DE3419292C2 - Sandwich-Bauteil - Google Patents

Sandwich-Bauteil

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Abstract

Um bei einem Sandwich-Bauteil 4, insbesondere einem Reflektor-Segment einer Radioteleskop-Antenne, welches aus einem inneren metallischen Wabenkern 6 und auf diesen aufgeklebten Carbon-Faserverbund-Deckschichten 12 besteht, eine elektrolytische Zerstörung an der Nahtstelle zwischen Wabenkern und Deckschichten zu verhindern, ist erfindungsgemäß zwischen dem Wabenkern 6 und die Carbon-Faserverbundschicht 12 eine aus einem anderen Faserverbundwerkstoff mit elektrisch nichtleitenden Verstärkungsfasern bestehende Zwischenschicht 14 einlaminiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sandwich-Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Sandwich-Bauteile dieser Art, wie sie etwa als Reflektor-Segmente mit einer O'-»erflächengenauigkeit im μ-Bereich für Paraboloid-Antennen von Millimetenvellen-Radiotekskopen Verwendung finden, sind aus Gründen einer hohen Steifigkeit und thermischen Formbeständigkeit bei zugleich geringem Eigengewicht mit Deckschichten aus Carbon-Faserverbundwerkstoff und mit einem Wabenkern aus einem gut wärmeleitenden Metall, zumeist Aluminium, versehen. Bei derartigen Sandwich-Bauteilen ergibt sich das Problem, daß nach relativ kurzer Standdauer örtliche Fehlerstellen im Grenzbereich zwischen Deckschicht und Wabenkern auftreten können, mit der Folge, daß die hohe Formbeständigkeit und Konturengenauigkeit des Sandwich-Bauteils verloren geht.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Sandwich-Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß seine hinsichtlich Oberflächengenauigkeit und Formbeständigkeit einwandfreie Beschaffenheit über längere Einsatzzeiten unverändert erhalten bleibt und dadurch seine wirksame Lebensdauer erheblich gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Sandwich-Bauteil gelöst.
Bei dem beanspruchten Sandwich-Bauteil wird die elektrische Potential-Differenz zwischen der Carbon-Faserdeckschicht und dem metallischen Wabenkern, welche in Verbindung mit eindiffundierender Feuchtigkeit als Ursache für die Entstehung örtlicher galvanischer Elemente und damit für eine lokale Zerstörung des Bauteils an der Nahtstelle zwischen Wabenkern und Deckschicht erkannt wurde, durch Anordnung der Zwischenschicht aus einem elektrisch neutralen Faserverbundwerkstoff unschädlich gemacht und dadurch das Bauteil wirksam gegen eine fortschreitende Zersetzung des Wabenkern-Deckschichtverbunds geschützt, ohne daß die durch die Carbon-Faserbeschichtung erzielte, hochgradige Formstabilität des Bauteils beeinträchtigt wird Das erfindungsgemäße Sandwich-Bauteil eignet sich daher in hervorragender Weise für Anwendungsfälle, wo unter schwankenden Umweltbedingungen, wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und dgl, eine hohe Lebensdauer ohne Verschlechterung der Bauteilqualität gefordert wird, also insbesondere für den eingangs erwähnten Anwendungsfall eines Reflektor-Segments von MiUimeterwellen-Radioteleskopen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 2 als Verstärkungsfasern für die Zwischenschicht vorzugsweise Kevlar-Fasern vorgesehen, so daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Zwischenschicht weitgehend mit dem der Carbon-Faserverbundschicht übereinstimmt
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist nach Anspruch 3 für den Fall, daß auf der Außenseite des Bauteils eine Reflexionsschicht in Form eines metallischen Belags vorgesehen ist, zwischen der Carbon-Faserverbundschicht und dem metallischen Belag eine Faserverbund-Schutzschicht mit ebenfalls elektrisch nichtleitenden Verstärkungsfasern angeordnet, durch die die Schlagfestigkeit der Bauteiloberfläche erhöht und vor allem die Erosionsbeständigkeit -analog der Schutzwirkung der Zwischenschicht- deutlich verbessert wird, wobei die Schutzschicht aus Gründen einer einfachen Fertigung und guten Kompatibilität mit der Carbon-Faserschicht vorzugsweise aus dem gleichen Faserverbundwerkstoff wie die Zwischenschicht besteht
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine stark schematisierte, perspektivische Darstellung eines Paraboloid-Reflektors für ein Radioteleskop, welcher aus einer Vielzahl von einzelnen, jeweils ein Reflektor-Segment bildenden Sandwich-Bauteilen zusammengesetzt ist;
F i g. 2 eine ebenfalls schematische Schnittdarstellung eines der Sandwich-Bauteile gemäß Fig. 1;
F i g. 3 eine vergrößerte Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des in F i g. 2 gezeigten Sandwich-Bauteils im Bereich des Bauteil-Randes; und
