DE3329235A1 - Verfahren zum verhindern des eis- und schneeansatzes an den reflektierenden flaechen einer parabolantenne und in anwendung des verfahrens ausgebildete parabolantenne - Google Patents

Verfahren zum verhindern des eis- und schneeansatzes an den reflektierenden flaechen einer parabolantenne und in anwendung des verfahrens ausgebildete parabolantenne

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DE3329235A1 DE19833329235 DE3329235A DE3329235A1 DE 3329235 A1 DE3329235 A1 DE 3329235A1 DE 19833329235 DE19833329235 DE 19833329235 DE 3329235 A DE3329235 A DE 3329235A DE 3329235 A1 DE3329235 A1 DE 3329235A1
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Description

r nil NJ^-, Lt ι öd.*, „σ UlAJtVt: ot-hVA-ri i IMt η
PnterUfuiwaltP - ^υΐ^οςχ'.-ττν PJilfcrtt ^(,torpeys Q
München Stuttgart
12. August 1983
TiIE STOLLE CORPORATION
1501 Michigan Street
Sidney, Ohio /V.St.A.
Unser Zeichen: S 3172
Verfahren zum Verhindern des Eis- und Schneeansatzes an den reflektierenden Flächen einer Parabolantenne und in Anwendung des Verfahrens ausgebildete Parabolantenne
Ein Problem bei schalenförmigen Empfangs- und Sendeantennen ist das Ansammeln von Eis oder Schnee an der konkaven Reflexionsfläche der Antenne. Da die Antenne ein im wesentlichen schalenförmiger Gegenstand ist, der in einem bestimmten Winkel nach oben geneigt ist, so daß die elektrische Visierachse der Antenne auf einen interessierenden, synchron umlaufenden Satelliten zeigt, erfolgt das. Ansammeln oder Ansetzen normalerweise nicht gleichmäßig auf der gesainten Antennenfläche. Am unteren Teil der Antenne, der flacher und im kleineren Winkel geneigt ist, sammelt sich Eis oder Schnee vielmehr mit größerer Dicke an. Dieser ungleichmäßige Ansatz verzerrt die normale Reflexionsfläche der Antenne so, daß im Falle einer Empfangsantenne die empfangenen Signale nicht mehr am Antennenbrennpunkt kon-
Schw/bl
zentriert werden, wo die Empfangskomponenten angebracht
sind. Die durch Schnee- und Eisansatz verzerrte Reflexionsfläche reflektiert die empfangenen Signale vielmehr zu • einem versetzten Brennpunkt, was einen beträchtlichen Verlust an Empfangssignalstärke verursacht.
In manchen Fällen können sich Eis und Schnee in einer mehr oder weniger gleichmäßigen Schicht auf der Reflexionsfläche der Antenne ansammeln, was einen Verlust an Antennengewinn aufgrund der Dämpfung des reflektierten Signals bewirkt, wenn dieses die Eis- und Schneeschicht durchdringt. ' '
Abhilfe für dieses Problem wird in großen und teuren Antennenanlagen dadurch geschaffen, daß thermostatisch geregelte Heizelemente innerhalb der Antenne angebracht werden, die die Reflexionsfläche zur Verhinderung der Ansammlung von Eis und Schnee ausreichend erwärmen. Dieser Lösungsweg ist bei kleineren und billigeren Parabolantennen jedoch im allgemeinen nicht wirtschaftlich durchführbar, wo die Heizvorrichtungen einen beträchtlichen Teil der Gesamtkosten der Antenne darstellen können.
