DE2447565B2 - Metallfeingitterstruktur mit bogenfoermigen gitterstegen - Google Patents
Metallfeingitterstruktur mit bogenfoermigen gitterstegenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Metallfeingitterstruktur mit bogenförmigen Gitterstegen, deren Knotenpunkte
jeweils die Ecken von gleichseitigen Dreiekken bilden, insbesondere für die Verwendung als
zweifach gekrümmter Antennenreflektor.
In der Antennentechnik wird zum Aufbau von Reflektoroberflächen bei entfaltbaren Spiegelantennen
beispielsweise zwischen fächerartig angeordneten, gekrümmten Verstrebungen ein Metallfeingitter gespannt,
so daß ein regenschirmähnlicher Reflektor entsteht. Die geometrische Form eines solchen Reflektors ist
meistens ein Paraboloid oder ein Hyberboloid, d. h. eine zweifach gekrümmte Fläche. Um die für einen solchen
Reflektor erforderliche Oberflächengenauigkeit zu erzielen, wäre für die Nachbildung einer zweifach
gekrümmten Fläche durch ein Foliengitter eine dreidimensional elastisch verformbare Metallfeingitterstruktur
erforderlich. Dreidimensional elastisch verformbar ist beispielsweise eine Gummi-Membrane.
Mit bisher bekannten Metallfeingitterstrukturen ist es nicht möglich, eine zweifach gekrümmte Fläche, wie
z. B. einen Parabolspiegel für eine Antenne, mit der erforderlichen Genauigkeit der Oberflächenkontur
allein durch elastische Verformung des Gitters herzustellen.
Die eingangs genannte, aus der GB-PS 8 10 249 bekannte Metallfeingitterstruktur ist aus Blechen
gefertigt, die etwa 1,59 mm stark und deren Stege etwa 2,38 mm breit sind. Zwar läßt sich eine solche
Metallfeingitterstruktur dreidimensional verformen. Ein aus einer solchen Feingitterstruktu.· gefertigter Parabolspiegel
beispielsweise behält aber infolge siner Steifigkeit die aufgeprägte Parabolform. Er ist also starr und
kann nicht justiert werden. Ferner ist ein solcher Parabolspiegel, z. B. für den Einsatz im Giga-Hertz-Bereich,
zu schwer und infolge der großen Masse thermisch unstabil. Ferner besteht die Gefahr, daß
infolge der Eigenelastizität der Gitterstruktur beim Auftreten vonErwärmungen der Parabolreflektor seine
Form ändert. In der Satellitentechnik mit einem Temperaturbereich von -1600C bis +2000C sind
solche Reflektoren nicht einsetzbar.
Für die Nachbildung von Parabolspiegeln werden daher zwei trikotartig gefertigte Metallgitter verwendet,
die überemandci' auf den Innen- und Außenseiten
der fächerartig angeordneten gekrümmten Verstrebungen gespannt sind. Zwischen den beiden Gitterebenen
sind Spanndrähte angeordnet, die an einem Ende mit dem die Reflektoroberfläche bildenden Gitter, mii
ihrem anderen Ende mit dem dahinterliegenden Gitter verbunden sind. Die Vorspannung dieser Drähte wird
nun so eingestellt, daß die Reflektoroberfläche eine exakte Paraboloidform aufweist (Stacy V. Beavse,
»Knitted antenna solving knotty problems«. Microwaves,
March 1974, S. 14).
Derartige Konstruktionen erfordern jedoch einen hohen Aufwand an Material und Arbeitszeit. Außerdem
muß an den durch Reibschluß gebildeten Gitterknotenpunkten für eine konstante elektrische Leitfähigkeit
gesorgt werden. Eine erwünschte Elastizität in der Gitterebene ist infolge der unkontrollierbaren Reibung
an den vielen Drahtberührungsstellen schwer kalkulierbar. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die
Reibung eine starke Dämpfung bei der Gitterauslenkung aus der Ruhelage bewirkt, wodurch nach jeder
elastischen Bewegung des Maschenverbandes eine undefinierbare Restauslenkung gegenüber der Ausgangslage
des Gitters bestehen bleibt. Diese Restauslenkung ist nachteilig bei allen Anwendungen mit zweifach
gekrümmten, geometrisch vorgegebenen Soll-Oberflächen.
