DE2447565C3 - Metallfeingitterstruktur mit bogenförmigen Gitterstegen - Google Patents

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 ζυτι 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 Hybe<-boloid, d. h. eine zweifach gekrümmte Fläche. Um die für einen solchen Reflektor erforderliche Oberflächengenauigkeit zu erzielen, wäre für die Nachbildung tiner 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 238 mm breit sind. Zwar läßt sich eine solche Metallfeingitterstruktur dreidimensional verformen. Ein aus einer solchen Feingitterstruktur 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 übereinander 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 Reflektoroberflache bildenden Gitter, mit ihrem anderen Ende mit dem darunterliegenden 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 wurden 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 sowi im Betriebszustand eine gute thermische Formstabilität aufweist

*o Ausgehend von einer Metallfcingitfcmtruktur der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gitterstege eine sinuswellenförmige Konfiguration aufweisen und mit ihren Knotenpunkten aus federelastischem Folienblech ge-

*5 ätzt sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind mehrere der erfindungsgemäßen Metallfeingitterstrukturen durch Punktverschweißen der an den Rändern befindlichen Gitterkno«enpunkte zu einer beliebig

so großflächigen Metallfeingitterstruktur verbunden.

Dit mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die erfindungsgemäße Metallfeingitterstruktur wi; 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 Ausgängsmaterials,

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, 'JaO ein aus der erfindungsgemäOen Feingitterstruktur bestehender Parabolreflektor elastisch 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 Eoiegungsdichte, 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 auffeten, besitzt sie eine gieichmäBig 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 Werkstoffdikke 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 Scheinflexibilität, 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 bzw. nur noch die geringe Dehnungselastizität vorhanden, die aus der Werkstoff-Zug-£lastizität 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 F i g. 1 dargestellten bekannten Metallfeingitterstruktur sind die Gitterstege St zwischen den Gitterknotenpunkten K geradlinig ausgebildet und die einzelnen G'ttermaschen 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 Gitterstegen Si und rautenförmigen Gittermaschen. Derartige Gitterstrukturen weisen lediglich in Richtung der Diagonalen der Gittermaschen eine Dehnungselastizität auf, welche nicht nur ini 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 St eine sinuswellewförmige Konfiguration aufweisen.

Da die Gitterknotenpunkte K durch .>?finiert in der Gitterebene gekrümmte Gitterstege St fo: melastisch miteinander verbunden sind, erfolgt bei einer Distanzänderung der Knotenpunkte eine biegeelastische Verformung der Verbindungsstege. Durch gezielte Formgebung; dieser Gitterstege St sowohl nach deren Querschnittsgeometrie und -größe als auch nach ihrer Krümmungsgeometrie, die eine Sinuswellenlinie oder such 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.

J5 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 erfindungsfemäße 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 dei 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)

Patentansprüche:

1. Metallfeingitterstruktur mit bogenförmigen Gitterstegen, deren Knotenpunkte jeweils die Ecken von gleichseitigen Dreiecken bilden, insbesondere für die Verwendung als zweifach gekrümmter 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 Metallfeingitterstruktur verbunden sind.