DE2216450B2

DE2216450B2 - Wandstruktur zur Bildung einer Gehauseoberflache mit vorbestimmten Lichtabsorbtionseigenschaften

Info

Publication number: DE2216450B2
Application number: DE2216450A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Zuerh Eder (Schweiz)
Original assignee: Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-04-05
Publication date: 1973-11-08
Also published as: CH525495A; FR2135219A1; FR2135219B1; DE2216450A1; DE2216450C3

Description

Gehäuse zu finden, bei welcher die Absorptionsbzw. Emissionseigenschaften mindestens für vorbestimmte Wellenbereiche elektromagnetischer Strahlung, z. B. also für Licht, praktisch nicht von der Feinstruktur, sondern von der makroskopischen und praktisch unveränderlichen Geometrie der Oberflächengestaltung abhängig sind. Insbesondere wird angestrebt, eine großflächige Wandstruktur mit den Eigenschaften eines ideal schwarzen Körpers zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Wandstruktur der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß sie als einseitig offene Prismazellenstrukrur mit einer auf der der offenen Seite gegenüberliegenden Seite angeordneten Trägerplatte ausgebildet ist.

Eine erfindungsgemäße Wandstruktur bildet al«o an allen Orten nach außen offene Hohlräume, an deren Innenwandungen einfallendes und zu kleinem Anteil reflektierendes Licht mehrfach auffällt, so daß nur ein vernachlässigbar kleiner Prozentsatz der einfallenden Strahlung wieder austritt. Für Einzelkörper ist dieses Prinzip eines »schwarzen« Körpers bekannt, aber es ist noch nie vorgeschlagen worden, eine größere Fläche, die einer homogenen Bestrahlung ausgesetzt ist, so zu gestalten, daß sie über ihren ganzen Bereich eine »schwarze« Fläche darstellt.

Vorzugsweise haben die Prismazellen der erfindungsgemäßen Wandstruktur Polygonquerschnitte und sind von den benachbarten durch gleichmäßig dünne Wände getrennt, so daß relativ zur gesamten Wandfläche, die Summe der Wandquerschnitte, die nicht »schwarz« sind, vernachlässigbar klein sind.

Die unter sich vorzugsweise gleichen Höhen der Prismazellen sollten mindestens 3mal, vorzugsweise 5- oder mehrmal, größer als die mittleren Querschnittsdurchmesser der Prismazellen sein, und mindestens die Oberflächen der Prismazellwände sollten geschwärzt sein, so daß sie einfallende Lichtstrahlen zum überwiegenden Anteil absorbieren und den Rest diffus reflektieren. _

Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Gestaltung der »schwarzen« Wandstruktur bieten sich aus der Verbundbauplatten-Technik (Sandwich) bekannte Honigwabenstrukturen aus dünnem, zur vorgesehenen Verwendung geschwärztem eventuell sandgestrahltem Alu-Blech, aber auch solche aus nichtmetallischem Material, z. B. aneinandergeklebte Glasröhrchen, oder Glasfaser-Kunststoff-Laminate an. Die Querschnittsformen der Prismazellen sind vorzugsweise sechseckig, eventuell auch drei- oder viereckig; sie können auch gewisFe Unregelmäßigkeiten aufweisen. Derartige Prismazellenstrukturen in Verbindung mit genügend formstabilen Trägerplatten, auf die sie aufgeklebt odei aufgeschweißt oder aufgelötet werden können, geben der erfindungsgemäßen Wandstruktur eine vorzügliche Formstabilität, so daß sie als selbsttragende Wandungen auch von großflächigen Gehäusen, beispielsweise von Kühltürmen, verwendbar sind.

In einer vorgesehenen Anwendung auf Satelliten können die erfindungsgemäßtn Wandstrukturen zylindrisch gekrümmt sein. An entsprechenden Be-

zirken, hinter denen Fotozellen zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie angeordnet sind, können die Trägerplatte!! aus für bestimmte Lichtwellenlängen selektiv durchlässigem Glas bestehen, das in an sich bekannter Weise mit einer entsprechenden Filterschicht bedampft worden ist.