Falls man die einzelnen Drähte in einem gewebten oder trikotartigen Gitter nur so locker verflechten
würde, daß sie gekrümmte Linien zwischen den einzelnen Gitterknotenpunkten bilden, so ergäbe sich
zwar eine gewisse Elastizität auch senkrecht zur Gitterebene, die obengenannten Nachteile würden
jedoch bestehen bleiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf einfache Weise herstellbare, großflächige Metallfeingitterstruktur
zu schaffen, die geringe Masse, eine in allen drei Richtungen des Raumes kalkulier- und
kontrollierbare, gegenüber der spezifischen Elastizität des Ausgangsmaterials wesentlich höhere Elastizität
sowie im Betriebszustand eine gute thermische Formstabilität aufweist.
Ausgehend von einer Metallfeingitterstruktur der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Gitterstege eine sinuswellenförmige Konfiguration aufweisen und mit ihren
Knotenpunkten aus federelastischem Folienblech geätzt sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind mehrere der erfindungsgemäßen Metallfeingitterstrukturen
durch Punktverschweißen der an den Rändern befindlichen Gitterknotenpunkte zu einer beliebig
großflächigen Metallfeingitterstruktur verbunden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die erfindungsgemäße Metallfeingitterstruktur
wie eine Gummi-Membrane dreidimensional elastisch verformbar ist und trotzdem aus hochfestem,
temperaturbeständigem Metall, wie z. B. Edelstahl, Federbronze oder Titan usw. hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Metallfeingitterstruktur weist außerdem eine nach Größe und Richtung vorausberechenbare
sowie kontrollierbare Elastizität auf, die wesentlich größer ist als die spezifische Elastizität des
Ausgangsmaterials.
Insbesondere weist ein aus erfindungsgemäßen Metallfeingitterstrukturen hergestellter Parabolspiegel
eine hohe Formstabilität auf, da seine Masse klein ist und infolge der gewählten Gitterstruktur die thermische
Veränderung eines solchen am Rande eingespannten Parabolreflektor sich ausschließlich in einer Verdrehung
der Gitterknotenpunkte auswirkt.
Ein weiterer Vorteil des Anmeldungsgegenstandes ist darin zu sehen, daß ein aus der erfindungsgemäßen
Feingitterstruktur bestehender Parabolreflektor ela stisch verformbar ist, so daß nach Fertigstellung des
Reflektors die Reflexionseigenschaften noch variiert werden können. So kann beispielsweise die sogenannte
Keulenform des reflektierten Antennenstrahles durch Justieren der Netzoberfläche optimiert werden Die
Keule kann also geformt werden, und zwar sowohl im Hinblick auf die Belegungsdichte, d.h. Energieverteilung
im Querschnitt, als auch bezüglich der Keulenrandgeometrie. Außerdem kann auch der Abstandswinkel
der Keulenachse und darüber hinaus der öffnungswinkel
des StrahlungsKegels beeinflußt werden.
Die hierzu erforderlichen Justierelemente sind überaus einfach, da keine großen Stellkräfte aufzubringen
sind, um einen Netzpunkt des Parabolspiegels gegenüber der starren Antennenstruktur räumlich zu verändern.
Die gute Abstrahleigenschaft bleibt dabei erhalten.
Da innerhalb der erfindungsgemäßen Metallfeingitterstruktur keine Reibungsflächen auftreten, besitzt
sie eine gleichmäßig gute, definierbare elektrische Leitfähigkeit. Eine Beschädigung einer Oberflächenveredelungsschicht
an den Gitterknotenpunkten ist dadurch ausgeschlossen.
Zwar ist die Herstellung von Metallfeingitterstrukturen durch Ätzen an sich bekannt; vergleiche Lueger,
Lexikon der Technik, Band 13, Feinwerktechnik, Stickwort »Ätzen«.
Hierbei werden Metallteile bis zu einer Werkstoftdikke
von etwa 1,5 mm verwendet und die einzelnen Gittermaschen weisen Dreieck-, Rechteck- oder Vieleckformen
oder auch Kombinationen dieser geometrischen Formen auf. Infolge der geradlinigen Gitterstege
besitzen diese Metallfeingitterstrukturen nur eine sogenannte Scheinfiexibilität, also eine auf der Werkstoffelastizität
beruhende Zugelastizität. Greift beispielsweise an zwei parallelen Seiten eines rechteckigen
Stückes einer rautenförmigen Gitterstruktur ein entgegengesetzt gerichtetes Kräftepaar an, so erfolgt eine
Streckung des Gitters in dieser Richtung nur bei gleichzeitiger Querkontraktion in der dazu senkrechten
Richtung.