F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des in F i g. 2 gezeigten Sandwich-Bauteils.
Der in F i g. 1 gezeigte Reflektor 2 ist aus einer Vielzahl von teilparaboloidförmigen, jeweils als Sandwich-Bauteil 4 ausgebildeten Einzelsegmenten zusammengesetzt, von denen die Einzelsegmente 4.1 bzw. 4.2... 4.4 jeder Paraboloidzone hinsichtlich Größe und Raumform untereinander identisch sind.
Gemäß F i g. 2 besteht jedes dieser Sandwich-Bautei-Ie 4 aus einem inneren, wabenförmigen Stützkern 6 aus einem gut wärmeleitenden Metall, z. B. Aluminium, sowie mit diesem und am Rand miteinander verklebten, oberen und unteren Deckhäuten 8, 10, von denen die untere, konkav gekrümmte Deckhaut 10 die Reflexionsfläche der Paraboloid-Antenne 2 darstellt.
Wie die F i g. 3 und 4 im einzelnen zeigen, werden die Deckhäute 8, 10 jeweils durch eine Carbon-Faserverbundschicht 12, die als Verstärkungsfasern hochmodule Carbon-Fasern enthält, gebildet. Zum Schutz gegen eine durch eine Spannungspotential-Differenz verursachte, örtliche Zerstörung des Sandwich-Bauteils 4 an der Nahtstelle zwischen Aluminium-Wabenkern 6 und Deckhaut 8, 10 ist zwischen dem Wabenkern 6 und die
% Carbon-Faserverbundschicht 12 jeweils eine Trennet schicht 14 aus elektrisch neutralem Faserverbundwerk- ;l| stoff einlaminiert, wobei als Verstärkungsfasern für die i| Trenn-oder Zwischenschicht 14 Kevlar-Fasern gewählt ■'i_ werden, damit der thermische Ausdehnungskoeffizient £ der Zwischenschicht 14 möglichst nahe an dem der Carbon-Faserverbundschicht 12 liegt
Ä Um die Schlagfestigkeit und Erosionsbeständigkeit V-; der Bauteiloberfläche zu verbessern, ist die Carbon-Fa- ;: serverbundschicht 12 gemäß Fig.3 ferner mit einer ■: Schutzschicht 16 belegt, die ebenfalls aus Kevlar-Faserverbund-Werkstoff besteht, wobei dann allerdings als : Reflexionsfläche ein metallischer Belag 18 auf die : Kevlar-Schutzschicht 16 der unteren Bauteil-Deckhaut 10 aufgebracht werden muß.
Bei dem Bauteil gemäß F i g. 4 hingegen wird die Reflexionsfläche unmittelbar durch den Carbon-Faserverbundwerkstoff in der Weise gebildet, daß die Carbon-Faserverbundschicht 12 als äußere Behäutung eine homogen mit Carbon-Fasern in größerer Faserdichte und in ebener Faserorientierung angereicherte Carbon-Faserverbundlage 20 aufweist, durch die sichergestellt wird, daß die Abweichungen der Reflexionsfläche vom theoretischen Paraboloiden innerhalb des für Millimeter-oder sogar Submillimeterwellen zulässigen ToIeranzbereiches, also im μ-Bereich zu halten sind.
Das Sandwich-Bauteil 4 hat ein sich zum Außenrand verjüngendes Querschnittsprofil, und zu diesem Zweck wird getrennt vom eigentlichen Wabenkern 6 ein separates Randabschlußelement 22 (F i g. 3) bzw. 24 (F i g. 4) mit einer entsprechenden, in diesem Fall dreieckförmigen Querschnittskonfiguration vorgefertigt und vor der Behäutung des Wabenkerns 6 mit den Deckschichten 8, 10 an diesen etwa durch einen Spleißkleber 26 seitlich '■' angesetzt, so daß sich ein aufwendiges Konturfräsen des randseitigen Querschnittsprofils erübrigt Der Randabschluß 22 gemäß F i g. 3 besteht in gleicher Weise wie = der Stützkern 6 selbst aus Aluminium-Wabenmaterial, während der Randabschluß 24 (Fig.4) eine vorgeformte Kunststoff-, also etwa Schaumstoffleiste ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Sandwich-Bauteil, bestehend aus einem inneren, wabenförmigen Stützkern aus Metall, insbesondere aus Aluminium und auf diesen aufgeklebten, äußeren Deckschichten aus Faserverbundwerkstoff, von denen zumindest eine als Carbon-Faserverbundschicht ausgebildet ist, wobei die Deckschichten auf der Außenseite mit einem eine Reflexionsfläche bildenden, metallischen Belag versehen sein können, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem metallischen Stützkern (6) und der Carbon-Faserverbundschicht (12) der äußeren Deckschichten) eine Faserverbund-Zwischenschicht (14) mit elektrisch nicht-leitenden Verstärkungsfasern befindet
2. Sandwich-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsfasern für die Zwischenschicht (14) Kevlar-Fasern vorgesehen sind.
3. Sandwjicji-Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, mit einem metallischen Beiag auf der Außenseite, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem metallischen Belag (18) und der Carbon-Faserverbundschicht (12) der äußeren Deckschichten) eine Schutzschicht (16) aus dem gleichen Faserverbundwerkstoff wie die Zwischenschicht (14) befindet
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