DE2816425C2 - Ableiter für statische Aufladungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ableiter für statische Aufladungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Ableiter ist aus der US-PS 30 34 020 bekannt. Er enthält zusätzlich einen konischen Körper, der eine vorstehende ringförmige Kante aufweist. Diese ringförmige Kante ist jedoch nicht der abstrahlende Teil, sondern in ihn ist eine Anzahl von isolierten Drähten eingebettet, deren auf der ringförmigen Kante endende Spitzen den abstrahlenden Teil bilden, so daß dieser aus einem punktförmig verteilten elektrisch leitenden Material besteht.

Andererseits ist der in der FR-PS 13 80 201 beschriebene abstrahlende Teil, dessen äußere Begrenzung einen Krümmungsradius in der Größenordnung von 0,05 mm aufweist aus einem elektrisch gut leitenden Material, z. B. aus Wolfram hergestellt und bildet keine ringförmige Kante, sondern besteht aus zwei einzelnen gegeneinander um 180⁰C versetzten Spitzen.

Die bisher verwendeten Ableiter für statische Aufladungen enthalten vorwiegend eine Zahl von Elektroden, die am Ende eines zur Befestigung des Ableiters dienenden Stabes angeordnet sind. Dieser Stab weist im allgemeinen einen hohen spezifischen Widerstand auf, um den Entladungsstrom zu den Elektroden zu begrenzen. In vielen Fällen bestehen die Elektroden aus parallel zur Achse des Stabes und am Ende desselben angeordneten Metalldrähten. Ein typisches Beispiel hierfür ist in der US-PS 36 17 805 beschrieben. Die US-PS 25 36 818 beschreibt einen Ableiter, bei dem das Ende des Stabes einen Metalldraht trägt an dessen Ende eine Platte mit einer Zahl von leitenden Glasfasern befestigt ist und ein in der US-PS 37 42 300 beschriebener Ableiter besteht aus einem Stab mit hohem Widerstand, wobei der ableitende Teil durch das Ende des Stabes gebildet wird, das auf einen sechseckigen Querschnitt gefräst wurde.

Bei einer anderen Art von statischen Ableitern bestehen die Elektroden aus in einer Kegelfläche angeordneten Metallfäden, wie sie z. B. in der US-PS 35 85 447 sowie in der von der Prüfungsstelle entgegengehaltenen US-PS 30 34 020 beschrieben werden.

Schließlich sind bei einer weiteren Gruppe von Ableitern zwe^! spitze metallische Elektroden senkrecht zum Befestigungsstab angeordnet wie in der GB-PS 10 10 490, der GB-PS 12 82 343 sowie der ebenfalls von der Prüfungsstelle entgegengehaltenen FR-PS 13 80 201 beschrieben.

Versuche, die an Ableitern mit am Ende eines Stabes mit hohem spezifischen Widerstand befestigten Metallelektroden durchgeführt wurden, haben gezeigt daß trotz der Verwendung einer Vielzahl von Elektroden die Entladungen in der Praxis dazu neigten, nur an einer dieser Elektroden stattzufinden. Vor allem werden mit diesen Anordnungen keine gleichzeitigen Entladungen erreicht Daher werden bei jeder dieser Entladungen erhebliche Ladungsmengen frei und erzeugen schwerwiegende Funkstörungen. Weiterhin wurde festgestellt, daß Abieiter, bei denen die Entladung in Axialrichtung des Befestigungsstabes erfolgt stärkere Empfangsstörungen erzeugen als solche, bei denen die Entladung rechtwinklig zum Befestigungsstab erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ableiter für statische Aufladungen, insbesondere für Flugzeuge, zu schaffen, bei dem eine große Zahl möglichst kleiner Entladungen im wesentlichen gleichzeitig erfolgt und dadurch das Ausmaß der Funkstörung auf ein Minimum reduziert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei dieser Art der Auslegung wird eine Zahl von Einzelwirkungen vereint die alle dem gleichen Ziel dienen, die Wirksamkeit des Ableiters zu erhöhen und die Funkstörungen gering zu halten.