In anderen Bezirken, hinter denen Sende- und Empfangs-Antennen zur Informations-Übertragung von Satelliten zur Erde und umgekehrt über UKW-Trägerfrequenzen (2 cm < λ < 20 cm) angeordnet

ao sind, muß die erfindungsgemäße Wandstiüktur aus optisch undurchsichtigem, nichtmetallischem Kunststoffmaterial bestehen, wie es für Abdeckhauben von Radarschirmen verwendet wird.

Das Bauprinzip für »schwarze« Wandstrukturen

as gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch und beispielsweise veranschaulicht. Dabei zeigt F i g. 1 einen Ausschnitt aus einer zylindrisch gekrümmten »schwarzen« Gehäusewand eines Satellitenkörpers, bei welcher auf der Außenseite einer Trägerplatte 1 eine Honigwabenstruktur mit prismatischen, polygonalen Zellwänden 2, die nach außen offene Prismazellräume 3 umschließen, aufgeklebt, aufgelötet, oder aufgeschweißt ist.

Die mittleren Querschnittsdurchmesser der Prismazellen sind mindestens 3mal kleiner als die Höhen h der Prismazellen 3.

F i g. 2 und 3 zeigen mögliche Außenansichten der Wandstruktur nach Fig. 1, nämlich Fig. 2 Sechseckzellen 3 α und F i g. 4 Viereckzellen 3 b;

F i g. 4 zeigt nach Längsschnitt durch eine Prismazellenstruktur 1', 2, 3, hinter deren aus Glas bestehenden Trägerplatte 1', die zur Erreichung einer selektiven Durchlässigkeit für bestimmte Lichtwellenlängen (/.« 0,6 — 0,9 ■ 10~³mm) in an sich bekann-

ter Weise mit einer aufgedampften Filterschicht 10 versehen ist, Photozellenplatten 4 angeordnet sind. In Richtung der Prismazellen 3 einfallenden Sonnenlicht L gelangt dabei auf die Photozellen 4 zur Umwandlung in elektrische Energie.

F i g. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer nichtmetallischen, für UKW-Wellen durchlässigen Prismazellen struktur 1, 2, 3, hinter welcher eine UKW-Sende- und Empfangs-Antenne 5 angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Satelliten gleicher Oberflächen-Wirkgröße A entPatentansprüche: sPricht feiender Beziehung:

1. Wandstruktur zur Bildung einer Gehäuse- 5 wobei g =-
Oberfläche mit vorbestimmten, unveränderlichen Pl = A(I +η ^) Ie Ie
Absorptions- und Emissionseigenschaften für vorbestimmte Wellenlängenbereiche elektromagnet!- (A = wirksame Oberfläche)

scher Strahlung, dadurch gekennzeich- (Ie = einfallende Strahlung)
net, daß sie als einseitig offene Prismazellen- io (Ze'= reflektierte Strahlung)
Struktur (3, 3 a, 3 b) mit einer auf der der offenen
Seite gegenüberliegenden Seite angeordneten Trägerplatte (1,1') ausgebildet ist. Die Reflexionskoeffizienten ο 1 und ρ 2 der beiden

2. Wandstruktur nach Anspruch 1, dadurch gc- Satellitenoberflächen sollten möglichst gleichen Wert kennzeichnet, daß die Prismazellen (3 a, 3 b) 15 haben, d.h., das Verhältnis in ihrer Differenz öl — ρ 2 Polygonquerschnitte haben und von den benach- zum Wert ρ 1 sollte folgender Bedingung genügen:
barten Zellen durch gleichmäßig dünne Wände

(2) getrennt sind. _ρ 1 —_O2

3. Wandstruktur nach Anspruch 1 oder 2, da- ~ "~~ <C 10 -

durch gekennzeichnet, daß die unter sich gleichen 20 "

Höhen (h) der Prismazellen (3, 3 n, 3 b) mindestens dreimal größer als ihre mittleren Quer- und ihre zeitliche Veränderung über mehrere Jahre schnittsdurchmesser (d) sind. sollte möglichst gering sein, d. h., das Verhältnis

4. Wandstruktur nach einem der vorher- ihrer zeitlichen Veränderung zum Grundwert sollte gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 25 der Bedingung genügen:

daß die MikroStruktur der Oberflächen der Prismazellwände (2) so ausgebildet ist, daß Licht- ρ(ίΐ)—o(. ~,
strahlen zum überwiegenden Anteil absorbiert ~; < 10~⁴

und der Rest diffus reflektiert wird.