Falls man eine solche Gitterstruktur in einen starren Rahmen einspannen würde, wäre keine bz'v. nur noch
die geringe Dehnungselastizität vorhanden, die aus der Werkstoff-Zug-Elastizität resultiert.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Es zeigen
F i g. 1 und 2 bekannte Metallfeingitterstrukturen mit geradlinigen Gitterstegen;
F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Metallfeingitterstruktur, deren Gitterstege eine
größere Länge aufweisen als die jeweils kürzeste Verbindung zwischen zwei Gitterpunkten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Metallfeingitterstruktur
sind die Gitterstege St zwischen den Gitterknotenpunkten K geradlinig ausgebildet und die
einzelnen Gittermaschen weisen die Form eines gleichseitigen Dreiecks auf. Infolge der geradlinigen
Knotenverbindungen besteht eine Dehnungsmöglichkeit nur im Rahmen der Werkstoff-Zug-Elastizität.
F i g. 2 zeigt eine ebenfalls bekannte Metallfeingitterstruktur mit geradlinigen Ginerstegen Sf und rautenförmigen
Gittermaschen. Derartige Gitierstrukturen weisen lediglich in Richtung der Diagonalen der Gittermaschen
eine Dehnungselastizität auf, welche nicht nur im Rahmen der Werkstoff-Zug-Elastizität liegt, d. h. ein
Streckvorgang in Richtung der einen Diagonale ist unmittelbar mit einer Querkontraktion in Richtung der
zweiten Diagonale verbunden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Lösung dargestellt, bei dem die Gitterknotenpunkte K die Ecken eines gleichzeitigen Dreiecks
bilden, und die die Ecken verbindenden Gitterstege Si
eine sinuswellenförmige Konfiguration aufweisen.
Da die Gitterknotenpunkte K durch definiert in der Gitterebene gekrümmte Gitterstege S; formelastisch
miteinander verbunden sind, erfolgt bei einer Distanzänderung der Knotenpunkte eine biegeelastische
Verformung der Verbindungsstege. Durch gezielte Formgebung dieser Gitterstege Si sowohl nach deren
Querschnittsgeometrie und -größe als auch nach ihrer Krümmungsgeometrie, die eine Sinuswellenlinie oder
auch eine Kreisbogenlinie sein kann oder auch eine Kombination derselben, wird eine dreidimensionale
Elastizität erreicht, die rechnerisch vorherbestimmbar ist. Eine Flexibilitätssteigerung wird durch eine stärkere
Krümmung der Gitterstege erzielt.
Großflächige Metallfeingitterstrukturen, wie sie z. B.
für Antennenreflektoren in der Raumfahrt oder für die elektromagnetische Abschirmung von Räumen erforderlich
sind, können durch elektrische Widerstandsschweißung oder durch Elektronenstrahlverschweißung
hergestellt werden.
Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Metallfeingitterstruktur ist jedoch nicht auf die Elektrotechnik
beschränkt. Auch in der Autoindustrie, wie z. B. für die Gürtelreifenarmierung, für dünnwandiges
Sicherheitsglas oder für die Armierung von härtbaren Formteilen im Karosseriebau findet die erfindungsgemäße
Metallfeingitterstruktur vorteilhafte Anwendungen.
Die Metallfeingitterstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bietet einen Ersatz für fast alle gummierten
Gewebe. Sie ist die Basis für flexible Hautstrukturen bei Behältern, Traglufthallen, Schwimmkörpern und in der
Textil- und Verpackungsindustrie. Ein weiteres Anwendungsgebiet ergibt sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie
bei der Herstellung von hochwarmfesten Bremsschirmen für Jet-Flugzeuge und andere Fluggeräte, wie
z. B. Wiedereintrittskörper.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Metallfeingitterstruktur mit bogenförmigen .Gitterstegen, deren Knotenpunkte jeweils die Ecken
von gleichseitigen Dreiecken bilden, insb- 'idere
für die Verwendung als zweifach gek ,inter Antennenreflektor, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gitterstege (St) eine sinuswellenförmige Konfiguration aufweisen und mit ihren Knotenpunkten
(K)aus federelastischem Folienblech geätzt sind.
2. Großflächige Metallfeingitterstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallfeingitterstrukturen
gemäß Anspruch 1 durch Punktverschweißen der an den Rändern befindlichen Gitterknotenpunkte
(K) zu einer beliebig großflächigen Me-allfeingitterstruktur
verbunden sind.
20
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
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