Derartige Funkstörungen entstehen z. B. in der Antenne des Flugzeugs durch Kurzschlußströme, die durch die Entladungen des Ableiters induziert werden. Dieser Kurzschlußstrom in einer Antenne aufgrund einer in einem Punkt M erfolgenden Entladung kann durch folgende Beziehung dargestellt werden:

Ip(w)= MV(w)ItEm(w)- Jm
Hierin bedeutet Jm die Entladungsstromdichte in

Punkt M. Em entspricht dem von der Antenne im Punkt M erzeugten elektrischen Feld, w ist die Frequenz des induzierten Stroms und Vdie an die Antenne angelegte Spannung.

Aus dieser Beziehung geht hervor, daß der Störstrom Ip gleich Null oder mindestens sehr niedrig ist, wenn der Stromdichte-Vektor/m senkrecht zum elektrischen Feld Em verläuft Diese Bedingung ist mindestens annähernd erfüllt, wenn die Richtung des Endladungsstroms eine zum Befestigungsstab des Ableiters senkrechte Komponente aufweist

Eine derartige Anordnung ist in der GB-PS 12 82 343 beschrieben. Wie es in der gleichen Patentschrift nahegelegt wird, ist es auch vorteilhaft, wenn dabei mehrere Entladungen von entgegengesetzter Richtung gleichzeitig stattfinden. Aus der obigen Beziehung geht in der Tat hervor, daß sich diese entgegengesetzten Kurzscbiußströme gegenseitig neutralisieren. Weiterhin erscheint es für die Reduzierung der Funkstörnngen wichtig, die Amplitude jeder Einzelentladung durch Erhöhung der Zahl der gleichzeitig oder fast gleichzeitig erfolgenden Entladungen auf ein Minimum zu reduzieren.

Versuche zeigten, daß, im Gegensatz zu den bisher bekannten Ableitern, bei einem Ableiter gemäß der Erfindung die oben genannten Bedingungen zur Reduzierung der Funkstörungen gleichzeitig erzielt werden.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß die oben genannte Aufgabe nur dadurch gelöst werden konnte, daß eine abstrahlende Kante vom Befestigungsstab des Ableiters abstehend angeordnet ist, aus einem homogenen Widerstandsmaterial besteht und durch zwei sich auf der Kante überschneidende Rotationsflächen begrenzt ist, deren Mittelpunkt auf der Achse des Befestigungsstabes liegt

Insbesondere wurde festgestellt, daß bei einem Ableiter gemäß der Erfindung alle kleinen Einzelentladungen rings um die Entladungskante erfolgen und Frequenzen aufweisen, die über eine große Bandbreite verstreut sind, so daß sie vom funktechnischen Standpunkt aus als Störgeräusch mit breitem Frequenzspektrum und niedriger Amplitude auftreten, ähnlich dem weißen Rauschen.

Dieses Ergebnis ist durchaus nicht offensichtlich, und erst die durchgeführten Versuche führten zu einem Verständnis der Tatsache, warum es mit Ableitern nach dem Stand der Technik nicht möglich war, gleichzeitige Entladungen zu erzielen, selbst wenn deren abstrahlender Ί eil eine VielzaW von Spitzen oder Unebenheiten aufwies.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines mit einem statischen Ableiter ausgestatteten Flugzeugteils; F i g. 2 eine Gesamtansicht eines statischen Ableiters;

F i g. 3 einen Axialschnitt durch einen statischen Ableiter im Bereich seines Abstrahlungsteils;

F i g. 4 eine Ansicht entsprechend F i g. 3, jedoch für eine Variante dieser Ausführungsform;

Fig.5 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 und 4, jedoch für eine andere Ausführungsform;

F i g. 6 eine Ansicht entsprechend F i g. 5, jedoch für eine Variante dieser Ausführungsform.

Der statische Ableiter besteht aus einem Stabkörper 11 (F i g. 1 und 2), der mit einem Ende am Flugzeugkörper A mit einer Befestigungsvorrichtung 9 verbunden ist, welche die elektrische Verbindung dieses Stabes mit dem Flugzeug herstellt.