Es wird angenommen, daß das-Ansammeln von Eis und Schnee auf zwei Faktoren zurückzuführen ist. Zum einen ist die herkömmliche Reflexionsfläche der Antenne gewöhnlich mit einer aufgerauhten Oberfläche ausgestattet, was manchmal durch Bestreichen der Fläche mit einer grobkörnigen Farbe herbeigeführt wird. Die aufgerauhte Oberfläche vergrößert den Reibungskoeffizienten zwischen der Antennenoberfläche und dem darauf angesammelten Eis oder Schnee, und sie hindert das angesammelte Material daran, unter dem Einfluß der Schwerkraft sogar bei relativ großen Antennenneigungswinkeln herabzurutschen. In vielen Fällen wird die aufgerauhte Reflexionsfläche dazu benutzt, das Reflexionsvermögen für die Sonnenstrahlung herabzusetzen, das die Sammlung der Sonnenstrahlung am Antennenempfanger bewirken könnte, der am Brennpunkt der Antenne ange-
bracht ist, was hohe Temperaturen und eine mögliche Zerstörung der Empfangskomponenten herbeiführen könnte. Zum anderen wird angenommen, daß diese Flächen benetzbar sind, d.h. daß Wasser die Neigung zeigt, an der Fläche zu haften und nicht abzuperlen und abzufließen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten der Reflexionsfläche solcher Parabolantennen zur Verbesserung ihrer Eis- und Schneeabweisfähigkeit.
IQ In einer bevorzugten Ausführung wird die Antenne entweder bei ihrer Herstellung oder nach der Installation mit einer dünnen Schicht aus wetterbeständigem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen, die eine nicht benetzbare. Außenfläche erzeugt. Die Schicht kann aus gewissen Arten nichthaftender Beschichtungen wie Teflon oder verschiedenen Arten von Wachsen oder gehärteten Wachsen zusammengesetzt sein. Das Sonnenreflexionsvermögen des Materials wird ebenfalls so modifiziert, daß der Anteil der zu den am Antennenbrennpunkt angebrachten Empfangskomponenten reflektierten Sonnenstrahlung verringert wird. Die nicht reflektierte Sonnenenergie wird von der beschichteten Fläche absorbiert, wodurch die Reflexionsfläche erwärmt und ein weiterer Beitrag zur Eis- und Schneeabweisfähigkeit geliefert wird.
In einer Ausführung ist die Beschichtung oder die Reflexionsfläche der Antenne mit einem Strukturmuster versehen, das als kleine, glatt gerundete Hügel und Täler, als orangenschalenartig oder als körnig beschrieben werden kann. Diese strukturierte Oberfläche vermeidet eine Beschichtungsstruktur mit Zwischenräumen, die Stellen schaffen würde, an denen Eis oder Schnee mechanisch haften könnte. Diese Art der Struktur ergibt eine glatte Oberfläche, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen der Oberfläche und dem Eis oder dem Schnee herabgesetzt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
genauen Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels hervor. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer typischen Parabolantenne zur Erläuterung der Ansammlung von Schnee und Eis auf ihrer Reflexionsfläche und
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt zur Veranschaulichung der auf der Reflexionsfläche der Antenne angebrachten Beschichtung nach der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten typischen Antennenanlage ist gezeigt, wie das Ansammeln von Eis oder Schnee auf der Reflexionsfläche der Antenne die Antennenleistungsfähigkeit beeinflussen kann. Zum Zwecke der Erläuterung wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer parabolischen Empfangsantenne beschrieben. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee kann natürlich auch bei Sendeantennen und bei anderen Antennenformen verwirklicht werden.
Nach Fig. 1 enthält die Antennenanlage eine schalenförmige Antenne 1, die mittels einer Trägeranordnung 2 in einem gewünschten Neigungswinkel befestigt ist. Die Antenne 1 kann aus einem geeigneten Material wie Aluminium, Fiberglas o.dgl; hergestellt sein.
Am Brennpunkt der Antenne 1 ist längs der elektrischen Visierachse 4 ein Empfänger 3 angebracht, der mit Hilfe einer geeigneten Haltestruktur getragen wird. Nach Fig. werden die ankommenden Signale 6 an der inneren Reflexionsfläche 7 der Antenne 1 reflektiert und zum Empfänger 3 am Brennpunkt der Antenne fokussiert. Es ist zu erkennen, daß die maximale Empfangssignalstärke erhalten wird, wenn die ankommenden Signale genau am Brennpunkt der Antenne fokussiert werden.
