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧套筒(9)具有一个用于该线缆(4)的导体(6)的圆柱形接收区域(12)和一个漏斗形的插入区域(12)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)是有槽的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)由金属构成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该弹簧装置(8)由至少一种粘弹性塑料材料构成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的线缆连接器(1)，其中该线缆(4)的导体(6)由多个柔韧内芯(15)组成。
全文摘要
本发明的主题是一种优选地用于光伏系统(100)的缆线连接器(1)，该缆线连接器包括一个接触壳体(2)和一个连接壳体(3)。该连接壳体(3)可以连接到该接触壳体(2)上并且用以容纳一个线缆(4)，该线缆可以根据需要被构造并且具有一个导体(6)。该连接壳体(3)旨在容纳有待连接的并且具有该导体(6)的该线缆(4)。用于与有待连接的该线缆(4)的导体(6)进行接触的一个接触针(7)被安排在该接触壳体(2)上，并且一个弹簧装置(8)旨在径向地围绕该导体(6)和该接触针(7)并且以一种弹簧弹性的方式将所述导体和接触针按压在一起。
文档编号H01R4/48GK103038945SQ201180034816
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月27日 优先权日2010年7月16日
发明者于尔根·法伊-霍曼, 托马斯·沙伊布 申请人:菲尼克斯电气公司