5. Wandstruktur nach einem der vorher- 30

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Ideal wären: »schwarze« Oberflächen,
daß die Prismenzellwände (2) und deren Trägerplatte (1) aus nichtmetallischem, für elektroma- d.h. ol = n2 = 0
gnetische Kurzwellen des Wellenlängenbereiches
2 bis 20 cm durchlässigem Material bestehen. 35 Auch für andere Anwendungszwecke, z. B. interpla-

6. Wandstruktur nach einem der vorhergehen- netarische Stationen, Sonnensimulatoren, zur Durchden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die führung von Strahlungsabsorptionsmessungen und Trägerplatte (I') für Licht in vorbestimmtem z. B. auch zur Verwendung als Kühlwände, wären Wellenlängenbereich selektiv durchlässig ist. Oberflächenstrukturen mit genau vorbestimmten Ab-

40 sorptions- und Emissionseigenschaften für Licht- und andere elektromagnetische Strahlungen bzw. »schwarze« Oberflächenstrukturen wünschbar.

Es sind Wandstrukturen zur Bildung von Gehäuseoberflächen auch von Satelliten mit vorbestimm-45 ten Absorptions- und Emissionseigenschaften bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 3 174 537 und 3 384 324), bei denen die gewünschten Eigenschaften

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Wand- durch die Art, Folge und den mikromolekulaien Struktur zur Bildung einer Gehäuseoberfläche mit Aufbau verschiedener übereinanderliegender Obervorbestimmten, unveränderlichen Absorptions- und 50 flächenschichten unter Berücksichtigung ihres Ab-Emissionseigenschaften für Licht- und andere elek- sorpiions- und Emissionsverhaltens bei Bestrahlung tromagnetische Strahlung. mit elektromagnetischer Strahlung bestimmter WeI-

Unmittelbarer Anlaß zur Erfindung war ein Pro- lenlängenbereiche erzeugt werden. Es hat sich geblem aus der Weltraumforschung. Zur Durchführung zeigt, daß alle bisher zu solchen Zwecken verwenvon exakten Messungen über die Einwirkung von 55 deten metallischen und nichtmetallischen Ober-Sonnenstrahlung auf Satelliten (Twin gravitational flächenstrukturen, bei denen die Strahlungsabsorp-Probes), wobei beispielsweise zwei Satelliten mit glei- tion bzw. -reflexion von der örtlichen Wechselwirchcr Oberfläche, aber verschiedenen Massen, unter kung der auftreffenden Strahlung mit dem Kristallgleichen Verhältnissen der Sonnenbestrahlung aus- gitter des Oberflächenmaterials bzw. der örtlichen gesetzt werden sollen, um aus dem unterschiedlichen ^6o Feinstruktur der Oberfläche abhängig sind, ihrerseits Einfluß auf ihre Bewegungsbahnen die Strahlurigs- örtlich und zeitlich ungenügend bestimmt sind. So wirkung ermitteln zu können. Die Aussagekraft eines bewirken z. B. einfallende UV-Strahlung, klimatische solchen Raumforschiingsexperimentes hängt wesent- Einflüsse, Staub und chemische Luftverunreinigung lieh davon ab, wie genau und zeitlich unveränderlich bzw. Mikrometeoriten im Weltraum, örtliche und de Absorptions- bzw. Reflexionseigenschaften der 65 zeitliche Veränderungen der Absorptions- und Rebeiden geometrisch gleichen Satellitenuberfiächen flexionseigenschaften für Strahlung,
vorbestimmt werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

Die Impuls-Einwirkung P von Strahlung auf zwei makroskopische Wand- bzw. Oberflächenstruktur für