Da die Antenne im Freien installiert ist, besteht die Möglichkeit, daß sich Eis oder Schnee an den Innenflächen der Antennenschale, insbesondere an den unteren Flächenbereichen mit geringerer Neigung ansammelt. In Fig. 1 ist beispielsweise dargestellt, daß der obere Abschnitt der inneren .Fläche 7 der Antennenschale mit einer allgemein gleichmäßigen Ansammlung 8 aus Eis oder Schnee bedeckt ist. Die Dicke der Ansatzschicht hängt vom Reibungskoeffizienten zwischen dem Eis oder Schnee und der Reflexionsfläche 7 der Antenne ab. Es ist üblich, die Reflexionsfläche mit einer grobstrukturierten Farbe zu bestreichen, die dazu dient, den Reibungskoeffi zienten zu vergrößern, so daß sich eine beträchtliche Schicht aus Eis oder Schnee aufbauen kann, auch wenn eine ausreichende Neigung der Reflexionsfläche der Antenne vorhanden ist. Außerdem ist die grobstrukturierte Oberfläche benetzbar, was das mechanische Haften von Eis oder Schnee an der Oberfläche verstärkt.
Die angesammelte Schicht dämpft in jedem Fall das Signal 6, wodurch die Signalstärke am Empfänger 3 herabgesetzt wird. Es ist zu erkennen, daß sich eine solche gleichmäßige Schicht auf der gesamten oder einem Teil der Reflexionsfläche der Parabolantenne ansetzen kann.
Die angesammelte Schicht aus Eis oder Schnee kann bei 9 nahe dem unteren Teil der Antenne dicker sein, da hier der Neigungswinkel kleiner ist. Die dickere Schicht bewirkt eine Verzerrung der Reflexionsfläche der Antenne, so daß das reflektierte Signal 10 gegenüber dem Brennpunkt der Antenne verschoben wird, was wiederum zu einer Verringerung der empfangenen Signalstärke beiträgt. Da der Auflagewinkel des angesammelten Eises oder des Schnees im unteren Teil der Antenne kleiner als im oberen Teil ist, ist der zum Verhindern des Abrutschens der Eissicht von der Antennenoberfläche erforderliche Reibungskoeffizient (der mit dem Tangens des Auflagewinkels in Beziehung steht) kleiner.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern des Ansetzens von Eis- oder Schneeschichten
durch Bearbeiten der Reflexionsfläche 7 der Antenne in der Weise, daß sie jeden Eis- oder Schneeansatz abzustoßen versucht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reflexionsfläche 7 der Antenne mit einer dünnen Schicht aus wetterbeständigem Material 11 mit niedrigem Reibungsko-
effizienten beschichtet, die eine nicht benetzbare Aussenf lache- erzeugt. Das Beschichtungsmaterial kann aus verschiedenen Wachsen, gehärteten Wachsen oder aus Teflon oder aus einer Kombination dieser Materialien bestehen. Auf jeden Fall weist das Beschichtungsmaterial einen Haftreibungskoeffizienten mit Schnee oder Eis auf, der nicht größer als 0,4 und vorzugsweise kleiner als 0,1 ist. Beispielsweise weist eine Beschichtung aus
Polytetrafluorethylen einen Haftreibungskoeffizienten mit trockenem Schnee zwischen 0,02 und 0,1 abhängig von der Temperatur auf. Eine Beschichtung aus schweizerischem Wachs ergibt einen Haftreibungskoeffizienten mit trockenem Schnee, der abhängig von der Temperatur zwischen 0,03 bis 0,2 liegt.
In jedem Fall ist der Haftreibungskoeffizient des verwendeten Beschichtungsmaterials so bemessen, daß gewährleistet wird, daß der Eis- oder Schneeansatz ohne weiteres von selbst von der Reflexionsfläche 7 abrutscht. Wie leicht die Antenne die Eis- oder Schneeansammlung abstößt, hängt vom Auflagewinkel des Ansatzes ab, der wiederum mit dem Neigungswinkel der Antennenpeilachse in Beziehung steht. Wenn beispielsweise der minimale
Ablagewinkel der Schneeansaminlung auf der Reflexionsfläche der Antenne 10 beträgt, bewirkt jedes Beschich- tungsmaterial mit einem Haftreibungskoeffizienten mit Schnee, der kleiner als 0,18 ist, ein Abrutschen des
Schnees von der Reflexionsfläche.