Der Stab besteht aus einem homogenen Material, dessen elektrischer Widerstand von einem Ende zum anderen in der Größenordnung von 20 bis 50 Megohm liegt

Bei einer Variante dieser Ausführungsform besteht der Stab aus Isoliermaterial, Nylon- oder Glasfaser, und ist mit einem leicht leitenden Überzug versehen, z. B. mit einem mit leitenden Teilchen vermengten Harz, damit der elektrische Widerstand den geforderten Wert erhält

Der Stab 11 ist mit einer Schutzschicht 12 überzogen (F i g. 3), die das eine Ende 13 mit dem kleineren Durchmesser freiläßt das mit einem Gewinde versehen ist Dieses Gewinde dient zur Befestigung des mit einem Innengewinde 16 versehenen rohrförmigen Ansatzes 15 eines Abstrahlkopfstückes 17 aus einem Material mit homogenem spezifischen Widerstand, der im Prinzip der gleiche ist wie derjenige, aus dem der Stab 11 besteht Dieses Kopfstück besteht bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform aus einem Stück und wird von einer ersten Kegelstumpffläche 18 begrenzt deren Achse 35 mit derjenigen des Stabes 11 zusammenfällt, und die sich an die Außenfläche 19 des Ansatzes 15 durch einen abgerundeten Teil 21 anschließt. Die kegelstumpf förmige Fläche 18 schließt sich an eine zweite kegelstumpfförmige Fläche 22 mit gleicher Achse, aber mit entgegengerichteter Kegelform an und bildet eine spitze Kante 23, deren Krümmungsradius in der Größenordnung von 0,05 mm liegt Die kegelstumpfförmige Fläche 22 schließt an eine ebene Stirnfläche 24 an. Zwischen der kegelstumpfförmigen Fläche 18 und dem Stab 11 ist eine Verkleidung 25 aus Isoliermaterial vorhanden, die eine aerodynamische Funktion ausübt. Eine zweite Verkleidung 26 verhindert Entladungen in anderen Bereichen als der Kante 23 und schützt diese gegen Stöße. Die Verkleidung 26 deckt die Stirnfläche 24 und einen Teil der Kegelfläche 22 ab.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Variante ist die Abstrahlkante 31 Bestandteil eines ringförmigen Teils 32, vorteilhafterweise aus Ferrit, das von zwei kegelstumpfförmigen Flächen 33 und 34 begrenzt wird, die den Flächen 18 und 22 der vorangehenden Ausführungsform entsprechen und deren Achsen mit der dem Stab 11 und dem Kopfstück gemeinsamen Achse 35 zusammenfallen, wobei die beiden kegelstumpfförmigen Flächen 33 und 34 symmetrisch zueinander bezüglich einer zur Achse 35 senkrechten Mittelebene 36 sind.

Das Teil 32 ruht mit einer Zylinderfläche 37 auf der entsprechenden Zylinderfläche 38 eines Kerns 39, den eine Scheibe 41 bildet, die das Vorderteil des Kopfstükkes 42 darstellt und die ebenfalls eine kegelstumpfförmige Fläche 43 bildet, die der Fläche 34 entspricht; die andere kegelstumpfförmige Fläche des Teils 32, nämlich die Fläche 33, steht in Berührung mit einer entsprechenden kegelstumpfförmigen Fläche 44 des Teiles 45 des Kopfstücks 42, das die Verlängerung des röhrenförmigen Ansatzes 46 darstellt.

Bei dieser Ausführungsform ist nur das Teil 32 in einer entsprechenden Härte ausgeführt, die eine gute Erosionsfestigkeit gewährleistet, wodurch eine wirtschaftlichere Fertigung der Einheit ermöglicht wird.

Der Zusammenbau erfolgt mit einem elektrisch leitenden Klebstoff.

Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Formgebnng durch Abguß, wobei der Ring 22 teilweise in einem aushärtbaren, mit leitenden Teilchen, z. B. aus Graphit, vermischten Kunstharz eingebettet ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform weist der Stab 51 an dem vom Flugzeugkörper entfernten

Ende einen Teil 52 mit kleinerem Durchmesser mit einem Gewinde 53 auf, während das andere Ende mit einer Befestigungsvorrichtung mit dem Flugzeug verbunden ist. Der Kopf 54 hat die allgemeine Form eines spitzbogenförmigen Ringes, und seine Außenfläche 55 schließt sich an die Zylinderfläche 56 des Stabes 51 mit einer Fläche an, deren Wölbung in entgegengesetzter Richtung verläuft wie diejenige der Fläche 55. Das andere Ende der Außenfläche 55 schließt sich an eine Zylinderfläche 57 an, deren Achse 58 mit derjenigen des genannten Stabes zusammenfällt, wobei die Achse 58 die Rotationsachse der Gesamteinheit darstellt Die Abstrahlkante 61 wird durch die Überschneidung der Zylinderfläche 57 mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 62 mit der Achse 58 gebildet, und der Rest der Innenfläehe des Kopfstücks 54 hat ungefähr die Form eines Ellipsoids, wie in 63 gezeigt wird.