Das Beschichtungsmaterial ergibt auch eine nicht benetzbare Oberfläche der Antenne, die ein mechanisches Haften an der Reflexionsfläche verhindert. Dadurch wird gewährleistet, daß die einzige Kraft, die den Schnee oder das Eis an der Antennenfläche festhält, eine Reibungskraft ist, die durch die Art der beschriebenen Antihaftbeschichtungen beträchtlich reduziert wird.
Damit die Sonnenstrahlung nicht von der beschichteten Oberfläche reflektiert und am Brennpunkt der Antenne konzentriert wird, ist das Beschichtungsmaterial so ausgebildet, daß das Sonnenreflexionsvermögen vorzugsweise auf 10% oder weniger reduziert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Absorptionsfähigkeit des Beschichtungsmaterials beispielsweise durch Hinzufügung eines Farbstoffs vergrößert wird. Die gesamte Reflexionsfläche 7 der Antenne kann aber auch dunkel gefärbt oder auf andere Weise zur Herabsetzung des Reflexionsvermögens behandelt werden, bevor das Beschichtungsmaterial 11 aufgebracht wird. In diesem Fall muß das Beschichtungsmaterial lichtdurchlässig sein, damit die zuvor dunkel gefärbte Reflexionsfläche 7 sichtbar bleibt. Es ist zu erkennen, daß das vergrößerte Absorptionsvermögen für die Sonnenstrahlung auch dazu dient, die Reflexionsfläche der Antenne zu erwärmen, wodurch zum Schmelzen des angesammelten Eis- oder Schneeansatzes beigetragen wird.
Das Reflektieren der Sonnenstrahlung kann auch dadurch herabgesetzt werden, daß die Beschichtung oder die Reflexionsfläche der Antenne oder beide mit einem Strukturmuster versehen werden. Die Struktur des Musters ist dabei so ausgebildet, daß scharfe Zwischenräume in der Beschichtung oder der Oberflächenstruktur nicht entstehen, die ein mechanisches Haften des Schnees oder des Eises bewirken könnten, während gleichzeitig die reflektierte Sonnenstrahlung so gestreut wird, daß sie nicht am Antennenbrennpunkt konzentriert wird. Das Strukturmuster
kann als orangenschalenartig oder körnig beschrieben werden; es weist auf jeden Fall kleine, glatt abgerundete Hügel und Täler auf. Eine solche Oberfläche kann durch die spezielle chemische Zusammensetzung der zum Bedecken der Reflexionsfläche der Antenne verwendeten Farbe geschaffen werden. Beispielsweise kann die Hügel/ Tal-Struktur erzeugt werden, indem die Farbe mit einer strukturierten Walze aufgetragen wird. Die Struktur kann auch während der Polymerisierung entstehen, die beim Härtezyklus der Farbe eintritt, wobei diese Struktur dann als eine Orangenschalenstruktur bezeichnet werden kann.
Die Struktur kann auch unter Verwendung komplementärer Prägewalzen erzeugt werden. In diesem Fall wird ein nicht benetzbares Antihaftmaterial, das eine allgemein glatte Oberfläche erzeugt, auf die darunterliegende metallische Struktur der Antenne aufgetragen. Nachdem das Material gehärtet ist, wird das beschichtete Metall durch die Prägewalzen zur Erzeugung der Struktur hindurchgeführt. In einigen Fällen wird nur eine Prägewalze mit einer flachen Gegendruckwalze verwendet. Typische Beispiele geprägter Muster, die im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung verwendet werden können, werden von der Firma Detroit Metalcraft Process, 60 Alfred Street, Detroit, Michigan mit M34, M88O, M668 und M456 bezeichnet. In jedem Fall ist die Struktur so gewählt, daß sich die richtige Hügel/Tal-Beziehung ergibt, die eine Streuung der Sonnenstrahlung gewährleistet und dabei eine minimale Verzerrung der Mikrowellenreflexion bewirkt.