Eine Schutzbeschichtung 64 bedeckt den Stab 51 und die Außenfläche 55 bis zum Übergang 65 der letzteren in die Zylinderfläche 57.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Variante wird die Abstrahlkante 71 durch einen Ring 72 mit der zylindrischen Außenfläche 73 und der kegelstumpfförmigen Innenfläche 74 gebildet. Die Fläche 73 entspricht der Fläche 75 einer Abstufung 76, die von der Masse 77 des Kopf-Stücks 78 gebildet wird, und die eine andere Fläche 79 enthält, die der Grundfläche 81 des Ringes 72 entspricht. Der Ring 72 ist mit der Masse des Kopfstücks 77 durch einen elektrisch leitenden Klebstoff verbunden.

Die ringförmige Ausführung der Abstrahlzone bildet eine Vielzahl von Entladungspunkten.

Der statische Ableiter gemäß der Erfindung funktioniert bereits bei einem verhältnismäßig schwachen elektrischen Feld.

Er besitzt einen guten Entladungswirkungsgrad. Die durch ihn ermöglichte Reduzierung der Funkstörung liegt in der Größenordnung von 70 bis 80 DezibeL

Seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften fallen nur sehr langsam ab.

Die Form des abstrahlenden Endes erzeugt beim Flug eine Unterdruckzone, die sich günstig für die Reduzierung des Funktions-Schweiienwertes auswirkt

Der Schutzbelag kann aus stark isolierendem Kunststoffmaterial mit hoher Abriebfestigkeit hergestellt werden.

Er kann ein oder mehrere Metallteile aufweisen, die einen Vorzugsweg für den Blitzüberschlag darstellen, ohne die Funktionseigenschaften des statischen Ableiters zu beeinträchtigen.

Die Abstrahlkante liefert durch ihre Formgebung eine orthogonale Entkoppelung, wobei die Abstrahlung in einer Ebene erfolgt, die senkrecht zur A.chse des Körpers liegt, der den Stab mit dem Flugzeug verbindet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

60

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ableiter für statische Aufladungen bei beweglichen Geräten, insbesondere Flugzeugen, bestehend aus einem stabförmigen Körper aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand, wobei ein Ende dieses Stabs eine Befestigungseinrichtung für die Anbringung am Flugzeug enthält und das andere Ende einen abstrahlenden Teil für die Ableitung von Ladungen in einer Richtung aufweist, die eine zur Achse des Stabs senkrechte Komponente besitzt dadurch gekennzeichnet, daß der abstrahlende Teil eine nach außen vorstehende ringförmige Kante (23) enthält, die aus einem homogenen Wider- is standsmaterial besteht und sich aus der Überschneidung von zwei Rotationsflächen (18 und 22) ergibt, deren Rotationsachse (35) mit derjenigen des Stabs (il) zusammenfällt, und deren Schnittwinkel in der Nähe der Kante wesentlich weniger als 90° beträgt, wobei der Krümmungsradius in der Größenordnung von 0,05 mm liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationsflächen (18, 22) Kegelflächen sind, die bezüglich einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene zueinander symmetrisch sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante durch die Überschneidung einer Kegelfläche und einer mit dem Stab konzentrisehen Zylinderfläche gebildet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der abstrahlende Teil in einem Kopfstück (17) angeordnet ist das am Körper des Stabs (11) befestigt ist und gegenüber dem letzteren eine Ausbauchung darstellt

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Kopfstück aus mehreren Teilen besteht, zwischen denen ein ringförmiger Raum für die Aufnahme eines Teils vorgesehen ist, der die abstrahlende Kante bildet.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß sie eine Verkleidung (25) mit aerodynamischer Form enthält die aus Isoliermaterial besteht und das ausgebauchte Kopfstück (17) teilweise umgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (26) auch die vom Stab (11) abgewandte Vorderseite (24) des ausgebauchten Kopfstücks umhüllt.