Es ist zu erkennen, daß die Einzelheiten, Verfahrensschritte, Materialien und Anordnungen von Teilen, die hier zur Erläuterung der Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, in vielfältiger Weise abgewandelt werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung, der durch die Ansprüche zum Ausdruck gebracht wird, ver-
lassen wird. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial vom Antennenhersteller im Verlauf des Herstellungsprozesses aufgebracht werden; es kann aber auch an Ort und Stelle aufgebracht werden, nachdem die Antenne installiert worden ist. In bestimmten Anwendungsfällen kann die Beschichtung über der gesamten oder einem Teil der Reflexionsfläche der Antenne angebracht werden.

Claims (1)

  1. PRINZ, LEISER.^UNK-E. SrFAiRTNER
    Patentanwälte i -EurbrSearu Päterit Attorneys — _ ^ _. ^ _ _
    München" Stuttgart 631323 D
    12. August 1983
    THE STOLLE CORPORATION
    1501 Michigan Street
    Sidney/ Ohio /V.St.A.
    Unser Zeichen: S 3172
    Patentansprüche
    1. Verfahren zum Verhindern des Eis- und Schneeansatzes an der geneigten Reflexionsfläche einer Parabolantenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche der Parabolantenne mit einer dünnen Schicht aus wetterbeständigem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten zur Erzeugung einer nicht benetzbaren, Eis und Schnee abstoßenden Außenfläche überzogen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit Eis oder Schnee einen Haftreibungskoeffizienten von weniger als etwa 0,4 hat.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit Eis oder Schnee einen Haftreibungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 0,1 hat.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Oberfläche mit niedrigem Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung bildet.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung etwa 10% oder weniger beträgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder die Reflexionsfläche oder beide mit einem Strukturmuster versehen v/erden, das zur Reduzierung des Reflexionsvermögens für Sonnenstrahlen abgerundete Hügel und Täler aufweist.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Strukturmuster durch Prägen erzeugt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß IQ das Strukturmuster durch Auftragen eines Beschichtungsmaterials auf die Reflexionsfläche mit einer strukturierten Walze erzeugt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturmuster durch Auftragen eines Beschichtungsmaterials auf die Reflexionsfläche und durch Polymerisieren der aufgetragenen Beschichtung erzeugt wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichturigsmaterial Polytetrafluorethylen enthält.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Oberfläche erzeugt, deren Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung etwa 10% oder weniger beträgt und deren Reibungskoeffizient mit Eis oder Schnee nicht größer als etwa 0,1 ist.
    I2J Parabolantenne mit einer konkaven, schalenförmigen Reflexionsfläche und mit einer gegen die Horizontale geneigten elektrischen Visierachse, gekennzeichnet durch Mittel zum Verhindern des Ansetzens von Eis und Schnee an der Reflexionsfläche, die eine dünne Schicht aus
    wetterbeständigem Beschichtungsmaterial enthalten, das auf die Reflexionsfläche aufgetragen ist, wobei das Beschichtungsmaterial einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist und eine nicht benetzbare, Eis und Schnee abstoßende Außenfläche erzeugt.
    13. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial eine Oberfläche mit niedrigem Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung erzeugt.
    14. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung etwa 10% oder weniger beträgt.
    •Lg 15. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftreibungskoeffizient zwischen der Beschichtung und Eis oder Schnee weniger als etwa 0,4 beträgt.
    16. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    2Q daß der Haftreibungskoeffizient zwischen der Beschichtung und Eis oder Schnee weniger als etwa 0,1 beträgt.
    17. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial Polytetrafluorethylen enthält·
    18. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Beschichtung oder die Reflexionsfläche oder beide mit einer strukturierten Oberfläche versehen sind.
    19. Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Beschichtungsmaterial eine Oberfläche erzeugt, deren Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung weniger als etwa 10% beträgt und deren Haftreibungskoeffizient mit Eis oder Schnee weniger als etwa 0,4 beträgt.
DE19833329235 1982-08-16 1983-08-12 Verfahren zum verhindern des eis- und schneeansatzes an den reflektierenden flaechen einer parabolantenne und in anwendung des verfahrens ausgebildete parabolantenne Ceased DE3329235A1 (de)

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